采坑型滑坡地质力学模式研究--以贵州省福泉滑坡为例

福泉滑坡具有顺倾上硬下软的结构特征,采用颗粒流离散元模拟采动滑坡的变形破坏全过程,研究福泉滑坡在露天开采条件下变形破坏的地质力学模式。基于颗粒流离散元程序,引入平行粘结模型,通过参数标定确定细观参数与宏观力学性质的关系,据此建立斜坡模型,模拟斜坡采动过程中的变形破坏全过程,确定该类采动滑坡形成的地质力学模式;研究滑坡滑动过程中的速度和能量变化以及堆积特征。研究表明:斜坡采动过程中,潜在滑面顺层滑移,后缘拉裂,裂纹从下往上向软弱面拓展,前缘坡脚处岩体形成锁固段,斜坡出现由前缘至后缘缘递减的蠕滑变形,随着斜坡进一步采动,锁固段发生剪切破坏,前缘坡体启动,中后部裂缝贯通—滑移,斜坡整体失稳破坏,形成牵引式采动滑坡,该类滑坡形成的地质力学模式可分为:滑移—拉裂—剪断3个阶段;对滑坡运动过程的模拟可知,采坑积水是小坝组受灾的关键转化因子。     

表层喀斯特带溶蚀岩体单轴压缩力学特性模拟研究

研究表层喀斯特带溶蚀岩体的力学特性,有助于岩溶区边坡稳定性分析。本文以表层岩溶带溶蚀特征为依据,设定溶蚀率和溶蚀均匀系数作为溶蚀特征参数。基于元胞自动机算法思路,在颗粒离散元软件中构建不同溶蚀特征的岩体模型。对溶蚀岩体进行单轴压缩数值试验,检测岩体加载过程中声发射事件。试验结果表明：溶蚀岩体加载过程可分为：（1）压密阶段;（2）弹性变形阶段;（3）稳定破裂发展阶段;（4）不稳定破裂发展阶段;（5）峰后缓慢软化阶段;（6）峰后快速软化阶段。随溶蚀率增加,岩体弹性变形阶段曲线缩短,岩体抗压强度降低;岩体由脆性破坏逐渐转为延性破坏;同时,溶蚀率增加,岩体抗压强度下降速率由最初快速降低转为缓慢降低,最终收敛。溶蚀均匀系数增加,不稳定破裂阶段曲线增长,岩体由局部破坏转为整体性破坏。研究发现溶蚀岩体单轴抗压强度与溶蚀特征参数呈负指数关系,该关系式可用作溶蚀岩体强度取值,实际工程中应增加溶蚀均匀系数对岩体质量的影响。溶蚀岩体裂纹扩展机理有助于边坡失稳机理研究。     

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。     

隧道爆破开挖围岩动力损伤效应数值模拟

采用数值模拟技术预估岩体开裂深度及爆破损伤影响范围对工程设计可以起到事先指导作用,对施工安全具有重大意义,其中科学的、合理的损伤模型及迭代计算方法是关键。基于FLAC3D程序的用户自定义本构模块,将考虑累积应变和荷载作用时间的Yang-Liu率相关动力损伤模型与Mohr-Coulomb弹塑性本构进行耦合,将围岩破坏过程中的损伤特性反映在荷载增量迭代计算中,形成了弹塑性动力损伤本构模型,详细推导了损伤应力修正迭代计算方法。对一圆形隧道爆破开挖进行模拟,探讨了爆破诱发的质点振动衰减特征及围岩损伤分布规律。分析结果表明,爆破产生的质点振动速度峰值与其所造成的损伤具有很好的相关性。该爆破损伤模型及模拟方法可以为类似工程提供一定参考     

贵州惠水鑫朋滑坡变形破坏机制

以贵州省惠水县宁旺乡鑫朋滑坡为例,依据野外调查成果,分析了滑坡结构及变形特征,结合滑坡所处的地质环境条件讨论了其稳定性影响因素,借助Geostudio分析了坡体后缘崩塌堆积体加载及降雨对滑坡的作用机制。分析结果表明:持续降雨和坡体后缘加载共同作用使第四系地层与基岩接触面产生压应力集中,坡脚处孔隙水压力持续增大,第四系地层因受到雨水浸润稳定性降低,在堆积体牵引下发生浅层蠕滑变形,因此认为鑫朋滑坡变形失稳机制为整体蠕滑-拉裂。     

基于组合楔形体原理的采动坡体稳定性研究

地下采煤通常会引起地表严重开裂,甚至发生滑坡、崩塌等地质灾害,采动坡体的稳定性研究一直是工程实际关心的问题。本文以贵州省都匀市煤洞坡采动坡体为例,在斜坡破坏机制分析基础上,采用组合楔形块体原理构建了采动坡体稳定性系数计算方程,并从实验、经验类比、采空率等方面对采动坡体的强度指标进行了综合取值,计算了采动坡体在天然、饱水及裂隙水作用下的安全系数。结果表明:煤洞坡山体是处于稳定状态的,这与坡体上的裂缝位移监测成果是相符的。但在长时间降雨或暴雨情况下,煤洞坡山体稳定性就会逐渐变差,甚至发生滑动; 坡体稳定性安全系数随内摩擦角的降低而降低,随裂隙水充水高度的增加而降低; 一旦后缘块体挤压前缘块体时,就会存在一个安全系数急剧降低的阀值。从裂缝水柱高度与降雨渗入裂缝的雨水量关系出发,建立了裂缝水柱高与降雨量之间关系式。经计算当降雨量(短时间内)超过192mm,斜坡就会失稳。     

