关键块体系统锚固法在加固边坡危岩中的应用

基于Goodman-Shi的块体理论和A.R.Yarahmadi Bafghi的关键块体群理论,提出确定危岩边坡关键块体和关键块体系统的几何分析法和矢量分析法,建立边坡危岩的地质模型和力学模型,分析危岩体破坏机理,针对不同变形破坏机理的关键块体系统提出合理、安全和经济的危岩边坡加固新方法--关键块体系统锚固法（KSA法）。通过建立集丹公路K49+790 m-K55+550 m段危岩边坡的地质模型和力学模型,结合其坡体及岩体结构特征,分析边坡危岩体变形破坏机理和锚固机理,提出顶部危岩清除、碎裂结构坡面喷射混凝土、块裂结构坡面挂网和块状岩体锚固的清-喷-网-锚联合锚固的系统锚固方案,加固该段危岩体。运用该法锚固方案较传统方法节省锚杆35%、SNS网32%及腰梁19%。     

长江三峡水库区危岩分类及宏观判据研究

危岩是三峡水库区主要地质灾害之一，约30，000余个位于陡崖或陡坡上。河流或沟谷强烈下切产生的岸坡岩体卸荷作用、软硬相间的岩层组合（如砂岩、泥岩）以及高强度的降雨或较大的日温差变化是三峡水库区危岩形成的基本条件，其破坏具有突发性、致灾具有毁灭性。目前将危岩分为滑塌式、倾倒式及坠落式3类，体现了危岩失稳破坏的主要模式。现场可识性不强、力学机理不明确，降低了危岩治理的针对性及有效性。据此，文章提出了现场易识性、力学机理明确性和失稳模式预判性的危岩分类原则，并将危岩分为单体危岩和群体危岩两大类。单体危岩分为压剪-滑动型危岩、拉剪-倾倒型危岩、拉裂-坠落型危岩及拉裂-压剪坠落型危岩；群体危岩分为底部诱发破坏型危岩及顶部诱发破坏型危岩。分析了各类危岩的基本特点；从陡崖（坡）断面形状、主控结构面、主控结构面走向与陡崖（坡）走向之间的组合关系以及岩性等方面构建了危岩分类宏观判据，经万州太白岩50余个危岩的现场验证，利用这些宏观判据判识的危岩与实际相符。     

汶马高速克枯大桥危岩发育特征及破坏模式

以汶马高速公路克枯大桥危岩为研究对象,通过野外调查,查明了危岩发育特征,结合赤平投影分析了其稳定性;利用离散元软件模拟,再现了区内典型危岩体WYT3-1的变形破坏全过程,并根据其变形破坏特征提出了针对性的治理措施建议。     

重庆市江津区四面山镇头道河危岩带形成演化机制分析

地质灾害严重制约地方经济的发展,正确认识四面山头道河危岩带的形成演化机理,是今后灾害治理的前提.针对危岩带采取地形测量、地质测绘、井探、钻探、物探、同位素14C测年等手段,弄清了危岩带的成因机理.将典型地形剖面进行了地质概化,利用有限元模拟再现了灾害发生的过程,结合近水平软硬互层斜坡变形破坏机制理论,推断了四面山危岩形成演化的历史过程.为今后灾害的治理提供科学依据,同时也为其他类似的地质灾害发生机理认识起到借鉴的作用.     

重庆市万州区戴家岩危岩灾害风险分析

万州区是三峡库区内危岩发育较为典型的地区。文章以戴家岩危岩为例,提出了适用于危岩的风险评价模型,并结合防治规划,提出了危岩灾害风险管理对策建议。首先根据危岩可能的破坏模式,将危岩分为滑塌式危岩、坠落式危岩和倾倒式危岩三类,然后选取天然、暴雨及暴雨加地震三种工况分别计算危岩在各工况下的稳定性,从而找出最危险工况并得到该工况条件下危岩的破坏概率,再结合危岩强度对危岩进行危险性评价。研究区的承灾体分类主要包括人口和财产两方面,根据承灾体与危岩体的相对空间距离和各危岩强度来确定各承灾体的易损性。最后,将危岩的破坏概率与承灾体的危害度相乘得到危岩破坏的风险结果。     

单轴压应力下砂岩岩块的变形和破坏研究

一、研究的目的和内容重视宏观的和微观的地质因素的岩体力学试验研究,有助于较真实地解释和确定岩块和岩体的变形、破坏的机理和力学的宏观现象,可以为选择和建立它们的破坏准则和强度理论,进行地壳岩体和工程岩体的稳定性分析评价等提供有用资料. 岩体是由宏观的结构面和结构体所构成,是地质体的一部分.岩体中包含着岩块.岩块和岩体的建造和改造决定了它们的物质组成和结构构造.     

