含层间错动带岩体的破坏模式及其剪切特性研究方法探讨

层间错动带存在的普遍性,给世界上许多工程带来了岩体稳定性问题和地质灾害。通过对因层间错动带导致工程岩体结构变形失效或破坏的实例进行归纳总结,采用岩体结构控制理论的观点将含层间错动带的岩体的破坏模式分为拉裂破坏、掉块和层间剪切滑移破坏3大类。以此为基础,提出剪切力学模型是层间错动带力学模型研究的重点。对层间错动带剪切力学特性的现有试验方法和建模理论进行评述,并根据现有的研究基础,提出屈服面蠕变模型是当前层间错动带剪切蠕变模型的较好选择。     

基于动三轴试验的大光包滑坡层间错动带动力特性研究

大光包滑坡是2008年汶川地震触发的最大规模滑坡, 平硐揭示该滑坡滑带形成于糜棱质化、泥化的层间错动带, 且地下水从该错动带渗出。为分析强震过程饱水错动带材料动力特性, 本文作者在平硐内取不同层位错动带材料C₁(粉粒为主)、C₂(粉黏粒为主)和C₃(砂粒为主), 室内进行了系列动三轴试验, 得出如下结论:(1)在设计动荷载(40 kPa、60 kPa和80 kPa)下, C₁、C₂孔压增长缓慢, 没有液化; 而C₃孔压增长迅速, 5%应变时动孔压增长到围压值, 试样液化。(2)试样动剪应力值与振动次数关系较大; 随着振次增加C₃动剪应力值明显减小, 而C₁、C₂动剪应力小幅度减小; (3)在相同动应变下, C₃动应力和动弹性模量最大, 动阻尼比最小; 而C₂动应力和弹性模量最小, 动阻尼比最大。结果表明, 大光包层间错动带在地震中可能发生液化, 从而导致错动带抗剪强度骤然降低, 滑坡快速启动。     

白鹤滩层间错动带微结构特性及其化学改性初探

白鹤滩水电站层间错动带结构疏松、性状软弱、空间展布范围大、力学强度低,严重影响着地下厂房洞室的稳定性。为了揭示并改良层间错动带的力学特性,首先通过矿物成分分析试验、扫描电镜试验和压汞试验,从微观结构角度对层间错动带的矿物组成特征、颗粒排列规律、孔隙分布规律进行了详细的研究,阐明了层间错动带的微观结构特性及其对灌浆材料选择的影响,进而开展了层间错动带化学溶液浸泡对比试验。试验表明,硅酸钠溶液可以有效改善层间错动带的完整性,明显提高层间错动带的弹性波速、抗压强度、弹性模量和凝聚力。其研究结果对白鹤滩层间错动带的工程加固和改性设计具有一定的借鉴意义。     

大光包滑坡工程地质研究

大光包滑坡是512汶川MS8.0级特大地震触发的规模最大的滑坡。滑坡位于汶川地震发震断裂上盘,距发震断裂直线距离3.0～4.5km,覆盖面积7.12km2,体积11.59108m3,是我国有史料记载以来规模最大的滑坡,也是目前世界上已知为数不多的几个10109m3以上的超大规模滑坡之一。本文作者自2011以来,在过去工作基础上,对该滑坡开展了1：2000滑坡工程地质测绘,结合物探、坑槽探及浅孔钻探等工作,编制了滑坡工程地质系列图件,从而进一步查明了大光包滑坡的平面和空间形态、滑体结构、滑面位置和堆积特征等,获得了较为完整的滑坡要素定量数据。研究成果还原了大光包滑坡发生时的真实场景;揭示了滑坡堆积地貌特征、植被分布、岩性分布以及堆积体结构特征等,认为大光包滑坡是受强震和特定地形条件、岩体结构条件（层间剪切断层和两组陡裂结构面）控制的楔形体失稳。在此基础上,根据滑坡的要素组成和运动堆积特征,对滑坡进行了分区,分为滑坡断壁区、主滑堆积区和次滑堆积区3个大区,进一步划分为10个小区,分析阐明了各区特征。最后,对大光包滑坡的发生过程和形成机理进行了概要分析,将其概括为5个主要阶段：即强震拉裂阶段、锁固段剪断及楔形体失稳阶段、高速滑动和急刹车运动堆积阶段、拆离滑动阶段、断壁崩滑阶段。研究还发现：强震作用下滑带的进一步碎裂化,以及可能出现的水击作用可能是滑坡骤然启动的主要原因。     

