山区平缓采动斜坡裂缝成因机制研究

西南山区采动斜坡多具有高陡临空地形、“上硬下软”坡体结构、岩层平缓、陡倾节理面发育、开采活动强烈等特点,往往发育与采空区边界对应的宽大裂缝,未见明显的移动盆地,形成机制复杂。本文以贵州都匀市接娘坪变形体为例,通过数值模拟分析了采动斜坡裂缝成因机制。研究结果表明,受坡体内煤层采空及高陡临空地形影响,斜坡覆岩沿陡倾节理开裂并一直向上延伸到地表,随着重复采动的进行,裂缝开裂程度增大,有向临空面倾倒破坏的趋势,斜坡未形成明显的沉陷盆地。斜坡裂缝形成演化过程包括开采扰动-坡顶拉裂-裂缝加剧等3个阶段,斜坡在多煤层重复采动条件下裂缝变形经历4个阶段,即初始变形阶段、缓慢变形阶段、急剧变形阶段、稳定变形阶段。     

反倾岩质边坡的时效变形破坏研究

为研究反倾岩质边坡的变形破坏规律性与形成机制,以黄河上游茨哈峡水电站库区反倾岩质边坡变形破坏为例,基于系统的工程地质方法并结合离散元模拟边坡的变形演化进程,对其倾倒变形的时效性进行了分析并研究了其形成演化机制。结果表明:1该倾倒边坡的时效变形规律表现为倾倒变形在不同方向上具有差异性,其时空演化特征表现为斜坡顶部的拉裂和中部的弯曲变形,目前倾倒体内未形成贯通性失稳界面,倾倒拉裂和弯曲变形同时存在,表现为倾倒机制的长期性、积累性和阶段性;2该类斜坡的变形破坏是岩层在自重应力作用下做悬臂梁弯曲,岩层发生弯曲变形,导致坡体后缘开裂、根部折断、前缘剪切蠕变,当坡体折断带内的剪应力超过其抗剪强度时,坡体逐渐错动下滑形成倾倒塌滑体;3该倾倒变形体的破坏模式为弯曲—拉裂变形、弯曲—折断破裂、蠕滑—拉裂变形、表层滑塌和深部滑坡形成。     

反倾岩坡倾倒变形结构面影响效应研究

为探究斜坡内赋存不同角度裂隙对反倾岩质斜坡倾倒变形影响效应,设计9组底摩擦试验,对比无裂隙、含一组陡裂隙和一陡一缓两组裂隙的3种类型试验,并研究不同裂隙角度对破裂面影响效应。研究发现:陡倾裂隙倾角的变化对岩坡变形及主破裂面形态有明显规律性影响,陡倾裂隙倾角越陡,发生倾倒破坏的初始破坏部位逐渐偏浅,破坏面积相对减小,破裂面从近直线型逐渐转变成近弧形;缓倾裂隙的赋存,使陡倾裂隙顺尖端开裂增长并且相互沟通形成贯通的破裂面过程更加快捷;主破裂面上覆层状岩体在倾倒变形时,会在其中部产生反向弯曲折断;通过定量分析,发现随着陡倾裂隙倾角增大,岩坡倾倒变形破坏幅度降低,而主破裂面无论是长度还是反映迹线复杂度的分维值亦随之降低。     