长江巫峡岸坡座滑式危岩稳定性研究——以望霞座滑式危岩为例

通过对长江巫峡望霞座滑式危岩调查研究表明,在川东平行岭谷一系列平行展布的背斜山、向斜谷的窄岭宽谷地貌格局控制作用下,长江巫峡横石溪背斜岸坡近水平的灰岩与页岩、泥岩软硬互层结构为座滑式危岩的孕育提供了有利条件;对危岩软弱基座矿物成分 X-Ray 衍射的结果表明,绿泥石、云母、蒙脱石等层状结构硅酸盐矿物含量较高,其抗剪强度低,容易产生滑动,易沿主控结构面方向形成潜在破坏面,导致岩体整体剪出,发生座滑破坏。根据危岩发育机理,将三峡地区座滑式危岩破坏过程归纳为四个阶段,即：拉裂阶段、扩展阶段、失稳阶段和后期破坏阶段;并基于极限平衡理论和岩体结构理论,推导了座滑式危岩破坏的两组结构面的应力表达式,建立了座滑式危岩稳定性分析的力学模型。将该方法运用到望霞座滑式危岩案例计算表明,天然状况下危岩稳定系数为1.19,属于基本稳定岩体;在饱和状态下,随后缘裂隙充水高度的增加其稳定系数递减,当裂隙充水高度为10 m 时,稳定系数为1.15,当裂隙充水高度为20 m 时,稳定系数为1.07。     

郑万高铁宜万段边坡危岩崩落破坏特征

危岩是山区常见的地质灾害之一。以往研究缺少对危岩整体破坏导致危岩解体方面的关注,而危岩在失稳崩落过程中的解体行为却是预测危岩影响范围和防治成效的关键所在。为此,文章以郑万（郑州—万州）高铁宜万段沿线隧道洞口边坡危岩为研究对象,从结构面角度出发,对危岩崩落破坏特征进行研究。通过对15个隧道洞口边坡的调查,首先从边坡坡度、岩性组合、相对高差三个方面总结了研究区危岩发育分布规律;然后根据边坡岩体结构特征,分析了危岩失稳模式,并基于边坡上部危岩和下部落石的体积和形状对应关系,进一步探讨了边坡危岩崩落破坏演化过程;在此基础上,利用Rockfall模拟软件对落石运动特征进行预测分析。结果表明:（1）研究区边坡呈上陡下缓地形,上部基岩裸露,坡度基本上≥70°;危岩主要发育于弱风化的灰岩和白云岩中;边坡高差在150~300 m之间。（2）边坡上部危岩将呈阶梯状方式逐渐沿基底结构面滑移或者沿后缘结构面拉裂坠落。（3）研究区危岩崩落破坏模式主要为边坡上部岩体沿结构面解体破坏。（4）大部分隧道洞口边坡落石危险性较大,严重威胁隧道洞口的安全,需要采取相应的防治措施。研究成果可为在建的郑万高铁宜万段隧道边坡危岩的有效防治提供参考。     

上硬下软型危岩及其失稳临界凹槽深度确定方法研究——以水富市罗岩崩塌为例

以水富市罗岩上硬下软型危岩为研究对象,基于工程地质测绘,查明危岩岩体结构形态特征,分析其不利组合及可能存在的变形破坏模式,通过岩体质量分级及临空岩体承载力分析,对鼓胀式、倾倒式两种不同破坏模式下临界凹槽深度进行反算对比。结果发现：本研究实例上硬下软型危岩失稳主要受后缘高角度结构面控制,鼓胀式失稳时所需的临界凹槽深度较倾倒式更小,更易发生失稳破坏,危岩防控应首先考虑鼓胀式危岩的稳定控制。     