层间剪切带工程地质专家系统

本文介绍了能够解决层间剪切带灾害工程地质问题的一个实用型专家系统．它的建造是以该领域三位著名专家的知识为基础，应用人工智能分支－－专家系统的理论和方法，模拟领域专家解决问题的工作流程和思维策略，用ＧＣＬＩＳＰ（混用ＦＯＲＴＲＡＮ及ＦＯＸＢＡＳＥ）编制成的程序系列，能够代替人类专家解决实际问题．     

白鹤滩水电站层间错动带工程地质特性

白鹤滩水电站层间错动带结构松散、水理性质不良、力学性质差且延展范围广,是地下空间围岩体中的弱结构面,控制围岩体的变形破坏。在大量地质勘探及室内试验研究资料基础上,将白鹤滩工程区的层间错动带划分为节理带、劈理带和泥化带,有利于其力学特性的研究;在分类的基础之上,研究了C2、C4层间错动带中不同带区的形成模式、宏微观结构特征、矿物成分、水理性质以及剪切力学特性等主要工程地质问题,认为白鹤滩层间错动带主要是构造成因,不同带区在黏土矿物含量、微观结构以及水理性质等方面差异明显,错动带的剪切位移曲线整体呈理想弹塑性特征;分析了施工期层间错动带的地质特性对工程岩体的影响,含层间错动带围岩体主要存在3种破坏形式：块体塌落、剪切滑移与渗透破坏。     

汶川地震触发大光包巨型滑坡遥感研究

大光包滑坡位于四川省安县高川乡,是汶川Ms 8.0级地震触发的规模最大的巨型滑坡。本文采用震前和震后高分辨率遥感数据源,对大光包滑坡滑动前后进行了4期遥感图像对比解译和分析,结合现场调查和地面测绘,对滑坡分区、滑面形态、剪出口位置及滑坡体体积进行了初步研究。将滑坡划分为滑源区、滑坡洼地区、主滑体堆积区、下游堆积区、上游堆积区和前缘堆积区,其中,主滑坡堆积区基本保持了母岩原有结构形态,其岩层产状与基岩大体一致,未明显解体,出露长1100m,宽490m,平均厚215m,体积达4.64109m3。对比了滑动前后的地形、地貌,以及原矿硐、矿渣、工棚等的位置变化,确定了滑坡边界、滑动方向,滑动距离达1.75km。本文建立了大光包滑坡区1: 5000地面数字高程模型(DEM),获得了滑坡堆积区平面分布面积及最大堆积厚度,采用AutoCAD软件分别建立了大光包滑坡滑动前后及滑面的三维实体模型,计算出大光包滑坡最大纵长约4.3km,横宽约3.5km,最大厚度约550m,体积约为11.52~11.99109m3,不仅是我国,也是全球近百年来发生的规模最大的滑坡之一。     

高压力下原状层间错动带三轴不排水剪切特性及其影响因素分析

针对某大型水电站揭露的原状层间错动带试样,模拟现场快速施工可能会产生的不排水边界条件,在围压5～30 MPa的高压力条件下开展了不固结不排水三轴试验,并结合试样物理性质的差异,分析讨论了原状层间错动带的力学特性。试样试验曲线和破坏模式主要由高围压控制：其应力-应变关系曲线均为应变硬化型且破坏后呈腰鼓状为塑性破坏。此外,较湿颗粒发生了大规模的颗粒破碎,其是造成高饱和度试样强度包线的趋势线随围压降低的根本原因。试验结果明显受物理性质影响造成了试验数据离散性,敏感性分析表明,围压P和饱和度 对初始弹性模量 和破坏强度 的影响最大,其次是孔隙比e,颗粒粒径（ ）分布对其影响程度最小。根据试样剪切特性建立的强度特征（ 和 ）初步预测公式可供实际工程参考。     

