恩施盆地红层边坡变形破坏模式研究

恩施盆地红层分布范围广,存在大量的斜坡或人工高陡边坡。由于红层岩体工程地质性质的特殊性,在自然地质作用和人类工程活动的影响下,边坡产生变形破坏,造成人员伤亡和财产损失,对城市市政工程和道路工程建设产生了较大的影响和制约。本文通过恩施盆地红层边坡的野外工程地质调查、钻探、现场试验（压水和渗水试验）、样品采集和室内岩体特性参数测试等工作,基本查清了红层的工程地质特性、水理特性和边坡变形特点。恩施盆地红层可分为“硬砂岩”和“软砂岩”,前者由胶结较好的粉砂岩和砂岩组成,强度较高,透水性差,属相对隔水层;后者由胶结较差的砂岩构成,强度低,透水较强,为含水层。边坡变形破坏规模较小,但点多、危害较大。本文从运动方式和影响因素两个方面对边坡变形破坏模式进行研究,依据斜坡岩土体运动方式,红层边坡变形破坏划分为:顺层岩质滑坡、坠落式崩塌、倾倒式崩塌3种;按变形破坏影响因素,边坡变形破坏划分为:软硬互层红砂岩差异风化、顺层结构面和切层结构面不利组合、人工开挖扰动3种,并分析了各类变形破坏模式的特点和变形破坏过程,对恩施盆地及同类型地区的红层边坡变形破坏的防治具有指导意义及参考价值。     

黑方台黄土斜坡变形破坏机理研究

黑方台常年农业灌溉引起地下水位上升,在透水性差的粉质黏土层顶部形成了厚度不断增大的饱和黄土软弱带,导致斜坡蠕动变形诱发了大量的黄土滑坡,滑坡体在地下水的浸润作用下转化为黄土泥流向前运动。为对黄土斜坡的变形破坏机理进行分析研究,进行了8个围压下的固结不排水试验。试验结果表明:饱和黄土应力应变模式表现为强烈的应变软化剪缩型,并具有一定的稳态特性。300 kPa围压以下,试样强度丧失,土体完全液化,其余围压下的试样产生部分液化,抵抗变形能力增加,土体应力状态可划分为完全液化区和部分液化区。斜坡的变形破坏特征因上覆黄土厚度不同而有所差异,通过插值计算,黄土层厚度大于临界黄土厚度（约20 m）时,斜坡产生突发性滑动变形破坏,反之斜坡产生缓慢变形的黄土泥流。研究结果证明了黑方台削方减载治理工程的科学性,并为滑坡的防治和治理提供了一定的理论依据。     

震裂斜坡形成机理及变形破坏模式研究

震裂斜坡是强震作用下形成的一类分布范围广、震裂变形严重、潜在危害大的次生地质灾害,为了深入系统地分析其震裂机理及变形破坏机制模式,本文结合5.12汶川大地震造成的震裂斜坡及其破坏现象的详细调查,在对强震中的地震波效应深入分析的基础上,以双面斜坡为例,首先对震裂变形的力学机理进行了系统分析。认为强震中的体波效应将导致斜坡体处于量值和方向不断变化的拉-剪应力和反压应力的交替作用之下,其形成的拉-剪破裂效应和潜在的楔劈效应是斜坡震裂变形的重要力学因素之一。同时,面波效应将导致坡体表面处于鼓胀拉力和扭力的作用之下,是坡体表部整体震裂破碎甚至破坏的另一重要力学因素。二者共同作用均使坡体应力场处于不断的动态变化过程中,坡体(面)震裂变形甚至破坏更为严重。在此基础上,对强震中斜坡变形破坏的机制模式进行了归纳,认为主要有四种表现形式,即旋转-拉裂型、旋转-剪滑型、鼓胀-拉裂型和滑移-拉裂型。研究成果为震裂斜坡稳定性分析以及灾后重建和防灾减灾提供了有力参考。     