差异风化型危岩力学模型及破坏机制研究

差异风化型危岩多形成于由砂岩和泥岩等软、硬岩性组成的互层陡倾岩质边坡中,其崩塌破坏属地质灾害中的常见形态。以普洱渡危岩高边坡为例,推导出差异风化型危岩岩腔后壁泥岩压应力随岩腔深度增加而增大的计算公式。据普洱渡危岩高边坡地形地貌和地质构造特征建立了两类4种差异风化型危岩力学模型：第1类为主控结构面贯通率等于1时的泥岩基座压裂破坏型和转动破坏型危岩;第2类为主控结构面贯通率小于1时的坠落型和倾倒型危岩。利用岩石强度理论推导出研究区砂岩的二次抛物线型摩尔强度包络方程,以极限平衡理论和摩尔强度理论推导了4种危岩体在自重、地震力和裂隙水压力共同作用下的崩塌破坏判别表达式,并由此反演出危岩体的临界崩塌边界方程,得出危岩体崩塌边界（岩腔深度、危岩体厚度和高度、主控裂隙深度）之间的关系,为现场预测和判别危岩体的稳定性和崩落时序提供简便可靠的依据。     

岩腔后退近水平砂-泥岩互层危岩稳定性研究

岩腔后退是三峡库区重庆段近水平砂-泥岩危岩稳定性改变的关键。基于岩腔平行后退理论,提出了岩腔泥岩后退的剪切破坏和拉破坏力学机制,考虑岩腔后退参数提出了3类危岩体稳定性计算方法,结合重庆万州太白岩危岩稳定性计算得到如下结论:采用本文方法计算得出滑塌式危岩W12、倾倒式危岩W22、坠落式危岩W4处于稳定状态,倾倒式危岩W59处于欠稳定状态,而坠落式危岩W16处于基本稳定状态,这与2008~2013年现场监测情况相吻合。针对滑塌式危岩W12讨论得出,最小主应力随时间呈线性降低趋势,随着最小主应力持续降低,泥岩先产生剪切破坏后发生拉破坏,泥岩破裂角随着最小主应力降低不断降低;随着岩腔深度加大,稳定系数呈凹曲线降低趋势,岩腔后退是危岩失稳的根本原因;存在一临界岩腔深度,此岩腔深度下危岩将发生失稳破坏,并可据此预测危岩失稳时间。     

水-岩化学作用对岩体变形破坏力学效应研究进展

水—岩化学作用对岩体变形破坏力学效应的研究涉及力学和化学两方面,也即为地球化学与岩体力学两个研究领域的交叉。针对水化学作用对岩体力学性质的影响机理,较系统地总结了该研究领域中的现状和研究新进展,分析了其研究方法,指出了今后的研究方向和主要研究内容,并认为此方面的研究将在工程地质学中占重要地位。     

隧道非线性演化模型一致性及其判据统一性分析

隧道失稳破坏的动力学演化模型及其判据与能量演化模型及其判据是对同一系统分别从动力学过程与能量状态两个角度的描述与判别。从两种模型对围岩分区的描述出发,利用非线性动力学中的热力学熵S、Kolmogorov熵、关联维 的关系,证明了两模型在空间上的一致性,并通过演化时间建立了两模型的联系,证明了其在时间上的一致性。根据两种判据分别描述不同演化阶段的稳定性状态,从其对系统演化阶段的划分出发,研究了隧道系统在一般发展条件与跳跃式发展条件下动力学判据与能量判据的统一性。上述研究相互验证了两种模型及判据,并进一步阐释了隧道失稳破坏的非线性机制,对隧道围岩稳定性的状态判别与控制具有一定指导意义。     

隧道变形失稳过程的非线性动力学分析与破坏判据研究

隧道变形失稳过程与破坏判据研究是地下工程的热点与难点之一。运用协同学与混沌动力学,分析了隧道变形失稳过程的非线性动力学演化特征,并将其划分为平衡、非平衡线性、非平衡非线性等3个演化阶段;从系统分析的角度,研究了整个隧道系统的涨落关联机制,建立了隧道变形失稳的动力学演化模型。在此基础上,分别给出了大数据量（≥3 000）与小数据量（ 3 000）条件下稳定性演化过程的动力学判别准则。结合隧道变形失稳的阶段性特征,建立了其破坏的混沌动力学判据。将以上研究应用于广州地铁某立体交叉隧道的稳定性分析中,验证了该动力学演化模型与判据的合理可靠性,对隧道稳定性状态的判别具有一定指导意义。     

Theoretical modeling of thermal expansion mechanism of salt-bearing rocks

Stress analysis and rock failure criterion are introduced to further investigate the thermal expansion mechanism of salt deposits in pores of rocks. Depending on temperature change and mechanical properties of salts and rocks, sometimes, this mechanism can cause the internal damage of rocks, although it is not always effective.     