大光包滑坡运动特征及其过程分析

大光包滑坡是512汶川地震触发的规模最大的滑坡。滑坡的形成机制和运动学特征引起国内外学者的广泛关注。本文基于滑坡体运动-堆积特征的现场调查与分析,对滑坡的运动学特征进行了系统的阐述。为了再现滑坡的破坏和运动过程,应用物理模拟试验方法进行了对比研究。(1)通过对滑坡擦痕、标志性地物、滑坡堆积体植被、坡表块石倾向、滑坡裂缝、以及其他滑坡典型运动特征调查与分析研究,确定了滑坡的滑动方向、滑动距离、运动速度、运动特征值等滑坡运动特征参数,并系统地论述了滑坡扬尘、滑坡气浪、滑坡舌前缘岩性混杂堆积带以及滑坡碎屑流等典型运动-堆积现象的形成机理; (2)滑坡运动过程物理模拟试验表明,大光包滑坡破坏运动过程中存在前缘锁固段岩体剪断迸射、滑坡气浪、滑坡扬尘和急刹车效应等地质现象,且滑坡运动过程具有显著的阶段性; (3)大光包滑坡的运动过程可以概括为以下4个主要阶段,即:快速启动高速滑动急刹车制动拆离滑动。     

强震触发大光包巨型滑坡运动特征研究

文章主要研究了在强震触发下大光包滑坡在不同下滑阶段的运动特征以及响应速度问题。强震作用触发大光包滑坡体启程剧冲,继而在重力作用下沿滑面加速下滑,而后又与山体碰撞转化为碎屑流,整个运动过程中有明显的岩体抛射、前缘岩体反翘超覆以及岩块"推挤出槽"等现象。根据其运动特征,将滑体运动过程分为三个阶段,分别为主体滑动阶段、次级滑动阶段、碎屑流运动阶段,并运用静力分析法、能量法、碎屑流运动理论等对各个运动阶段的速度进行了研究。理论计算得到滑体剧冲速度为8.9m/s,主体滑动段末速度为37.0m/s,最大速度大于96.3m/s,碎屑流沿黄洞子沟和川林沟流动,分别运移了1.6km和1.3km后停止。     

层间错动带水力耦合抗剪强度特性演化规律研究

层间错动带具有延伸规模大、物理力学性质较差等特点。水库蓄水后,水位抬升使层间错动带受到较大的水压力。在高水压力作用下,层间错动带的抗剪强度及其演化规律,尚待开展试验研究。采用新研发的HMSS-300型现场结构面水力耦合直剪试验系统,针对溪洛渡水电站的层间错动带进行了不同水压力-应力耦合作用下的直剪试验,探讨了层间错动带水力耦合作用下的抗剪强度特征及其变化规律。研究结果表明：水力耦合作用下,层间错动带抗剪断过程的剪应力-剪切位移曲线具有明显的峰值,法向位移随剪切位移的增加大多表现出先剪胀后剪缩的特征。层间错动带的有效内摩擦角随水压力的升高而降低,二者呈负指数关系;有效黏聚力也随水压力的升高而降低,二者同样呈负指数关系。在0～2.0MPa水压力条件下,层间错动带有效内摩擦角劣化程度为7%～22%,有效黏聚力的劣化程度为32%～93%,表明水压力的增加对层间错动带的有效黏聚力影响更加明显。在不同法向荷载-水压力耦合作用下层间错动带呈现出剪切滑移破坏模式与中、细角砾岩颗粒的剪断-滑移混合破坏模式。在水力耦合条件下,黏土矿物的软化、膨胀与水侵入层间错动的颗粒之间以及黏土矿物的结构单位层之间形成水...     