大别造山带岳西县斜坡变形破坏演化模式

岳西县自然斜坡在地球内、外动力共同作用下,容易变形并遭到破坏,造成人员伤亡和财产损失,严重制约了当地的经济发展。通过系统的工程地质调查和浅表生改造理论分析,查明了岳西县斜坡变形破坏特征及其成因,并探讨了其演化模式。结果表明,岳西县不同岩组的抗风化能力和力学特性存在差异,斜坡发生地质灾害的机理也不相同。根据斜坡结构特征,岳西县滑坡分为全风化层滑坡、强风化层滑坡和顺层岩质滑坡: 全风化层滑坡的滑面位于全风化层中或全风化层与强风化层的分界线处; 强风化层滑坡的滑面主要发育于强风化层与中风化层的分界线处; 顺层岩质滑坡主要发育于片麻岩发育的顺向坡中。根据变形破坏方式,岳西县崩塌可分为滑移式崩塌、倾倒式崩塌和坠落式崩塌: 滑移式崩塌主要由一组缓倾坡外结构面和另一组陡倾(坡外或者坡内)结构面控制; 倾倒式崩塌主要由一组陡倾坡内结构面和另一组近水平发育的结构面控制; 坠落式崩塌主要由一组结构面陡倾或近直立发育的结构面控制。岳西县滑坡多发育于风化壳厚度较大、岩体较松散、结构面强度低的地区; 崩塌多发育于斜坡高陡、岩质风化程度低、结构面发育的地区。研究成果对岳西县乃至整个大别山地区地质灾害的研究及防治工作具有一定的借鉴意义。     

缓倾坡外软硬互层型高斜坡演化及失稳机理研究

基于对贵州省德江县香树坪斜坡工程地质条件分析及斜坡变形破坏特征分析,建立了缓倾坡外软硬互层型高斜坡演化概念模型,分析了斜坡演化机制,将斜坡形成及变形破坏过程分为河谷形成过程中的时效变形、滑移-逐级拉裂、滑移-弯曲-剪断3个阶段。并通过数值分析,再现了斜坡失稳机理及发生过程。基于软硬互层特性在斜坡演化过程中的作用量化分析表明,由于硬岩层限制软岩层的变形,导致坡体不易发生整体失稳。但软岩持续蠕变导致硬岩内能量积累增大,局部变形扩大,最终发生失稳破坏。     

三峡库区巫山县望霞乡廖家坪高陡斜坡失稳机制研究

廖家坪高陡斜坡详细勘查结果表明廖家坪坡体上分布有7层软弱层,发育有两组高倾角节理,相互垂直,形成众多危岩体岩柱。上部软弱层为蠕滑层,悬崖壁存在的众多危岩体及岩柱以软弱层为基底。根据平推式滑坡的变形失稳机理分析,计算其起动临界水头高度,认为该斜坡上部坡体平推式滑动的可能性较小。根据工程地质类比法认为由于基础风化压缩,也可造成硬岩拉张,形成次生倾倒破坏;采用离散元分析验证了廖家坪高陡斜坡倾倒破坏演化过程,模拟结果与野外调查的变形破坏现象完全一致,表明该高陡斜坡的变形破坏机制为倾倒失稳模式。这一破坏模式的判定为廖家坪高陡斜坡的稳定性分析和防治提供了重要依据。     

四川茂县新磨村滑坡启动机制物理模拟试验研究

2017年四川省茂县新磨村滑坡的启动具有明显的“锁固段”效应。在现场调查基础上,采用高强度脆性材料制作斜坡模型,开展物理模拟试验,重现滑坡变形破坏过程,分析新磨村后山高位顺层滑坡在反倾节理和潜在滑移破裂面控制下的启动机制,结合“锁固段”岩体变形破坏特征、变形监测数据和声发射信号,研究滑坡临滑前兆。试验发现：受上部滑体推挤,滑源区前部“锁固段”岩体沿反倾节理鼓胀剪出,在坡表形成鼓胀裂缝,在斜坡内部形成顺坡向拉裂面,两组破裂面组合形成阶梯状破坏面,构成“锁固段”岩体破坏边界条件。斜坡在上部滑移块体推挤下,中部形成向临空面高速启动的弹射块体,并带动下部倾倒块体向坡外运动,滑坡启动。故对于此类滑坡,可将沿反倾节理剪出形成的鼓胀裂缝视为宏观临滑前兆;同时在“锁固段”屈服阶段,坡表与坡顶的位移比值随时间先快速增长、后平缓,表征滑面逐渐贯通,滑坡各部位变形逐渐趋于协同,滑坡即将失稳。该比值时序曲线的斜率趋近于零可视为此类滑坡的临滑前兆。研究结论对发育反倾节理的顺层边坡失稳预警有理论和实践意义。     

