软硬互层顺层岩质边坡破坏试验

软硬互层结构的顺层岩质边坡破坏类型复杂、难于防治,针对此类边坡地质灾害易发、多发的问题,从坡面角度、岩层倾向及组合形式、节理分布等方面进行了研究.边坡物理模型试验是揭示边坡变形破坏机理的重要手段,基于相似理论,以重庆市万州区孙家滑坡为工程依托,根据滑坡区地质勘探报告设计了室内边坡物理模型试验;试验通过顶升模型箱模拟重力...     

缓倾软硬岩互层边坡变形破坏机制模型试验研究

以宜巴高速公路沿途彭家湾软硬岩互层边坡为工程依托,依据地质分析及相似理论建立缓倾软硬岩互层边坡室内模型,采用开挖试验及和注水软化试验来模拟实际中的工程开挖（或河谷下切）和雨水浸润软化过程,研究缓倾软硬岩互层边坡的变形破坏机制。结果表明：在开挖及雨水软化两种工况下,该类软硬岩互层边坡的变形模式都是前期的滑移拉裂变形和后期的整体蠕滑变形,破坏模式是以深部软层为滑动面的整体滑移;硬岩层与软岩层的变形情况略有不同,硬岩层以整体蠕滑变形为主,而软岩层以滑移拉裂变形为主;深部软岩层的状态变化对边坡的整体稳定性影响非常关键;工程开挖（河谷下切）及雨水入渗都会对该类缓倾软硬岩互层边坡的稳定性有重要影响,开挖导致的临空面及微裂隙是滑坡发生的基础,水是滑坡发生的条件和诱因。     

近水平软硬互层斜坡变形破坏机制

本文通过对某高速公路某深挖路堑边坡段天然斜坡的地质调查、钻探和有限元分析提出,近水平软硬互层岩层斜坡变形破坏首先发生于坡体中部硬岩层中,由拉应力的集中造成拉破坏,形成张性节理裂隙,逐渐向坡体顶部扩展,直至贯通而出露地表.暴雨期间在裂隙水和渗流水的扬压力联合作用下,产生滑移.应用本文的机制模型分析了垮梁子滑坡的形成机制.     

雅砻江上游互层斜坡倾倒变形破坏机制与演化

以甲西倾倒体为典型实例,从赋存环境、发育特征、形成条件等基础层面上分析雅砻江上游互层斜坡倾倒变形破坏机制及演化过程。研究表明:区内大型倾倒体是斜坡岩体在叠加有残余构造应力的自重应力场中长期演化的产物,软硬相间的岩性组合、陡倾内的岸坡结构,加之垂直层面密集节理的切割是斜坡发生倾倒变形的控制性因素;斜坡倾倒是受节理面和层面控制的复合倾倒模式,即:硬岩发生块状-弯曲倾倒,而软岩发生弯曲倾倒;受河谷演化控制,斜坡变形破坏主要经历了4个演化阶段:卸荷回弹陡倾面拉裂阶段,初始变形阶段,板梁根部折断、剪切面贯通阶段以及破坏阶段,并最终转化为蠕滑-拉裂模式形成滑坡。该滑动面受倾向坡外破裂面控制,而并非沿最大弯折带发育。     

三峡库区软硬互层近水平地层高切坡崩塌研究

由泥、砂岩互层或厚层砂岩夹泥岩等形成的类似“夹心饼干”的软硬互层近水平层状结构边坡,是三峡库区分布较为广泛的一种结构类型边坡。由于泥、砂岩风化速度的不同而产生的崩塌灾害现象是三峡库区最为常见的一种地质灾害,首先,从地形地貌、地层岩性、结构面组合、降雨作用和风化作用等方面对软硬互层高切坡的崩塌形成原因进行研究,软硬岩的差异性风化而造成的软岩空腔和硬岩中的结构面组合是造成崩塌的主要原因;其次,基于野外调查的地质现象分析,得到了软硬互层高切坡崩塌主要有倾倒、滑移、塑流拉裂、悬臂拉裂、错断等破坏机制,并概化出了各类破坏示意图;通过离散元数值模拟,对泥砂岩软硬互层高切坡崩塌的形成破坏过程进行了再现和分析,其破坏过程为泥岩剥落-岩腔-砂岩裂隙张开-危岩体弯曲-倾倒崩塌-堆积坡脚;最后,在三峡库区高切坡各类破坏机制的基础上,提出了相应的处治对策。研究成果对三峡库区高切坡地质灾害的认识和防治有一定的意义。     