冻结红砂岩单轴损伤破坏CT实时试验研究

为探究冻结岩石的宏观力学特性及损伤演化机理,对20、?5、?10 ℃红砂岩进行单轴加载CT实时扫描,获得各扫描层的CT扫描图像。利用Matlab自编程序生成灰度直方图和二值图像,基于CT数H值正比于密度的关系定义岩样扫描层的安全区、损伤区、破坏区,结合温度效应、水的软化作用及冰的冻胀力对岩样的影响,定量地研究冻结岩石的损伤破坏演化规律。试验研究表明,(1) 温度由20 ℃降至?5、?10 ℃时未冻水含量减少而冻结冰含量增加,岩样强度增大、抗变形能力提高、整体稳定性提高,CT图像呈现出岩样裂纹尺寸发展减慢、损坏程度减弱的规律;(2) 不同温度下岩石单轴加载的损伤演化经历了裂隙萌生、闭合、延伸、汇集及形成宏观主裂纹的阶段,岩样变形增大发生破坏;(3) 由于端部效应,中间较两端扫描层的损伤程度高,外侧较内侧扫描层先发生损伤,损伤边缘化并向内部扩展。     

基于模拟试验的强降雨条件下花岗岩残积土斜坡滑塌破坏机理分析

以东南沿海地区花岗岩残积土为代表性土样,以土体斜坡坡度、降雨强度为控制变量,设计了降雨滑坡模拟试验方案,在大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨等四种不同降雨等级条件下对四种不同坡度的斜坡模型进行了强降雨模拟试验,研究降雨强度和斜坡坡度对其滑塌破坏的影响特征。结果表明：降雨强度越大,发生深层破坏或浅层整体破坏的趋势越明显,其变形跨塌滑块尺寸越大,破坏范围越集中,破坏程度增强;同时土体裂纹出现的时间越早,斜坡滑塌破坏所需的降雨时长逐渐减少。随斜坡坡度的增大,破坏形式由滑落滑坡逐步转化散落崩塌破坏,其相应斜坡滑塌破坏所需的降雨时长减少。研究结论对揭示降雨引发残积土滑坡等地质灾害发生规律具有重要的理论和现实意义。     

斜坡破坏后滑体的运动学研究

提出和介绍在某些复杂条件下的滑坡运动计算公式 ,分析滑体变质量运动、变滑面坡角等因素对滑坡运动的影响 ,提出滑坡的运动特征参数的确定和应用。研究结果对滑坡灾害的调查、研究、预测评价有着重要的理论和实际意义     

青藏高原多年冻土区斜坡类型及典型斜坡稳定性研究

冻土区斜坡稳定性是青藏高原工程建设必须面对和解决的问题之一. 介绍了青藏高原多年冻土区斜坡失稳的主要类型, 包括崩塌型、蠕变型、泥流阶地型、表土植被层蠕滑型及热融滑塌型等. 其中热融滑塌型对于高原环境、尤其是植被及工程的危害最为显著, 该类斜坡的诱发因素一般为工程开挖或工程活动对冻土的热扰动, 斜坡失稳的根本原因在于多年冻土融化后强度的减弱或丧失. 在分析了热融滑塌型滑坡失稳机理的基础上, 提出了滑坡治理的原则与工程措施方案建议.     

高水压条件下大理岩破坏机理试验研究

锦屏二级水电站深埋隧洞中大理岩洞段处于高水压力和高应力环境中, 该段在施工过程中多次发生严重突水灾害。对该段大理岩的高水压条件岩石力学试验表明, 高水压条件下, 岩石应力-应变曲线在峰值应力附近出现明显平缓段, 应力降大, 岩石峰值强度及脆性破坏后破碎程度随水压力升高而升高, 岩石试件以压致拉裂破坏为主。基于高水压条件下裂纹周边应力解析分析, 认为裂隙中高水压力存在降低了裂隙尖端附近高应力集中效应, 与加载方向一定小夹角范围内的微裂隙尖端附近最大拉应力集中程度接近, 这使得岩石中应变能可进一步积累、压致拉裂型微裂隙数量进一步增加, 岩石呈脆性破坏, 并且破碎程度明显增加。研究工作对深埋隧洞突水灾害防治及强降雨诱发高速滑坡灾害预防具有重要的理论和现实意义。     