层状反倾-顺倾边坡倾倒变形形成条件及发育规模特征

以往研究中倾倒变形研究在反倾边坡较多而在顺倾边坡中很少,对两种不同结构的边坡形成倾倒体的异同点更是存在较多空白。在总结大量倾倒体实例基础上,对层状反倾和顺倾边坡倾倒变形形成条件及发育规模特征进行了详细研究。结果表明,顺倾边坡若发生倾倒,通常表现为坡高 100 m,边坡坡角 35°,岩层倾角 60°,岩性为薄层或薄层与中层互层的软岩、软硬相间的岩石;反倾边坡当坡角 30°及岩层倾角 30°就可能发生倾倒,其岩性为薄层～中厚层状的软岩、硬岩及具有似层状结构的坚硬岩石均可;提出层状岩质边坡“倾倒临界倾角 ”的概念,对于顺倾边坡, 60°,当 时边坡将可能产生倾倒破坏,当 时边坡通常产生顺层面的“滑移-弯曲”或“滑移-拉裂”型破坏;反倾边坡 30°,当 时边坡才可能演化成明显倾倒变形,当 时边坡不会倾倒或倾倒不明显;对于地质条件基本相同而坡体结构不同的两种边坡,反倾边坡形成的倾倒体无论是发育分布面积还是倾倒深度通常是大于顺倾边坡的,而且一旦形成倾倒体,二者的规模通常是深层的、大型或特大型的;倾倒体的分布面积和倾倒深度均呈现一种随坡高的增加而增加的趋势,坡高 250 m时其分布面积和倾倒深度表现为陡然增加,并且反倾边坡增加幅度大于顺倾边坡。     

含陡缓倾结构面反倾岩坡折断面演化特征的离心试验研究

为研究含陡缓倾结构面的反倾岩坡在自重条件下的折断面演化特征,以苗尾水电站右坝肩倾倒变形体为地质原型,通过在坡体内不同部位预置切割岩层的非贯通裂缝开展离心模型试验,模拟反倾岩坡在自重条件下的折断面演化特征。研究表明：（1）含陡缓倾结构面的反倾岩坡破坏以折断面的形成为标志,折断面的形成分为3个阶段：初期（0～40g,g为重力加速度）为局部岩层断裂阶段,以岩层局部断裂及后缘岩层前倾为主要破坏特征,坡体表面位移变化量较小;中期（40g～80g）主折断面形成阶段,坡体深部结构面自上而下断裂扩展连接形成主折断面,坡体表面位移变化量约占总位移量的3/4;后期（80g～120g）为多级折断面形成阶段,以坡体内部断裂岩层应力重分布为主要变形特征,坡体表面位移基本保持不变。（2）结构面间岩桥断裂具有瞬时性,但折断面的形成是渐变发展的过程,主要受陡倾结构面控制,主折断面处裂缝应变量最大,受力方式最为复杂,次级折断面处裂缝应变量次之。（3）基于断裂力学,简化了复杂应力状态下含结构面的反倾岩坡压剪断裂判据和岩层不平衡力公式,揭示了主折断面处岩层不平衡力呈现由坡体高度1/3处向坡底和坡顶两侧变小的规律,折断面的形...     

