块系岩体非协调动力响应特征试验研究

岩体在块系构造状态下的动力传播存在块体和块体间软弱介质的非协调变形现象，对岩体结构的动力稳定产生重要影响。目前块系岩体的非协调动力传播响应研究尚不充分，导致不能进行有效的动力响应特征识别。通过试验对块系岩体非协调动力传播过程岩块动力响应特征进行研究，分别从动力传播速度、岩块加速度振幅衰减、岩块振动位移响应、岩块振动持续时间、块体动能显现、块体振动频域响应特性等方面对比纵波传播，给出块系岩体非协调动力传播的特征分析。通过分析可知，块系介质非协调变形运动产生的动力传播现象相比于纵波传播是一种低频低速波，并伴随着岩块的大位移运动，同时岩块振动持续时间较长，蕴含着动能与势能的相互转换过程，这些现象构成了块系岩体非协调动力传播的重要特征。该研究将为识别岩体非协调动力传播特征及块系岩体的冲击预警波动特征识别提供参考。     

爆破影响下岩质高边坡浅表层块体稳定性研究

摘要:岩质高边坡整体稳定性主要受软弱结构面及其组合控制,在组合有利的情况下,边坡主要发生浅表层块体失稳,开挖时的爆破振动作用是影响浅表层块体稳定的重要因素。本文以大渡河中游某岩质块状结构高边坡为例研究浅表层块体的稳定性,在总结浅表层块体失稳特征的基础上,实测爆破振动曲线,进行块体稳定性评价。研究结果表明,开挖后已失稳浅表层块体大多小于10m3,80%受软弱结构面控制,70%集中在马道下缘;实测的浅表层块体爆破振动加速度曲线显示,与邻近围岩相比,浅表层块体振动持续时间长,频率低,峰值小;等效静力法评价结果较爆破参数推算法更适用于临界失稳浅表层块体的稳定性评价。     

边坡岩体滑动稳定的动力学分析

在地震或爆破等强烈振动影响下边坡岩体往往产生块体滑动。这种失稳的动力学特性迄今尚未获得应有的研究。 在大部分现有的文献中都采用惯性力原理,将动力问题化为静力问题解决。这种常规的准动态分析,只考虑最大振动加速度,使问题过于简化而偏于保守。少数文献中探讨了动力问题,但也未考虑动荷载的全波形,所以未能解决块体滑动的真正的动力学问题。     

非连续变形分析方法中的阻尼问题研究

定量研究了非连续变形分析(DDA)方法中的黏性阻尼与数值阻尼。首先,基于Newmark直接积分法,推导了块体系统的运动方程。其次,通过动力学中的黏性阻尼理论建立了DDA中动力系数、时间步长与黏性阻尼比的关系式,探讨了DDA中的常加速度积分方案的数值阻尼分区及阻尼比计算方法,进而得到两种阻尼共同作用时的阻尼比表达式,并分析了频域内阻尼比的分布情况。最后,以谐振激励下的块体振动为例,通过对比不同阻尼作用下块体位移的DDA计算值与理论解,验证了本文提出的阻尼比计算公式的正确性。研究表明：黏性阻尼对低频的衰减作用明显,数值阻尼则可以很快地消除高频干扰,而二者共同作用下可降低阻尼的频率相关性。该研究成果为DDA的振动、波动等动力计算的阻尼取值提供了理论依据。     

层状岩石边坡倾倒破坏过程的数值流形方法模拟

层状岩石边坡的倾倒破坏是岩石边坡失稳破坏的主要形式之一。本文利用数值流形方法对一层状岩石边坡的倾倒破坏过程进行了模拟。模拟结果表明：在不考虑块体间粘结力的情况下，块体间的摩擦角决定着岩石边坡的稳定性。随着摩擦角的增加，块体间的摩擦系数增大，岩石边坡的稳定性增强，并出现相应的滑动区、倾倒区和稳定区。模拟结果与相应的理论预测结果相吻合。     