反倾软硬互层岩体边坡地震响应的数值模拟研究

反倾软硬岩体互层边坡是公路建设中经常遇到的一类边坡,在不利条件下有失稳破坏的可能,特别是在坡脚受到扰动、降雨、地震等作用时.以“5.12”地震期间都汶公路(都江堰—汶川)上一处边坡的地震响应为例,采用离散元UDEC软件对其进行模拟,系统研究了其地震响应的变形破坏机制.研究结果表明,地震作用下,软弱岩层挤压变形强烈,有向外剪出的趋势.同时,在地震波反复拉张作用下,软弱岩层位置容易开裂,成为坡体变形破坏的优势拉裂区域.地震波加速度、速度随高程变化放大显著,在坡体表部位移最随高程增高而逐渐增大.就整体而言,岩体内部的节理裂隙进一步张开,井产生了一些新的裂隙,弯曲倾倒有加剧的趋势;而坡表覆盖层普遍具有表部拉张开裂和掉块现象,特别是在地形几何形态突变处,破坏更为显著.     

软硬互层岩体采场底板的应力分布及破坏特征研究

考虑底板岩体分层特性,将采场底板视为弹性层状半无限平面体,采用传递矩阵法建立层状底板的应力计算模型。用Matlab编制了相应的计算程序,求解得到不同分层深度处的底板应力分布,根据Mohr-Coulomb准则判断底板塑性区分布。新建模型考虑了不同底板岩性及其组合条件,理论计算得到的底板破坏深度比传统方法更符合实际,建立不同的软硬互层采场底板模型,分析了岩体的软硬性质对采场底板应力分布和破坏特征的影响。研究结果表明,硬岩底板对支承压力具有降低和扩散作用,降低作用减小了底板深处应力,有效地抑制了采场底板破坏深度;扩散作用加大了下卧岩层的应力影响范围,导致下卧岩层破坏范围增加,软岩底板由于其承载能力弱,会加剧底板应力的集中程度,导致底板岩层的破坏深度和范围都大大增加。     

深部急倾斜煤层偏压巷道支护参数优化研究

深部急倾斜煤层由于受特殊的地质结构和高地应力影响,煤层巷道开挖后易出现地层错动、垮塌的特点,施工中冒顶、底臌现象异常突出,巷道支护极其困难。通过对新集三矿-700 m煤探巷道进行现场勘查与试验,针对该急倾斜软岩巷道变形非对称性,底臌严重、地层错动的破坏特点,提出了可缩性U型钢全断面封闭支护和非对称性预应力锚杆(索)支护的全新支护方案,通过大型有限元软件ABAQUS建立数值分析模型,与原支护方案进行了对比分析。研究表明,采用改进支护方案巷道底臌位移量减小了66%,最大拉应力从0.58 MPa减小到0.38 MPa,塑性区较原方案更小,支护结构受力更加均匀。其结果可为同类地质条件的巷道支护设计提供一定参考。     

地震作用下软硬互层顺层岩质边坡动力响应研究

软硬互层顺层岩质边坡在我国强震区广泛存在,地震极易诱发该类边坡产生地质灾害. 针对地震作用下软硬互层顺层岩质边坡动力响应关键科学问题开展研究,基于离散元数值模拟法,揭示了软硬互层顺层岩质边坡动力响应规律,分析了不同边坡特征因素对其动力响应的影响. 结果表明：地震作用下软硬互层边坡变形破坏主要受软硬岩间层面控制,坡表剪切口和软岩位移增量明显;地震波在传播过程中,软硬岩层对地震加速度具有放大作用,其中软岩的放大作用更明显;地震波频谱特征显示：当地震波从硬岩传播至软岩时,多个固定频段被显著放大,当从软岩传播至硬岩时,频谱有所降低;坡表位移和加速度放大系数随软岩和层面强度的增加而减小,随层厚比的增加而增大;软岩强度和层厚比会改变地震波中显著放大频段的位置,二者增大时,放大频段的数量不变,频率减小;岩层层面强度降低时,放大频段的数量和频率不变,放大程度增大.     