基于离心试验的反倾层状岩质边坡内非贯通性裂缝变形特性分析

坡体内不同部位结构面间岩桥断裂扩展导致了反倾层状岩坡的破坏。为研究坡体内非贯通性裂缝断裂扩展对坡体演化的控制作用,以苗尾水电站右坝肩倾倒变形体为地质原型,开展含多组非贯通性裂缝的反倾层状岩质边坡离心模型试验,分析反倾层状岩质边坡内非贯通性裂缝变形特性。结果表明:（1）坡体内含非贯通性裂缝的岩层断裂最终呈现为裂缝间岩桥贯通、缓倾裂缝与上岩层贯通、陡倾裂缝与下岩层贯通、陡倾裂缝与缓倾裂缝端口处贯通及非裂缝处岩层发生断裂等5类裂缝断裂模式,并以裂缝间岩桥贯通为主要断裂模式;（2）基于断裂力学并结合裂缝断裂叠加原理,主折断面处岩层的不稳定系数在坡高1/3处最小,并向坡脚和坡顶两侧逐渐变大,而应力强度因子由坡高1/3处向坡脚和坡顶处逐渐变小;（3）裂缝的断裂扩展控制着坡体演化,并受裂纹率及裂缝周围的尖端应力场影响较大。在坡体演化初期,以坡体后缘压缩沉降和局部岩层裂缝压剪破坏为主,岩层倾角发生较大变化,呈现由坡体上部往下逐级变大的趋势;演化中期,坡体后缘裂缝扩展形成主折断面,坡体中上部岩层角度变化较大,裂缝断裂数目的继续增加;演化末期,裂缝断裂数目保持平稳,主要以断裂岩层的位置重分布为主要变形特征,次级折断面形成,破碎岩层之间进一步被压缩,坡体进一步发生失稳破坏。     

中等倾角岩层顺向坡滑坡发育特征及形成机制分析

中等倾角岩层顺向坡,受坡体结构和岩体物理力学性质控制,多存在变形、崩塌、滑坡等工程地质问题,常常会诱发大规模的地质灾害。该类斜坡潜在滑动面不直接出露地表,一般具有变形机制复杂、隐蔽性强和危害大的特点,是滑坡领域关注与研究的重点。拖担水库大坝左岸为一古滑坡,在水库扩建开挖过程中,诱发古滑坡体复活。在分析古滑坡工程地质条件的基础上,结合地质勘察和变形监测结果,研究了其变形特征及形成机制。研究结果表明:①左岸古滑坡具有岩层倾角“上陡下缓”、滑体底部存在反倾坡内的剪切破碎带、滑床岩体产生弧状弯曲的特点;②古滑坡体为一基岩顺层滑坡,滑动模式为“滑移（弯曲）—剪断”型,其变形破坏过程包括三个阶段:弯曲隆起阶段、滑移剪出阶段和扰动变形阶段;③该类斜坡变形破坏后,坡体易沿“上陡下缓”的椅型软弱层面发生二次滑动,滑坡控制关键是对下部变形区的保护。     

似层状岩质边坡倾倒变形破坏过程数值模拟

在构造裂隙组合切割下形成的反倾向"似层状"结构边坡在工程中普遍存在。文章以浙江某梯级电站厂房后边坡为例,通过运用二维离散元和三维有限差分法,对"似层状"岩质边坡倾倒变形特征及破坏演化历程进行模拟,结果表明这类边坡变形破坏主要经历三个时期:初期为块体间的相互剪切错动和局部缓倾节理的剪切蠕变;中期岩体加剧倾倒后推动坡体前缘滑动,在坡体表面形成倾倒台阶后地表拉裂;后期倾倒变形剪切错动向坡体内部扩展,剪切带相互连通并逐步追踪缓倾结构面或强弱风化分界面,在空间形态上形成具有"台梯状分布"的滑动带,为深层蠕滑创造条件。     

中等倾角岩层顺向坡滑坡发育特征及形成机制分析——以拖担水库左岸坝肩滑坡为例

中等倾角岩层顺向坡,受坡体结构和岩体物理力学性质控制,多存在变形、崩塌、滑坡等工程地质问题,常常会诱发大规模的地质灾害。该类斜坡潜在滑动面不直接出露地表,一般具有变形机制复杂、隐蔽性强和危害大的特点,是滑坡领域关注与研究的重点。拖担水库大坝左岸为一古滑坡,在水库扩建开挖过程中,诱发古滑坡体复活。在分析古滑坡工程地质条件的基础上,结合地质勘察和变形监测结果,研究了其变形特征及形成机制。研究结果表明:(1)左岸古滑坡具有岩层倾角"上陡下缓"、滑体底部存在反倾坡内的剪切破碎带、滑床岩体产生弧状弯曲的特点;(2)古滑坡体为一基岩顺层滑坡,滑动模式为"滑移(弯曲)—剪断"型,其变形破坏过程包括三个阶段:弯曲隆起阶段、滑移剪出阶段和扰动变形阶段;(3)该类斜坡变形破坏后,坡体易沿"上陡下缓"的椅型软弱层面发生二次滑动,滑坡控制关键是对下部变形区的保护。     