基于固有振动频率的滑移式和坠落式危岩块体稳定性评价模型研究

危岩块体的失稳多表现为突发崩塌破坏,无明显位移特征,因此常规位移监测难以达到监测预警的目的,此外影响危岩块体稳定性重要参数之一的危岩块体与母岩粘结面积难以获得,导致危岩块体稳定性评价困难。本文以危岩块体为研究对象,假设危岩块体均质各向同性,主控结构面为单个平面,系统阻尼比小于1,在振幅范围内的变形为线弹性变形,则可将危岩块体振动模型简化为弹簧振子模型。通过理论推导建立了危岩块体固有振动频率、危岩块体与母岩粘结面积、弹性模量和危岩块体质量之间的关系,再结合极限平衡模型,建立了基于固有振动频率的危岩块体稳定性评价模型。以白河堡水库右岸的危岩块体为试验对象,利用无线振动传感器(微芯方),将采集到的数据采用傅里叶变换等数学方法得到危岩块体固有振动频率,再结合固有振动频率与危岩块体粘结面积、弹性模量、危岩块体质量之间的关系,计算出块体粘结面积,最后基于该模型完成危岩块体稳定性评价。试验验证了基于固有振动频率的危岩块体稳定性评价可行性,相比传统方法更加快捷、准确。     

冲击载荷下块系岩体摆型波传播特性的试验研究

摆型波现象是深部开采中块系岩体固有的动力学特征之一。为研究深部块系岩体摆型波传播规律,采用理论分析与室内试验相结合的方法,研究了在冲击载荷作用下摆型波的传播特性。该试验采用12块花岗岩和橡胶夹层材料建立了模型,采用TST5915动态数据采集系统进行信号监测,分别获得了在均质夹层和部分夹层介质增厚情况下的加速度响应曲线,并运用摆型波动力模型理论进行分析。结果表明,摆型波在块体间传播过程中,频率大小不受能量大小的影响,而能量大小决定了波的衰减时间。当块体间介质黏性增加时,加速度幅值均有所下降,但对加速度衰减周期没有影响,而影响加速度衰减的主要因素是冲击载荷的能量大小。此次试验研究将为今后进一步研究摆型波动力传播特性提供一定的基础。     

滑坡运动过程仿真分析

滑坡是一个动态过程，滑坡体的运动是一个集滑动，转动，拉张等运动方式的复杂运动过程，传统的极限平衡和计算和有限元分析均无法描述滑坡的运动学特点和运动过程。非连续变形分析（DDA）是最近发展起来的一种新的离散数值分析方法。该方法基于块体的运动学理论及数值分析，可以开展块体的静力和动力学计算。应用非连续变形分析方法对长江三峡区新滩滑坡的运动全过程进行了数值模拟研究，模拟方案充分依据该滑坡的地质，地形特征，按不同岩土体和地质结构面类型进行块体单元的划分，共划分成504个块体单元。模拟结果表明，新滩滑坡是以斜坡中部姜家坡一带的局部破坏为其运动的开始阶段，并进一步牵引上部滑体和推动下部滑体。代表性块体单元的位移变化曲线和滑动速度变化曲线反映了滑动过程中滑坡体块体系统的变形是非连续的，各处块体的动态形态各异，从而很好地再现了新滩滑坡的整个动态过程，揭示了滑坡的运动机制。     

冲击载荷下块系岩体摆型波传播特性的试验研究EI北大核心CSCD

摆型波现象是深部开采中块系岩体固有的动力学特征之一。为研究深部块系岩体摆型波传播规律,采用理论分析与室内试验相结合的方法,研究了在冲击载荷作用下摆型波的传播特性。该试验采用12块花岗岩和橡胶夹层材料建立了模型,采用TST5915动态数据采集系统进行信号监测,分别获得了在均质夹层和部分夹层介质增厚情况下的加速度响应曲线,并运用摆型波动力模型理论进行分析。结果表明,摆型波在块体间传播过程中,频率大小不受能量大小的影响,而能量大小决定了波的衰减时间。当块体间介质黏性增加时,加速度幅值均有所下降,但对加速度衰减周期没有影响,而影响加速度衰减的主要因素是冲击载荷的能量大小。此次试验研究将为今后进一步研究摆型波动力传播特性提供一定的基础。     