急倾斜煤柱开采后对巷道影响的数值模拟

为提高煤炭的回收率和经济效益,针对长沟峪煤矿4槽煤柱,应用ANSYS有限元软件对-230～-310水平的煤柱开采前后进行数值模拟,得出:(1)煤柱开采以后,煤岩体总体下沉,但对-140水平巷道影响较小。(2)开采后,煤柱的中间部位是转折区,煤柱中部以上主应力减小,属于安全区域;煤柱中部以下主应力增大,随深度的增加,主应力增大;-320水平附近煤柱采后的主应力是采前的2倍多,是煤柱开采后主应力最大的地方,所以开采此区域为相对重点注意区域。(3)煤柱开采后-140水平的煤柱附近主应力增大,是没开采前的1.6倍,也是煤柱开采后主应力较大的地方,开采前要适当对-140水平煤柱附近进行加固。数值模拟得出结果和实际开采吻合较好,因此急倾斜煤柱开采后对巷道影响的数值模拟对开采有一定的指导意义。     

泥化弱胶结软岩地层中矩形巷道的变形破坏过程分析

在西部地区,一定数量的矿区处于泥化弱胶结软岩地层,此类软岩胶结性差、强度低、遇水泥化。矩形是采区巷道的常用型式,但其断面受力不均、稳定性差。在上述软岩地层中的矩形巷道承载力低、变形量大、变形持续时间长,给煤矿的安全生产带来极大困难。以内蒙古新上海一号煤矿皮带顺槽矩形巷道为背景,运用FLAC3D软件中的Cvisc黏弹塑性模型,对矩形巷道的变形破坏进行了数值模拟,并将模拟结果与现场监测结果对比分析。结果表明:巷道开挖支护后,受断面形状影响,矩形巷道四角出现压应力集中和顶板受拉区,巷道顶板下沉量大,底板底臌严重,两帮向巷道挤出;受围岩岩性影响,围岩进入塑性的时间快短、范围大,塑性区超出了支护体的作用范围,造成锚杆(索)的锚固效果难以完全发挥,围岩出现整体滑动的现象;巷道变形呈现出流变变形的特性,变形量随时间持续增加,持续的蠕变变形超出了支护体的可控范围,最终引起巷道的失稳破坏。     

岩层组合劣化型冒顶机制研究

通过对162起锚杆支护煤巷冒顶事故实例分析研究,顶板岩层组合劣化是引起冒顶事故的主要原因,占事故总数的66 %。应用东北大学岩石破裂过程分析系统（RFPA2D）,对不同组合的层状顶板的劣化过程进行了数值模拟研究。通过数值分析可知：岩层组合劣化与顶板岩层组合中软弱夹层位置变化、坚硬岩层厚度及高跨比变化有关;与直接顶板岩层组合中软岩层厚度变化有关。岩层组合劣化破坏的主要是拉破坏、剪切破坏及其共同作用的结果,在剪应力的作用下层状顶板发生整体跨落;在自重应力作用下顶板岩层发生弯曲破坏;剪应力和拉应力共同作用下层状顶板破坏形式为拱形冒落。     

山区下开采覆岩移动规律及破断机制研究

以海石湾矿山地下开采为背景,借助基于连续介质力学的离散元方法--CDEM数值模拟计算方法,对山区下煤层开采过程中不同采动影响模式下覆岩的移动和破坏进行了模拟分析,并结合相似模拟试验与现场岩移监测所得结果,得到了顺坡推动式采动影响模式及逆坡牵引式采动影响模式下,覆岩的移动和破坏形式,并从数值分析和实际观测上验证了高顺坡开采转低逆坡开采时覆岩悬臂梁结构的存在,解释了坡底局部隆起的现象。研究表明,在相同地质条件下,顺坡开采坡顶易发生张拉及剪切破坏,坡底有剪切蠕滑的可能,因此,较逆坡开采对边坡稳定性影响更大。所以在实际生产中宜将上工业广场建于低矮的坡体较完整的逆坡上。     