闽南斜坡破坏实例分析

本文通过闽南近年来发生的三个滑坡实例分析,认为大型滑坡的产生基本上是受地质构造所控制,相造破碎带是孕育滑坡的基本因素,而地下水强烈活动则是导致滑坡产生的主要因素。闽南地区发生滑坡、崩塌、剥落等斜坡病害从时间上看是屡见发生的。从宏观上看,它是一个区域性工程地质问题,它反映了区域构造体系彼此交切、复合、重叠与新构造运动的活跃。在一些构造交切复合地段往往易于产生大型滑坡和古滑坡复活。注意坡地形态和水文地质调查对斜坡稳定性分析是不可忽视的。人类工程活动不当,诱发滑坡产生则应予以注意。     

红山窑膨胀红砂岩湿化特性试验研究

针对红山窑膨胀红砂岩具有微膨胀、易软化、易风化的特点,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、MTS815.03岩石力学刚性电液伺服试验机等先进的设备为测试手段,对3种不同风化程度的膨胀红砂岩湿化过程进行观察和机理分析,从试验和机理两方面探讨膨胀红砂岩的湿化性,从而进一步阐明红砂岩膨胀性、裂隙化具有本质的区别。试验结果表明：(1) 中风化红砂岩干燥时抗压强度为5.85 MPa,饱和试样为0.20 MPa,岩石本身强度随吸水率增加而明显下降,具有强烈的软化作用;(2) 膨胀红砂岩的湿化性随胶结系数的减小而愈加强烈,与红砂岩风化程度(埋深)无关。这些研究成果对红山窑水利枢纽工程红砂岩地基开挖易裂以及边坡表层溜坍预治具有较大的指导意义。     

红砂岩长期强度特性的试验研究

岩石的流变特性是岩石的重要力学特性之一,其中岩石的长期强度是绝大多数岩土工程所必须引起重视的力学特性,然而就目前研究现状而言,与蠕变特性相比较是极不对称的。由岩石蠕变试验确定岩石的长期强度是现有最常用的方法,具有重要的现实意义。通过对完整红砂岩在CSS－2950岩石双轴流变试验机上进行的单轴压缩蠕变试验,利用过渡蠕变法、等时曲线法探讨了这些方法确定岩石长期强度在理论上的正确性和试验方法的可操作性,同时,将蠕变曲线与应力-应变曲线结合,提出了确定岩石长期强度的新方法,预测了岩石在荷载作用下可能破坏的时间。分析结果表明,将蠕变曲线与应力-应变曲线结合确定岩石长期强度对岩土工程设计具有重要的指导意义     

广东地区红砂岩三轴压缩试验研究

针对广东地区的红砂岩,利用岩石三轴试验系统,开展不同围压条件下的饱水红砂岩的三轴压缩试验研究,得到了红砂岩在不同围压条件下的应力应变曲线,分析了红砂岩的变形特征和强度特征,并探讨了表现这些特征的原因。     

三峡水库区奉节县典型岩质斜坡变形破坏模式及成因机制分析

从奉节地区所处的区域地质构造背景出发，充分分析研究该地区斜坡的物质成分组成、结构特征、岩层组合特点，同时考虑长江河谷的发育变迁对该地区地形地貌变化的影响，将研究区斜坡结构划分为以下6种类型：顺倾坚硬岩层斜坡、顺倾软弱岩层斜坡、顺倾软硬岩互层斜坡，反倾坚硬岩层斜坡、反倾软弱岩层斜坡、反倾软硬岩互层斜坡。论文从斜坡变形破坏形态入手，归纳、总结了以上6种类型斜坡的变形破坏模式和特点：总体上看，坚硬岩层组成的斜坡以断裂、崩塌变形破坏为主，而软弱岩层组成的斜坡以弯曲、滑动、塑性流动变形破坏为主。由于岩性本身存在强度差异，而且由于不同的岩层组合，及其与不同坡向的组合，造成各类斜坡的变形破坏又独具特点。通过分析研究，认为重力作用、降雨及地下水作用、河流冲刷作用是造成研究区斜坡发生变形破坏的主要原因。对于所划分的不同结构类型的斜坡，以上3种动力地质作用的效果也不尽相同，最终在各种作用相互影响下，形成了奉节地区复杂多样的斜坡变形破坏模式。     