缓倾切向岩质边坡顺层滑动典型工程案例研究

本文以层间发育有软弱夹层的缓倾角切向岩质边坡为研究对象,通过对边坡失稳变形特征的研究,分析边坡变形的影响因子,认为坡体后缘贯通的张拉破裂面与软弱夹层将坡体切割成规模不等的块体,边坡大范围开挖而又不作支护处理致使块体在顺层方向存在陡峻临空面,外倾的软弱夹层在雨水反复浸蚀作用下力学强度不断降低并演化为滑面,随着时间效应的累积以及机械施工振动、静水压力等不利因素的复合作用影响,当块体下滑力大于抗滑力时,边坡将会发生顺向滑移—拉裂破坏。同时采用层次分析法对影响因子进行分析,得出前缘开挖卸荷、降雨及软弱夹层是导致边坡失稳变形主控因子的结论。     

基岩振动干扰下的动力滑坡机制研究

本文通过对边坡基底岩石振动因素的分析, 建立了单一滑面滑体受基底岩石强迫振动的模型, 采用非线性动力学方程描述滑体的变形规律, 分析了基底岩石振动过程中导致滑体移动的原因。指出在一个频带范围和力幅范围内, 基底的振动, 会引起潜在滑体位移突跳, 在滑面的法向方向上张开, 切向上错动而诱发滑坡。     

强震触发崩塌滚石运动特征研究

高强度、长持时汶川地震诱发大量边坡滚石,滚石源于岩体结构面切割而成的块体或岩土质边坡中尺寸较大的孤石。以汶川地震未扰动现场滚石痕迹的判识、测量取样及分析,得出强震作用下块体(石)是以一定初始速度抛射而出的; 其坡面运动表现为滑动、滚动、跳跃与3种方式的组合。选取2个典型强震崩塌点为例进行研究,基本结论:(1)与重力作用下崩塌滚石运动特征是有显著区别的,地震触发滚石具有一定的平抛速度,初始速度除与地震烈度有关外,还与地形地貌有关,其中变坡点、凸起点、端部速度较大; (2)滚石三边(长、宽、高)比例越接近,其运距越远; 坡面相对1/2高度以上,运动方式表现为跳跃-滚动、跳跃-滑动为主,其下滚石则以滑动、滚动运动为主; (3)规模(质量)大的滚石多停留于第一着地点附近或边坡坡脚宽缓地带,滚石运动消能方式为摩擦或碰撞解体; 滚石平台阻滞率为54％,树(灌)木拦阻率为12％。通过反演,计算了非弹性碰撞法向恢复系数Rn与切向恢复系数Rt,其中裸露基岩Rn=0.2,Rt=0.6,一般覆盖层Rn=0.3,Rt=0.8。滚石在运动过程中的弹跳理论高度在0.2~1.3m之间,坡面相对高差与最远滚动距离之比约为1/2。     

岩体结构稳定分析原理和方法

工程实践表明,在边坡、地基或地下工程岩体中几组地质结构面和临空面的组合往往构成可能失稳的岩石结构体、存在向临空面运动的可能性、影响到工程岩体的稳定性。这时必须针对这种可能失稳的结构体进行分析,采取必要的加固或处理。关于岩石结构体的稳定分析,文献中已有一些报导,但偏重于图解和计算方法、一般是针对特定单一块体的解析,仅应用于边坡工程。     