陡倾软硬互层顺向坡强震裂隙发育特征及边际谱熵值响应规律

为揭示陡倾软硬互层顺向坡强震变形破坏过程中加速度响应与损伤裂隙扩展之间的关系,在前期离心机振动台试验的基础上,采用通用离散元(UDEC)Voronoi节理划分方法再现斜坡变形破坏过程。并基于Fish语言编程动态追踪不同振幅作用下坡体内部拉张、剪切裂隙分布情况,进而借助边际谱熵值概念建立裂隙演化与力学响应之间的关系。结果表明:(1)陡倾软硬互层坡体变形破坏过程为顶部拉裂、坡体下座-坡脚锁固段剪断、整体破坏;(2)在水平振动荷载作用初期,坡体内部裂隙发育主要受拉张作用影响,随振幅增加,裂隙扩展主要由拉张和剪切作用共同引起;(3)坡体内部各监测点边际谱熵值变化与相应位置损伤发育程度密切相关,坡内损伤较小时,边际谱熵值增加,但当坡内出现较大损伤时,边际谱熵值反而降低;(4)基于各监测点边际谱熵值变化可界定坡体变形破坏过程及滑面深度。     

陡倾硬质岩边坡倾倒变形数值模拟与分析

由硬质岩组成的陡倾反向坡会产生倾倒变形,并可进一步发展为滑塌破坏。虽然这种倾倒变形发育的深度有限,但是硬质岩容易形成高陡边坡并产生危害巨大的高位危岩体问题。为此,以开挖高度约200m、总体坡度达42.4°的连云港东疏港高速公路路堑边坡为研究对象,采用地质分析、数值模拟与原型监测相结合的方法,开展倾倒变形特征和边坡加固效果的研究。结果表明,当开挖卸荷作用强烈,并在地下水压力作用下,即使是微风化和新鲜的硬质岩陡倾反向坡也会产生倾倒变形;倾倒变形始于坡脚(当边坡开挖成台阶状时,包括各级台阶的坡脚),上部岩板失去支撑,沿陡倾结构面互相错动而发生倾倒变形。锚杆增大了陡倾岩板间的错动阻力,抑制了倾倒变形的发展。     

黄河上游某倾倒体的时效变形研究

黄河上游某巨型倾倒体主要由反倾层状砂岩和板岩相间分布构成,砂岩层以倾倒拉裂为主,板岩层以弯曲变形为主,两种不同的时效变形组合导致整个倾倒体的演化具有长期性、累进性和阶段性的特征。基于岩体组合模式和变形破坏表现形式,研究两种岩层的时效变形空间分布特征,总结整个坡体的时空演化规律,并探究其成因机理,论述岩体组合模式、岩体结构、卸荷裂隙以及地形地貌等因素对倾倒体演化的影响。     

基于底摩擦试验的硬岩岩质边坡变形过程及破坏机制研究

针对不同倾向、不同倾角条件下,边坡变形破坏特征不同但缺乏相互对比分析研究的现状,在充分考虑硬岩岩质边坡变形破坏特征的基础上,配制硬岩相似材料,采用底摩擦试验方法,分析不同倾向、不同倾角边坡变形破坏模式,并借助PIVlab技术进行分析。结果表明:顺倾和反倾边坡变形破坏模式和破坏范围有明显区别。在45°坡度条件下,当顺倾边坡倾角由30°→45°→60°→80°转换时,变形破坏模式由滑移-拉裂→轻微滑移-弯曲（或滑移-剪切）→未有明显变形（整体稳定）→浅表部倾倒-拉裂逐渐演化。在45°坡度、反倾边坡条件下,变形破坏模式由岩层倾角30°和45°条件下无明显变形,逐渐向60°和80°条件下的倾倒-拉裂演化。当岩层倾角较陡时,反倾边坡破坏范围相对顺倾边坡更大,倾倒弯曲转折端更深。PIVlab结果反映出不同结构边坡条件下,不同位置的速度和位移矢量特征不同,且与宏观观察结果相吻合。研究成果能够为同类边坡的稳定性评价和治理设计提供一定参考。     