石灰改性红砂岩残积土工程性质试验研究

为研究石灰改性红砂岩残积土的工程性质并确定最佳掺量,以恩施地区红砂岩残积土为研究对象,制备不同石灰掺量的改良土试样,并进行击实、压缩、无侧限抗压试验。结果表明,随着石灰掺量的增大:改良土最优含水量逐渐增大,最大干密度逐渐减小;改良土压缩系数先减小后增大,压缩模量先增大后减小,对应的最优石灰掺量为7%;改良土无侧限抗压强度先提高后降低,对应的最优石灰掺量为9%。出现上述规律的主要原因是:石灰发生的水化、离子交换、碳酸化、结晶等作用,增强了砂土颗粒之间的黏结,提高了土的整体性,使石灰土压缩、强度特性得到改良。然而,过多的石灰会以自由灰的形式存在于土颗粒空隙之间,导致土体的压缩变形量增大,无侧限抗压强度降低。     

软弱基座型斜坡变形破坏机制模拟研究

软弱基座型斜坡崩滑在我国西南山区及三峡库区是一种较为常见的地质灾害。下伏软岩在上部硬岩重力作用和外营力地质作用下产生压缩变形,向临空方向塑性流动,导致上部硬岩拉裂,进一步发展演变为崩滑。贵州某斜坡为一典型缓倾内软弱基座斜坡,上部为灰岩形成高度约150m陡崖,下部为厚度大于150m泥岩形成的缓坡。调查发现上部硬岩坡肩部位产生多条深大拉裂,坡肩局部发生过多次崩塌落石现象,斜坡变形仍在继续。本文采用有限元数值模拟和底摩擦物理模拟相结合的方法,分析了该斜坡坡体内应力、变形分布特征和发展过程,在此基础上研究软弱基座型斜坡的变形破坏机制,为软弱基座斜坡崩滑地质灾害防治提供理论支撑。研究结果表明,缓倾内具软弱基座的斜坡变形破坏机制表现为压缩（塑流）拉裂剪断三段式滑坡。     

一类板梁状斜坡破坏机制及稳定性研究

通过对鹿亭溪W24号典型斜坡的详细调查和分析解剖,对比前人的研究,作者提出了一类板梁状斜坡破坏模式。证实了这类斜坡不仅发生在近水平的砂泥岩互层的地层中,也可以发生在上部主要由近水平的坚硬、较坚硬的灰岩构成,下部主要由近水平的较软的砂泥岩构成的地层中。本文从地质演化的角度,分析了这类斜坡的形成机理,并将其划分为3个阶段:(1)卸荷回弹阶段; (2)压致拉裂面自下而上扩展阶段; (3)滑移面贯通阶段。简要分析影响斜坡稳定的因素,着重分析了地下水对这类斜坡稳定性的影响。基于极限平衡理论,用不同的方法计算了这类斜坡的启动水头,分析了在强降雨条件下的这类斜坡稳定性问题。以鹿亭溪W24号典型斜坡为例,通过离散元数值模拟技术,对坡体加载启动水头来模拟该类斜坡由变形累积到整体失稳的全过程。最后,笔者通过这类斜坡破坏机制及其稳定性的研究,对这类斜坡的整治提出了针对性的治理措施。     

斜坡动力变形破坏特征的振动台模型试验研究

以‘5•12’汶川地震灾区典型斜坡岩体组合结构为模拟特征,采用水平层状上硬下软和上软下硬两种岩性组合概念模型,设计并完成了1：100比尺的大型振动台试验。在基本满足相似律的基础上,试验在模型底部输入了不同类型、激振方向和振幅的激励波。根据试验宏观现象显示,斜坡模型的变形破坏特征与地震动参数、岩性组合结构密切相关,其破坏具有累积效应且受层面控制,上软下硬斜坡模型沿层面形成高位滑坡,呈“拉-剪”破坏模式,而上硬下软斜坡模型沿更深层面形成整体式崩塌,在破坏前并无明显的控制裂缝,其破坏时间相对落后于上软下硬斜坡模型     

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或牵引式滑坡。