鄂西山区崩塌落石运动特征及危险性分析

以远安县瓦坡崩塌区为例,通过地质调查、野外测绘、无人机航拍,建立了瓦坡崩塌区三维模型,基于Rockfall Analyst（RA）分析软件,实现了瓦坡崩塌区大量崩塌落石三维空间下运动路径、高度、能量等要素模拟,探究了崩塌区落石的三维运动特征,开展了崩塌区落石危险性评估,为崩塌落石的防治提供科学参考。研究结果表明:崩塌区危岩主要破坏形式为倾倒式,目前处于欠稳定状态;模拟落石三维运动轨迹与已有落石点基本重合,说明此次模拟结果与实际情况较为吻合;落石运动过程中以碰撞弹跳、自由飞落为主,落石主要集中在崩塌区下部冲沟及公路内,部分落石达到居民区,在崩塌落石区下部公路、冲沟及崩塌区右侧危险性较高;崩塌落石防治工程建议采用危石孤石清除+被动防护网,在公路内侧、斜坡下方分别设置5 m高和3 m高抗冲击力2 000 kJ的被动防护网,可有效拦截落石。     

地震荷载下危岩运动特征的模拟研究

西南地区地形复杂,位于地震高发区域。为了进一步研究该区域地震作用下落石的运动特征,以我国九寨沟景区内荷叶寨后山危岩带2为例。首先研究危岩带2中单一危岩体在自重荷载下的失稳情况,分别采用RocFall和非连续变形分析方法(DDA)进行模拟,结果表明:DDA和RocFall的模拟结果相近。DDA中落石水平位移模拟结果为210.6 m,RocFall中大部分落石水平位移分布在205 m附近。鉴于RocFall的局限性,采用DDA方法继续研究地震作用下危岩体的密度、高度、体积和地震波峰值加速度等因素对落石运动特征如运动轨迹、水平位移和速度的影响规律,并监测落石在坡脚附近的最大弹跳高度。研究结果表明:(1)危岩带2所处边坡自然坡角范围为65°~75°,落石在坡面上加速,在高程约2292 m(与居民区相对高差约为132 m)处发生抛射,运动方式以滚动、碰撞、弹跳为主;(2)岩体软弱结构面的贯通时间随落石密度、体积以及地震波峰值加速度增大而减小;(3)峰值速度随边坡高度、体积及地震波峰值加速度增大而增大;(4)水平位移随落石密度、边坡高度及地震波峰值加速度增大而增大;(5)坡脚处落石最大弹跳高度随各因素变量增大而增大。继续研究内部存在节理裂隙的岩体(3条平行节理将危岩分为K1~K4部分)在地震荷载下的运动特征:(1)在地震荷载作用下,危岩沿节理面发生倾倒破坏,落石水平位移模拟结果为191.5~243.8 m;(2)落石在坡脚附近的最大弹跳高度范围为0~13.8 m。     

贝叶斯信息标准在滑坡因子敏感性分析中的应用

滑坡因子敏感性分析是滑坡预测和治理的重要前提。以巫山县新址西区作为试验区,运用滑坡影响因素与历史滑坡之间建立的Logistic回归模型,通过贝叶斯信息标准进行模型优劣程度的比较,以期得出本区滑坡因子的敏感程度。设计了逐个加入影响因子进行非嵌套模型的优劣程度对比的试验方法。试验区滑坡因子敏感程度计算结果排队依次为：岩性、高程、距有影响构造线距离、坡度、坡向、坡形。试验为区域斜坡稳定性评价提供了一种新的、可靠的方法。     

四川省汶川县城区某斜坡危岩体破坏模式及治理

危岩体是西南地区威胁交通和居民区安全的重要隐患。特别是“5．12”地震造成了原危岩体的崩塌,同时又形成了大量新的危岩体。汶川县城区某斜坡危岩体可归纳为三种破坏模式：拉裂-滑移式、整体剪切错落式和弯折-拉裂-倾倒式。危岩体失稳后,落石将会以弹跳、滚动和滑动方式沿坡体下落。运用能量守恒定律和运动学规律来确定落石的动能、落距和弹跳高度,采取GPS2型主动防护网、RX-075型被动防护网及落石槽相结合的措施,确保213国道和居民区的安全。     