地下开采作用下反倾上硬下软型斜坡崩塌形成机制研究以贵州开阳磷矿崩塌为例

以贵州开阳磷矿崩塌为例,通过对地质条件、采矿扰动与变形破坏特点的分析,阐明在地下开采作用下,反倾上硬下软型斜坡变形破坏的发展过程,并总结斜坡失稳破坏的3种模式,指出不同类型的破坏变形均以坡顶拉裂为前兆,而斜坡岩体结构特征是产生不同破坏模式的关键控制因素。进一步运用数值模拟与物理模拟方法,分析该类型崩塌的形成机理,认为反倾上硬下软型崩塌的形成具有特定的地质背景,动力条件与诱发因素,崩塌最终可能以急剧破坏的形式出现,但其发生并不是一蹴而就的,是经历了从发生、发展直至破坏的长期过程。从地下开采后采空区顶底板的变形,发展到地表裂缝的产生,崩塌的形成是地表裂缝沿着陡倾结构面追踪发展的过程,并受岩体结构特征的控制最终发生倾倒、突破锁固段剪出或沿中缓倾结构面滑塌。因此,对此类斜坡地质灾害的监测和防治必须把握前兆现象,加强早期识别与预警。     

川藏公路茶树山滑坡特征及成因机制分析

通过对川藏公路茶树山滑坡地质环境条件的系统调查研究,分析了滑坡岩土体结构、边界条件、变形特征、影响因素,并结合3DEC数值模拟,对其变形破坏机制进行了深入的探讨。综合分析表明,滑坡位于活动断裂带内,后缘斜坡陡峭,岩体破碎,同时前缘为较厚的松散堆积体斜坡,在地震活动、降雨等影响因素的诱发作用下,滑坡成因机制主要表现为以下3个阶段:(1)倾倒拉裂阶段,滑坡受后缘地形及岩体结构控制作用较为明显,在坡体浅表层一定深度范围内出现较为强烈的倾倒拉裂变形带,产生倾倒-拉裂滑动;(2)蠕滑变形阶段,前缘松散堆积体在强大的自重推力作用下发生蠕滑变形;(3)前部"锁骨段"剪断,整体失稳阶段,滑坡前部锁骨段在自重推力及断层活动的持续影响下,发生剪断,控制后缘倾倒拉裂体稳定性的潜在滑面与前缘松散堆积体体内的剪切滑动面贯通,滑坡整体失稳。     

基于斜坡破坏模式的软弱变质岩区岩质滑坡易发性评价

滑坡受控于地质环境条件和坡体地质结构,不同地质结构的斜坡失稳破坏的模式存在差异,本文以后龙门山千枚岩区为例,基于现场调查,梳理总结了区内岩质滑坡发生的力学模式与斜坡地质环境、坡体结构之间的关系,进而选取控制滑坡发生的关键因素,运用ARCGIS软件的加权叠加功能定量划分了不同模式滑坡的易发区域,主要取得以下认识：（1）滑移—拉裂式滑坡主要发生在坡度30-45°的顺向飘倾坡内、滑移—溃曲式滑坡发生在坡度30-45°的顺向伏倾坡内、倾倒变形主要发生在岩层倾角大于65°的反向斜坡内;（2）区内倾倒变形易发区面积为8.73km2、滑移拉裂易发区面积为4.31m2、滑移溃曲易发区面积为3.28km2,以倾倒变形类型的滑坡为主,已发生滑坡与易发分区结果比对证明了滑坡易发分区与实际情况基本吻合。