拉-压应力状态下脆性岩石强度及破坏机制颗粒流模拟

高地应力区地下岩体工程开挖常形成围岩拉-压应力状态,发生岩体张性破坏灾害。本文针对传统PFC平行黏结模型不能模拟脆性岩石高单轴压缩与拉伸强度比的问题,建立双抗拉强度参数的平行黏结强度准则,开展岩石拉-压数值模拟试验,得到了与物理试验接近的拉-压强度,实现了岩石高压拉强度比的模拟,并深入分析了破坏机制。研究结果表明随着围压的增加,破裂面倾角逐渐增大,由拉伸破裂转化为拉-剪破裂,发现了拉-压应力状态下破裂面处的雁行裂纹。根据细观颗粒位移场揭示了破裂面力学性质,随着围压的增加(破裂面倾角逐渐增大),破裂面张性逐渐减弱而剪性增强。可将拉-压应力状态下岩石损伤演化过程大致分为弹性变形阶段、稳定破裂发展阶段、不稳定破裂发展阶段和整体破裂阶段(峰后应力跌落及残余阶段)。围压较大时弹性变形和稳定破裂发展阶段相对较短,不稳定破裂发展阶段相对较长较剧烈,峰后残余阶段破裂面摩擦更强、应力波动较大。     

单轴压缩下两种脆性岩石强度及声发射特性的试验研究

脆性对岩石破裂机制及声发射特性具有重要影响。采用花岗岩及大理岩两种不同岩性的岩石,开展了单轴压缩及声发射测试试验,获取了两种岩石的强度及变形特性,并对其脆性大小进行定量评价,分析了单轴压缩过程中两种岩石声发射能量演化特性,结合声发射b值计算结果及其物理意义,对比了两种岩石破裂机制的差异性。结果表明:(1)试验所采用的两种岩石,花岗岩的σ_cd/σ_p之比介于0.676~0.745之间,平均为0.706,而大理岩的σ_cd/σ_p之比介于0.439~0.615,平均为0.52;(2)基于脆性评价指标,结合试样宏观破坏现象及形态,本次试验采用的花岗岩其脆性大于大理岩;(3)岩石脆性程度越大,在裂纹不稳定扩展阶段,在产生相同的轴向压缩变形的情况下,环向变形量越大;(4)强脆性的花岗岩在裂纹不稳定扩展阶段持续出现高能级的声发射信号,而弱脆性的大理岩则表现出能量持续降低的变化趋势,峰值强度后,弱脆性的大理岩其高能级能量的声发射信号更活跃;(5)单轴压缩下,与大理岩相比,花岗岩破坏过程中大尺度的破裂事件所占比例较大。     

三峡库区危岩稳定性断裂力学计算方法

危岩崩塌实际是危岩主控结构面断裂扩展问题。基于主控结构面的断裂力学模型提出了危岩断裂稳定性判定方法,建立了以联合应力强度因子为指标的危岩稳定系数,推导得出危岩主控结构面尖端受力分布形式及计算表达式,提出了危岩主控结构面尖端断裂力学模型,推导得出主控结构面尖端联合应力强度因子计算公式。重庆万州首立山危岩断裂稳定性计算结果表明,计算结果与现场情况较吻合,采用文中的断裂稳定性计算方法比现有的地质灾害防治工程设计规范更加安全、客观、实际。     

深埋碳质千枚岩力学特性及其能量损伤演化机制

为揭示深埋碳质千枚岩的遇水软化损伤特性和微层理结构的各向异性,开展了不同层理角度和不同含水状态下的千枚岩力学试验。并基于能量损伤演化机制分析了层理角度和含水状态对千枚岩储能机制和释能机制的影响。研究结果表明：深埋碳质千枚岩的各向异性特性和遇水软化效应是千枚岩内部的沉积层理、层状薄片矿物和高黏土矿物成分导致的固有特性;其破坏机制及其强度各向异性主要受控于层理面间的弱胶结作用,这种弱面效应会随着围压的增大而降低;千枚岩遇水后其力学特性和脆性被弱化,宏观破坏角增大,表现出张拉破坏减弱,剪切破坏增强;基于弹性能和耗散能比例曲线的S型变化规律与能量演化规律,将岩石的渐进破裂演化过程划分为4个阶段,并采用能量损伤演化理论探讨了I型和II型两种典型岩石破坏方式的能量机制及其损伤演化机制;层理方向和含水状态对千枚岩的储能能力具有较大影响,其中层理方向对千枚岩的释能机制和损伤破裂演化机制影响不大,而千枚岩的储能与释能机制则对含水状态的变化更为敏感。