斜坡基桩水平极限承载力及影响因素模型试验和数值模拟

斜坡上的基桩具有承重和阻滑的双重功能,其受力变形性状远比平地上的情形复杂。采用模型试验和数值模拟相结合的方法研究了其水平承载特性及影响因素。模型试验结果表明：临坡距对基桩的水平承载变形性能有较大影响。同一级荷载下,临坡距较大的桩身水平位移小于临坡距较小的基桩;临坡距较大基桩的临界荷载和极限承载力也大于临坡距小的基桩。数值模拟研究结果表明：基桩水平极限承载力随着斜坡坡比的增大而减小,随着临坡距的增大而增大,与模型试验的结果基本一致。对比分析了斜坡和平地基桩水平承载变形性能的差别,得出了可考虑坡比和临坡距的斜坡基桩水平极限承载力简便计算方法,可为有关规范的修订以及工程设计提供参考。     

边坡落石灾害的颗粒流模拟方法

落石是边坡的一种常见的动力地质灾害。基于颗粒流理论,提出了落石灾害的二维的可视化模拟方法。通过颗粒流中不同参数的ball单元的组合模拟了各种形状和特性的落石体;通过wall单元的组合模拟坡面;选择ball-ball和ball-wall的接触刚度模型、粘结模型和滑移模型等接触本构模型来反映落石运动过程中落石岩块内部各部分和落石与坡面作用行为;实现了边坡落石灾害的二维可视化模拟。模型模拟出落石的自由落体、弹跳、滑动和滚动等运动形式、运动过程岩块的崩解;得到了落石的运动速度、位移等运动学参数。工程实例初步验证了该方法的可行性、合理性。     

北川羌族自治县都坝乡政府后山崩塌落石

针对四川省绵阳市北川羌族自治县都坝乡政府后山崩塌的落石,结合影响落石运动的各种条件因素,分析并确定落石的运动形式,选取合适的计算公式,初步得出了落石运动的速度及其对坡下危害目标的冲击能量。     

非均一性斜坡落石运动轨迹

现有的落石运动轨迹研究均将斜坡视为半无限均匀的坡面,而实际的工况下,坡面由不均一材料组成。根据落石不同的运动模式,将坡面简化为多层岩土体材料的结构形式,在滚动阶段,基于Hertz接触理论得到落石在不同坡面条件下运动特征,并给出坡面分层条件下落石切向摩擦系数的计算公式,在碰撞阶段,基于能量守恒定理,采用准静态接触力学理论得到法向恢复系数公式,理论推导得到任意层厚岩土体材料坡面条件下落石法向和切向恢复系数的解析解,然后求解得到碰撞后落石运动参数,并根据碰撞后落石的速度及回弹量关系,给出碰撞后落石运动模式转换的判别条件,最后结合运动学定理,得到3种运动模式任意分层坡面条件落石的运动轨迹,将理论公式应用于某山区落石运动轨迹预测,验证了理论公式的适用性和有效性。     

隧道仰坡落石冲击模型试验研究与机制探讨

以在建的成都－兰州（成兰）铁路某隧道出口仰坡为研究对象,研发了大型落石冲击边坡模型试验系统,该系统由模型试验台架、落石三维空间释放装置、高速摄影系统等组成,结构强度高并能满足试验过程的可视化需求。根据现场岩样实测物理力学参数,采用凡士林、硅油、水泥、细沙、重晶石粉、石膏以及滑石粉等原料,研制出现场千枚岩和砂岩的相似材料,并用于模拟边坡和落石。通过开展物理模型试验研究了近长方体落石初始滑移角度、形状、质量等3种因素对碰撞恢复系数这一落石运动轨迹模拟中关键参数的影响,同时在落石下落冲击的过程中,利用高速摄影仪和坐标卡尺记录落石完整的运动轨迹,后期通过视频处理软件分析落石与边坡碰撞前后的速度变化,根据公式计算出落石法向和切向的碰撞恢复系数。试验结果表明：随着初始滑移角度的增加,板状试件的法向、切向恢复系数分别呈减小和增大的趋势,且切向恢复系数变化更加明显;落石法向恢复系数随质量的增加呈明显减小的趋势,而切向恢复系数值变化不大;对于近长方体落石,立方体试件的法向和切向恢复系数大于厚板状试件,条形试件的两向恢复系数值受碰撞接触形态的影响,呈现两极化的趋势。最后,结合试验现象以及前人的研究成果对落石运动冲击机制进行了初步探讨。     

崩塌落石冲击埋地油气管道的动力响应机理研究

高位崩塌落石是造成长输埋地油气管道破坏的主要地质灾害之一.本文通过111处山区管道崩塌案例分析,归纳出崩塌与埋地管道相互作用的3种模式:冲砸管道、牵引管道及埋没管道,其中冲砸管道的危害性最大,并建立了崩塌与管道相互作用的地质力学模型.采用有限元仿真软件系统模拟了落石冲击、土体与管道变形响应过程及影响因素,发现落石冲击管...     