利用ITRF速度场计算中国大陆与周围板块的现今三维相对运动

利用几何大地测量监测数据考察某一岩石圈板块或块体的运动 ,目前的主要方法是选择某一相对稳定点或直接选择地固参考系作为运动参考系 ,计算被考察的板块或块体相对于该相对稳定点的运动或在地固参考系中的运动。显然 ,这种计算结果无法全面直观地表达被考察板块或块体的内部相对运动 ,以及周围板块或块体相对于被考察板块或块体的运动。文中首次尝试了直接选择被考察板块或块体即欧亚板块东南部块体作为参考块体 ,利用一种高精度的几何大地测量监测数据 ,即国际地球参考框架 (ITRF)速度场计算了欧亚板块东南部块体在ITRF参考系中的线性运动模型 ,从而建立了欧亚板块东南部块体的块体参考系 ,并在该块体参考系中计算欧亚板块东南部块体内部及周围板块现今三维相对运动 ,进而分析中国大陆及周围板块的现今相对运动规律 ,以及板块边界处板块的现今相对运动规律。     

The mechanism of the 1941 Tsaoling landslide, Taiwan: insight from a 2D discrete element simulation

Tsaoling is located in Southwestern Taiwan, 10 km east of the frontal thrusts of the mountain belt. Five large historical landslide events were recorded from 1862 to 1999. No details of the earliest landslide event (1862) are available, thus this paper deals with the 1941 landslide event. Using the Particle Flow Code in two dimensions (PFC 2D) to simulate the mechanism of the Tsaoling landslide in 1941, this study shows that the landslide block developed cracks and slid down 0.2–1.8 m on the sliding plane. The cracks concentrated in certain zones, which corresponded to future landslide detachment planes. During the vibration simulation, the cracks spread from the shear plane to ground surface. Monitoring the variations of the displacements, velocity, and stress during vibration simulation showed that the peak velocity and stress in the transition zones occurred at 3 s. The displacement of the left part of the block exceeded 1.3 m, and the displacement of the right part was less than 1.3 m during vibration simulation. These results suggest that the left part of the block was pushed down by the right part, ultimately inducing a landslide during an earthquake.     

岩质边坡关键块体的搜索方法及工程应用

工程边坡开挖所揭露的某些结构面组合块体在破坏原有静力平衡状态后,进行应力重新分配,进而块体会发生失稳、滑动等变形,甚至影响到整个边坡发生破坏,因此,结构面组合块体的稳定性是决定岩质边坡稳定的重要因素。本文通过对某工程开挖边坡地形和结构面三维实体模型的建立,实现了边坡结构面与开挖地形实体模型在AutoCAD平台上的可视化操作,剖切不同位置的二维图形预测分析了边坡开挖后可能存在的结构面组合块体,采用块体计算程序(Swegde)验证关键块体并进行稳定性评价。结果表明:三维实体模型及剖切技术与块体计算方法的结合,易于搜索关键块体。事实证明,该方法操作简便,计算结果准确,搜索方法具备可行性。     

华南地质构造的再认识

近年来地质构造理论及测试技术的迅猛发展,为华南地质构造的研究积累了不少新资料和同位素年龄测试新数据,为检验以往对华南地质构造的认识提供了更多的科学依据,也为推动华南地质构造研究的进一步发展奠定了良好的基础。根据以往的工作成果,提供了闽北及云开大山的有关资料,对华南地质构造格局进行了再认识。认为华夏古陆应该肯定,但范围还需探讨,华南大地构造基本格局为两陆夹一盆。晋宁运动时,扬子地块与华夏地块对接;加里东运动使两陆块间洋盆褶皱逥返,形成统一陆块;海西－印支期,华南地质构造发展进入新的阶段。     

一种新型的工程岩体探测震源──超磁致伸缩声波发射器

针对工程岩体质量快速精细检测中极为关键的震源问题，提出并采用新型的超磁致伸缩材料，研制成一种特殊的工程岩体探测大功率声波震源系统，并成功地应用于工程岩体的探测之中。文章系统地介绍了超磁致伸缩材料的特性及其声波发射器的设计制作思路以及应用情况，并给出了实例。这种新型的震源具有小体积、大功率、高频率、短余振等优点，在工程岩体检测中有着其它现有各种震源不可替代的作用，是一种十分理想的探测震源。该震源系统除直接应用于工程岩体的地面检测之外，还有着十分广阔的应用前景。