基于InSAR技术的缓倾煤层开采诱发顺层岩体地表变形模式研究

贵州贞丰县某煤矿开采煤层以向斜缓倾的三叠系上统火把冲组（T3h）为主,与贵州省大部分煤矿开采的背斜反倾煤层不同,其采矿活动诱发的地面沉降和滑坡风险亦表现出不同的变形破坏模式(背斜反倾煤层易诱发倾倒崩塌、顺层缓倾煤层易诱发地面塌陷与滑坡)。论文利用升、降轨观测的共15期3 m空间分辨率L波段PALSAR -2 SAR为数据源,开展了多期地表变形D -InSAR测量,确定出变形发生的位置、范围与滞后时间。经实地调查验证,InSAR解算结果较好地吻合了矿区开采范围和地表破坏情况,证实了InSAR在煤矿区识别时序性地表形变的准确性。进而分解计算了地表三维变形,并通过与地下开采范围和过程的相关性分析,深化了对该地区缓倾煤层地下开采诱发的顺层滑坡变形模式的认识：（1）InSAR可以识别计算出采矿区地表变形的范围与沉降量,矿区变形在干涉影像中表现为以采空区地表为中心向四周扩散的圆环状变形条纹;（2）地表变形区域覆盖地下采空区上方及附近地表区域,根据地表变形情况与地下采空区范围计算出该地区上山边界角约70°、下山边界角约58°;（3）地下采空与地表沉降变形存在约30 d的时间滞后;（4）顺层地下采空引发的地表水平移动方向受地层产状、地表坡向共同作用,水平向为沿层面的顺层滑移与向沉降中心汇聚的合成运动结果;（5）沿层面的顺层滑移与地表坡度因素叠加造成采空区地表上山侧岩石受拉产生拉裂缝,下山侧则易产生塌陷坑及裂缝。     

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。     

基于支护参数优化的强震区软岩隧道变形控制技术研究

为探明强震区千枚岩地层中长大山岭隧道支护参数变化与衬砌结构变形的相互作用关系,基于新奥法施工理念,结合强震区在建杜家山绢云千枚岩隧道现场试验段的实际施工过程,根据采取的三台阶施工方法,以试验段设置的5种支护方案为依托,对各种情形下隧道变形及主体结构内力进行现场动态跟踪测试,探讨隧道施工过程中随各部开挖不同支护方案下拱顶沉降、周边收敛、地表沉降及结构内力的变化关系,分析初步认定支护强度及刚度大的F5方案更适用于震区千枚岩隧道施工。对5种方案的施工过程进行三维有限元弹塑性模拟,通过对开挖后隧道变形、支护受力与现场监测值的对比分析,对施工过程中隧道结构的安全性和围岩稳定性做出评价。现场试验和数值模拟结果综合分析表明,仅有两种（F4、F5）方案适用于隧道开挖,而F5方案的隧道变形及结构受力较其余4种方案更为合理,该方案的成功运用也验证了这一方案的合理、有效性。在该基础上总结提出的软岩隧道支护参数技术要领及方法可供类似工程参考。     

深部厚顶煤巷道围岩变形破坏机制模型试验研究

为研究深部厚顶煤巷道围岩变形破坏特性及其机制,以赵楼煤矿千米深井厚顶煤巷道为工程背景,开展了大比尺地质力学模型试验,对让压型锚索箱梁支护系统作用下的巷道围岩位移、应力演化规律进行的研究表明：巷道顶底板围岩竖向应力释放较两帮剧烈,水平应力释放反之,巷道顶板中部围岩是顶板竖向应力释放的主要部位。通过与现场试验结果对比验证,总结出深部厚顶煤巷道围岩变形破坏的3个主要特征：顶板变形破坏较两帮和底板严重、顶板围岩变形破坏主要发生在煤岩交界面以下的煤体中、巷中是顶板变形破坏的关键部位,并进一步分析了相应机制：顶板煤岩松软破碎、自承能力差、顶板及其巷中竖向应力释放相对更为剧烈、矩形巷道顶板受力状态差等因素,导致顶煤所受径向应力低,碎胀变形剧烈,且弯曲变形、离层严重,顶板受力结构恶化,最终导致顶板控制困难。