落石冲击力计算方法的比较研究

落石冲击力计算依赖于一些半经验半理论的算法,但这些算法的适宜性、合理性一直未能得到充分讨论和厘清。本文选择国内外代表性的5种冲击力算法,在设定落石尺寸、自由落高和缓冲土层厚度下进行冲击力计算结果的系统对比分析,发现国内有关规范推荐的落石冲击力算法实际计算的是落石冲击过程平均冲击力,而并非最大冲击力,从而导致工程应用中冲击力计算结果严重偏小,应是落石冲击力作用下结构开裂和失效的原因。相应地,以日本道路公团算法为代表的基于落石现场冲击实测冲击力拟合得到的经验算法比较符合实际,建议引入使用,但其不足在于不能反映冲击角度、缓冲土层厚度等对冲击力的影响,要圆满解决落石冲击力计算问题需要在以上各方面进一步努力。     

生态滤沟对城市路面径流的净化效果试验及模拟

通过试验和模拟,研究生态滤沟对城市路面径流的净化效果及适宜工况。设计了半渗透型和防渗型两套生态滤沟试验系统,每套系统由5种典型填料滤沟组成。不同影响因素的多水平正交试验和单因素试验结果表明:填料组合方式是对整体处理效果影响最重要的因素,且以粉煤灰+沙（FS）为人工填料层的生态滤沟净化效果最好,防渗与半渗透型沟槽综合去除率分别为83.12%和73.18%,最佳淹没区高度为150 mm。建立了污染物（TN、TP）去除率、出水率与各影响因素的多元回归模型,经Nash-Suttcliffe系数和决定系数检验,拟合效果良好。采用Hydrus-1D模型对3种入流浓度下TP在生态滤沟系统中的迁移进行了模拟,TP出水浓度模拟值与实测值平均相对误差分别为14.11%、17.33%和26.57%,模拟结果可靠。     

多孔含水岩层的相似材料配比研究

以石膏、浮石、硅藻土等材料为相似材料对多孔含水岩层进行相似材料模拟。试验中采用四因素（硅藻土水泥石膏比、标准砂浮石比、骨胶比、重晶石骨料比）、五水平的正交试验方法,分别对多孔含水岩层的相似材料试件进行密度、单轴抗压强度、孔隙率、弹性模量以及软化系数的测定,得出相应的物理力学性质指标,采用直观分析法分析各因素对物理力学性质的影响规律。分析结果表明：由于各配比度不同,相似材料强度分布范围较广,在与多孔岩层的岩石参数对比中发现,在一定的相似条件下,基本符合多孔岩层岩石的相似要求;硅藻土含量与密度、抗压强度、弹性模量、孔隙率呈负相关,与软化系数呈正相关;浮石含量与密度、抗压强度、弹性模量、软化系数呈负相关,与孔隙率呈正相关。所加入的两种材料可较好地模拟样品的多孔特性。在允许波动范围之内,所建立的模拟多孔含水岩层的经验方程可用于工程实践。     

基于线黏弹性接触的落石冲击地面参量理论研究

落石与坡面或者防护结构接触过程中冲击参量随时间变化特征是描述落石碰撞过程的重要指标,对于揭示落石与坡面相互作用机制以及采取合理的防护措施具有重要的意义。在现有的相关设计规范中,并没有给出关于落石冲击力时程关系的计算方法,仅参照有关规范或经验方法确定一个落石最大冲击力值。为此,首先基于线黏弹性接触理论,建立落石冲击地面力学模型,根据位移-速度组合初始条件以及速度-加速度组合初始条件分别推导得到两种落石冲击特征参量理论解析解;然后基于 ANSYS/LS-DYNA 非线性动力学软件,建立落石冲击地面三维数值模型,研究球体落石冲击地面力学特点;最后将理论结果对比室内试验和已有的研究成果,得出以下结论：（1）Hertz 弹性接触理论结果中各参量变化在加载阶段和恢复阶段均呈现对称的趋势,速度、加速度初始条件下的落石冲击特征参量和动力有限元法非常接近,而位移-速度初始条件组合并不适用于研究落石冲击下的动力特征;（2）不同速度和下落高度下,落石最大冲击力值随落石下落高度和冲击速度的增大而增加,而落石冲击作用时间随下落高度和冲击速度的增加而减小;（3）计算结果得到的落石最大冲击力以及落石冲击作用时间与室内试验结果和已有成果相接近,相比室内试验和有限元结果的震荡性,此结果更能体现落石冲击力变化规律; （4）多种冲击速度下,对比不同方法得到的落石最大冲击力,可知计算结果均在各种冲击力计算结果的范围内,具有很好的可靠性。考虑到现有研究理论的不足,难以求解落石冲击力时程关系,求解结果丰富了落石碰撞理论,可以指导工程有关落石灾害的防护设计。     