大光包滑坡滑带碎裂岩体原位钻孔剪切试验研究

传统滑坡深度探测方法只能确定坡体部分稀疏单点的深度,无法准确反应整个滑坡体的深度分布情况,且探测成本高昂。针对该问题,本文发展了一种基于升降轨InSAR形变的滑坡深度反演方法,其基本流程是:首先利用时序InSAR技术分别获取升轨和降轨卫星视线向形变速度场,再根据卫星视线向与滑坡的空间几何关系,解算获得滑坡表面沿坡向和法向的二维形变场,进一步在质量守恒准则下构建基于坡面二维形变的滑坡深度反演模型,实现滑坡深度的反演计算。本文以四川省理县桃坪乡古滑坡体为研究对象,InSAR成果显示该滑坡运动面积~2.9 km²,流变参数取0.7时,反演滑坡深度集中分布在9~33 m,滑坡体积约3.49×10⁷ m³,结果与已有研究结论基本一致,证明了本文发展理论与方法的可靠性。且本文提出方法可获得滑坡体连续的深度数据,能更为直观地反映滑坡危险区域,可为滑坡灾害影响分析及灾害防治提供关键的数据支撑。     

层间剪切带工程地质专家系统知识模型的建立

层间剪切带工程地质专家系统是一个专门对层间剪切带工程地质问题进行研究和评价的实用型专家系统。本文介绍了为研制该系统而建立起来的领域知识结构模型, 该知识模型是在总结、归纳该领域三位著名专家的知识和经验的基础上建立起来的, 是专家系统知识表达及推理策略的基础。     

不同因素影响下层间错动带颗粒破碎和剪切强度特性试验研究

为了获得不同初始颗粒粒径分布和含水率对层间错动带颗粒破碎和剪切强度特性的影响,通过对比泥夹碎屑、泥夹粉砂、全泥型3种不同层间错动带类型与现场3种不同含水率（10%、7%和3%）试样在法向压力2～10 MPa作用下的反复直剪试验和剪切面颗粒粒径分析试验结果,可得出以下结论：①粗颗粒越多（d60越大）,采用相对颗粒破碎势Br量化的颗粒破碎程度越大;②较干颗粒（低含水率）由于磨损产生了更多的细小颗粒,而较湿颗粒（高含水率）由于破裂和摩擦产生了较大颗粒;③粗颗粒仅对峰值抗剪强度产生一定的影响,且粗颗粒越多,残余强度包线非线性越强;④黏聚力和内摩擦角随含水率线性减小,且低含水率试样残余强度包线非线性最强;⑤残余内摩擦角随颗粒破碎后的黏粒含量（<2 μm）线性减小。提出的残余内摩擦角初步预测公式可供实际工程参考。     

汶川地震触发大光包巨型滑坡基本特征及形成机理分析

大光包红洞子沟巨型滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,其体积达7.42亿m3, 堰塞坝高达690m,是我国已知的最大规模地震滑坡和最高的滑坡堰塞坝,也是目前全世界已知的为数不多的几个方量在5亿m3以上的超大规模滑坡之一,其高达690m的滑坡堰塞坝为目前世界最高的滑坡坝。滑坡位于发震断层上盘,距发震断裂映秀北川断裂不足7km。震前斜坡为三面切割的孤立型山脊,相对高差达1500m;斜坡岩层走向与坡面近于垂直,层面延展性极好,构成滑动面形成的基础。调查和分析表明,斜坡的临空条件和贯通性好的灰岩层面是滑坡产生的基础;而高强度和长持时强震地面运动是导致滑坡产生的根本因素。滑坡产生的机理和过程可分为以下4个阶段:即坡体震裂、松弛和解体阶段、高速溃滑阶段、震动堆积阶段、二次抛射和碎屑流堆积阶段。失稳高速下滑的坡体,形成了沿主滑方向长4.2km,宽2.2km的堆积体,高速流动的碎屑流越过下游侧风波岩山脊,沿红洞子沟形成了长1km的碎屑流堆积区。     