降雨诱发堆积体滑坡水土响应与稳定性时空演化试验研究

降雨在松散堆积土中入渗引起内部水土力学的变化是影响稳定性的关键。目前研究多侧重考虑颗粒粒径、含量等因素对斜坡破坏的影响,但是针对斜坡体内部水土响应及稳定性时空演化方面的研究存在不足。基于野外滑坡案例,通过室内降雨滑坡模型试验、土力学试验和理论分析手段,研究了降雨触发松散堆积体斜坡变形破坏过程及模式,采用Van Genuchten模型（VG模型）重构了土体的土-水特征曲线,重点探究了斜坡内部水土力学变化以及稳定性时空演化规律。结果表明：（1）堆积体斜坡破坏经历了微裂隙发育-局部破坏-整体破坏3个阶段,呈现出“初期拉裂-坡面坍塌-塑性滑动”的破坏模式;（2）入渗过程斜坡体积含水率以及孔隙水压力急速增加,而土颗粒之间基质吸力下降甚至消散,促进了斜坡破坏发展;（3）土体力学强度随体积含水率升高呈指数下降,体积含水率为36.3%时,有效黏聚力和有效内摩擦角仅为0.27 kPa、3.39°;（4）基于极限平衡理论和斜坡土水特征监测数据,构建了斜坡稳定性时空演化图谱,与模型试验破坏特征有较好的一致性。研究结果对降雨作用下的堆积层斜坡监测预警与防灾减灾提供理论支撑。     

基于GIS技术的单体崩塌危险范围评价方法研究

贵州省内多山地,由于喀斯特地貌特点,崩塌、滑坡等地质灾害发生频繁,是我国地质灾害最严重的省份之一。思南县徐家大塝崩塌历史上曾发生过多次崩塌,现存的危岩体规模大,严重威胁着徐家大塝居民的生命财产安全,开展相应的危险性评估具有紧迫性和必要性。本文通过无人机Lidar技术获取徐家大塝崩塌剔除植被的高精度DEM,并通过三维实景建模技术构建三维地形模型,考虑了落石从两个临空面崩落的情况,选取0.3 m、1.5 m和2.5m 3种典型粒径落石进行随机性数值仿真模拟,获得了3种粒径落石的运动轨迹和动力学特征。选取落石的能量、频率、加速度和弹跳高度4种评价因子对徐家大塝崩塌的危险性进行综合评价。利用熵权法计算各评价因子的权重,基于ArcGIS软件采用空间栅格分析技术将徐家大塝崩塌危险范围划分为4个等级：极高危险区、高危险区、中危险区和低危险区。本文所采用的研究思路和技术方法可为其他单体崩塌灾害危险性评价及范围划分提供参考。     

基于数字图像处理技术的溶蚀岩体细观变形破坏机制模拟研究

通过数字图像处理技术对广泛发育于岩溶地区的溶蚀岩体的溶蚀特征进行提取,构建离散元溶蚀岩体模型,并模拟单轴压缩试验研究溶蚀岩体的细观变形破坏机制,以分析溶蚀岩体的变形破坏特征和裂隙演化规律。结果表明：溶蚀岩体模型能够很好地表征岩体的溶蚀特征,对真实的溶蚀形态具有较好的还原作用;溶蚀岩体的累计破坏数曲线呈现“S”型变化特征,即分为裂隙不发育阶段、稳定发育阶段和不稳定发育阶段,溶蚀岩体的破坏具有累进性特点;由于溶蚀孔洞的存在,使得溶蚀岩体接触力力链表现出各向异性特征,随着加载的进行,岩体骨架为抵抗外部荷载的作用,导致接触力在岩体骨架内集中,表现为接触力力链线条变粗;随着应变的增加,试样发生起源于溶蚀孔洞周围的破坏,破坏区域发生卸荷作用,接触力力链被淡化,最终试样发生破坏,力链消失,溶蚀岩体应力应变关系是试样内部接触力变化规律的宏观表现。     

贵州岩溶地区缓倾内斜坡变形破坏机制研究以惠水新寨崩塌为例

贵州处在云贵高原山区的特殊地理位置,山高坡陡且广泛分布碳酸盐岩等可溶岩,导致岩溶作用强烈发育,由此形成大量由强烈岩溶控制的斜坡地质灾害。本次以惠水新寨崩塌作为岩溶区的典型缓倾内斜坡实例,经过野外地质调查分析及UDEC离散元数值模拟来综合探讨其变形破坏机制。结果表明：受缓倾内软硬互层的坡体结构和强烈岩溶作用的控制,崩塌体因差异溶蚀形成凹岩腔,坡体发生坠落、倾倒等局部破坏;随着岩溶和水的持续作用,凹岩腔不断扩大,结构面进一步贯通使变形破坏逐渐由浅表部向坡体深部扩展,最后导致坡体沿下伏软岩整体滑移的大规模破坏。变形破坏机制为差异溶蚀-坠落倾倒（局部）蠕滑拉裂-滑移剪出（整体）阶段性崩塌。