库区水位下降速度对库岸边坡稳定性的影响

水是影响边坡稳定的重要因素,库区水位下降引起坡体的渗流场变化进而影响坡体稳定性。以三峡库区某坡体为例,针对库水位下降的不同速度,利用二维有限元模拟软件Geo—Studio对坡体渗流场变化进行数值模拟和稳定性分析。研究表明,随着水位下降速度的增加,浸润线前缘总水头值不断减小,水平流速不断增加,滑坡的稳定性系数也随之下降。     

明棚洞落石冲击荷载计算方法研究

根据落石冲击回填土明棚洞过程中的基本力学和运动学规律,采用Laplace变换,从落石冲击半无限土体、落石冲击有限厚度土体、考虑回填土与下部结构相互作用3个方面推导了落石冲击荷载的理论计算公式,通过数值模拟和相关试验数据对理论公式进行了验证,并与目前常见落石冲击荷载计算公式进行了对比研究。研究表明：所提出的公式理论计算结果与数值模拟结果和相关试验结果均有较稳定的规律,理论计算值比数值模拟值大6%～41%,与Pichler现场试验的95%分位值差值仅在6%以内;尽管所提出的公式计算值比目前所有公式计算结果均偏大,但与数值模拟和试验数据更吻合,更能反映出真实的落石冲击荷载;所提出的计算公式可以反映缓冲层厚度和缓冲层性质的影响,缓冲层厚度越小,落石冲击荷载越大,缓冲层厚度影响系数可根据h/r查表确定;缓冲层和结构的动力相互作用导致结构承受冲击荷载相较缓冲层顶部冲击荷载增大,结构动力放大系数与缓冲层厚度相关,缓冲层厚度越大,结构动力放大系数越小。所提出的计算公式可以反映落石大小、落石形状、落石冲击能量、缓冲层厚度、缓冲层性质等因素对冲击荷载的影响,计算荷载值可直接用于明棚洞结构设计。     

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。     

腐植酸泥浆正交试验优化研究

腐植酸泥浆是非开挖钻进砂层、砾石、卵石以及破碎地层时常用的一种护壁浆液。针对常用的腐植酸泥浆的配方,设计了四因素三水平的正交试验,分析了泥浆性能受各组分影响的主次,然后进行配方优化。把NaCl作为一个正交试验因素,分析了NaCl不同加量对泥浆性能的影响。正交优化后的泥浆性能粘度较高,失水量较小,能较好的满足施工的要求。     

Rockfall数值模拟在零星高位崩塌地质灾害勘查中的应用

贵州省大方县小屯乡法启村一组崩塌地质灾害为一高位崩塌地质灾害隐患,崩塌方式以零星崩落为主,威胁下部83户510名居民及法启火车站安全。本文以贵州省大方县小屯乡法启村一组崩塌地质灾害隐患为例,根据勘查及调查测绘,模拟剖面的选取,坡面的参数确定,运用Rockfall软件数值模拟,模拟出崩塌落石运动过程中的特征参数,掌握了崩塌落石的运动特征,为该地质灾害防治提供了重要的参数依据。研究结果表明,Rockfall数值模拟在零星高位崩塌地质灾害勘查中可分析出崩塌落石的主要堆积停留区、最远崩落距离和各点位的落石动能、最大弹跳高度等详细数据,避免了公式计算的单一性,体现了模拟的随机性,与崩塌地质灾害的实际运动特征更接近,可更有效的指导崩地质灾害的防治,具有重要实践意义。     

贺兰口岩画载体落石危害及治理研究

因暴雨、地震和岩羊踩踏等不确定因素,贺兰口沟口至“水关”处发育的34处孤石极易失稳滚落形成落石对岩画和游人安全构成严重威胁。通过对34处孤石数量、成因、分布、岩性和几何特征全面调查与分析的基础上,运用Rocfall软件分析其失稳后的运动过程和能量变化进行分析,得出如下结论:(1)薄层状变质砂岩风化内凹的临空面、岩层层面与两组节理组合切割巨厚层砂岩失稳后堆积于坡面;(2)将落石划分为基岩裸露型、孤石带型和坡面泥石流型3种不同类型;(3)数值模拟结果显示,失稳后弹跳落点有52%~95%的概率在岩画赋存区,所具有能量为301~8412 kJ;最终落点有51%~95%的概率在游客栈道,所具有能量为299~7698 kJ;(4)监测结果表明,水剂比为0.32、平行布孔、间排距20 cm和抵抗线20 cm布置方案为最优,静态破碎结合人工搬运为岩画保护区落石源头治理的最佳方案。为贺兰口岩画保护区落石灾害的源头治理提供了新的途径与参考。