层间剪切带抗剪强度评价：以清江高坝洲为例

本文首先提出了层间剪切带抗剪强度评价中，如何由少数试验点成果和模型定量评价结果，扩充到整个面的抗剪强度参数的捷径方法．之后，结合清江高坝洲坝基层间剪切带横向特征，对层间剪切带在横向上的发育方式进行了划分，同时对肖树芳等人已建立的层间剪切带抗剪强度定量评价的模糊综合评判模型稍加补充．然后，以层间剪切带横向发育方式为基础．结合已有的试验成果和模型评价结果，对清江高坝洲坝基中可能危及大坝稳定性的７条层间剪切带的抗剪强度加以了评价．     

高压力下层间错动带残余强度特性和颗粒破碎试验研究

针对某水电站层间错动带的原状样与重塑样,模拟现场地应力条件,在试验法向应力高达10 MPa条件下开展了反复直剪试验。试验结果表明：原状样峰值强度高于重塑样,但强度下降较快,二者残余强度趋于一致;此外,试样发生了大规模的颗粒破碎,采用颗粒相对破碎势Br量化重塑样剪切面附近区域与非剪切面附近区域颗粒破碎程度,对比发现,前者颗粒破碎程度高于后者,且破碎机制不同;剪切面颗粒破碎是高压力下残余强度包线非线性的根本原因：剪切强度的下降（残余强度与峰值强度的比值）与Br和S2（试验前后小于粒径< 2 µm 颗粒含量的比值）呈线性关系,颗粒破碎导致的能量释放和不断产生的黏粒（< 2 µm）降低了剪切强度。     

考虑滑床摩擦弱化的大光包滑坡运动机制DDA数值模拟研究

2008年汶川发生M_S8.0级地震,此次地震触发了大约20万处滑坡,其中大光包滑坡是汶川地震触发的最大规模的滑坡,其复杂的高速远程运动机理引起了国内外学者的广泛关注。本文结合热分解及动态结晶将地震中断层间摩擦弱化机制(闪速加热导致热分解及粉末润滑)运用于大光包滑坡高速远程运动的模拟。本文通过修改非连续变形分析(DDA)程序中强度参数的输入方式,以基于速度变化的强度参数取代原DDA程序中的常数强度参数,进而实现了摩擦系数随接触两侧相对速度变化的动态调整。运用修改后的DDA对大光包滑坡的运动过程进行模拟。模拟结果表明滑床摩擦弱化是导致大光包滑坡高速远程运动特征的重要原因,修改后的DDA由于考虑了滑床摩擦弱化能够更加合理地模拟滑坡的高速远程运动特征,本文模拟的大光包滑坡在地震作用下失稳后,由于滑床摩擦弱化,更多的能量转化为动能,高速滑体掠过黄洞子沟后,爬上对面的平梁子,最终由于平梁子的“急刹车”作用,滑体停止运动。与修改前DDA相比,修改后的DDA对大光包滑坡运动过程和最终堆积形态的模拟结果与已有文献记载和野外调查结果相吻合。这也间接证明了大光包滑坡滑动过程中由于白云岩间摩擦闪速加热导致热分解及粉末润滑造成的摩擦系数降低,可能是造成大光包滑坡高速远程运动的重要原因。     

基于动三轴试验的层间错动带动孔压特性及能量分析

2008年汶川地震触发的大光包滑坡滑带形成背景是渗水层间错动带,该带强度变化是决定滑坡启动的主要因素,动孔压发展是土体材料强度劣化的根本原因,故基于系列室内动三轴试验研究该带材料孔压特性。结果表明,动载下层间错动带材料孔压快速增长,循环剪应力比越大,孔压增长越快,不同荷载条件下应变达到5%时动孔压比等于1,材料液化,根据动孔压比与振次比曲线的拟合关系提出幂函数应力模型。从能量角度描述层间错动带材料孔压增长特性,揭示出循环剪应力比对累积能量耗损与动孔压比曲线影响较小而围压对其影响较大,并进一步提出孔压增长的能量模型。