三峡库区巫峡箭穿洞危岩体稳定性分析及防治工程设计

箭穿洞危岩体壁立于三峡库区巫峡左岸,区内属神女峰风景旅游区,每天有大量的船舶从危岩体前方航道通过,潜在涌浪威胁到长江航道安全。箭穿洞危岩体的后缘高程为305 m,基座高程为155 m,平均高差为135 m,平均危岩横宽约50 m,平均厚度约55 m,崩塌体体积约3.575×105m3。箭穿洞危岩体基座为泥质条带灰岩,在库水波动下基座岩体劣化强烈;干湿循环试验表明基座岩体强度下降约20%~30%,危岩体可能发生基座压裂滑移或倾倒破坏。箭穿洞危岩体在145 m、175 m静水位工况条件下为稳定,暴雨+162 m洪水位工况下为基本稳定状态,在考虑基座岩体劣化的工况下处于极限平衡状态。箭穿洞危岩体防治工程等级为Ⅰ级,设计方案采用基座软弱岩体补强加固+锚索锚固。基座岩体在持续劣化,建议尽快启动箭穿洞危岩的治理工作。     

FEM/DEM法在典型柱状危岩体破坏过程数值分析中的应用

有限元/离散元耦合分析方法（FEM/DEM法）可计算连续介质的小变形,也可在新生裂缝并在裂隙间开展大变形计算。文章以位于重庆市巫山县长江左岸的箭穿洞柱状危岩体为例,分析了箭穿洞危岩体可能的破坏过程。分析表明:柱状危岩体的基座处于应力集中状态,既有拉应力集中区也有压应力集中区,应力集中造成柱状危岩体的基座附近边界岩体易破坏。应力集中新生了裂隙,裂隙的延展导致了危岩体的解体和最终的破坏。FEM/DEM方法预演了柱状危岩体压致拉裂的裂隙网络形成和破碎岩体运动过程。FEM/DEM对帮助分析大小变形混合的斜坡变形十分有利,是未来数值模拟的发展方向之一。     

三峡库区近水平厚层斜坡滑动稳定性研究——以重庆巫山箭穿洞危岩为例

以重庆巫山箭穿洞近水平巨厚层危岩体为例,通过地质环境条件、基座位移及应力监测数据等分析,总结归纳了危岩体目前的变形和受力状态,发现危岩体的强度仍在持续降低。同时,运用FLAC2D模拟手段,设置了初始天然、初始饱和、临滑、失稳4种模拟工况,研究了危岩基座岩体及泥质条带灰岩层面对危岩体阻滑规律。研究结果表明,基座泥质条带灰岩层强度的持续降低将会使得危岩体处于临滑乃至失稳状态。该稳定性分析也为进一步的防治设计提供了依据。      

库水位变动条件下柱状危岩体变形破坏机理

三峡水库周期性水位变动造成了部分消落带岩体劣化,其具体表现为强度下降和宏观裂隙增多,这使得一些柱状危岩体被发现或需要重新认识,包括箭穿洞、曲子滩和棺木岭等危岩体。这些柱状危岩体三维边界清晰,由"硬-相对软"的岩性组成,主要受控于相对软的硬岩基座岩体。采用伪时间增量的方式模拟岩石强度的时间相关劣化效应,数值分析了多水位变动周期下棺木岭危岩体裂缝和破坏区的扩展情况。危岩体初始破坏区主要集中在基座趾部岩体。随着水位变动周期增多,裂缝和破坏区由危岩体踵部和趾部相对扩展,破坏区主要集中在危岩体踵部。10次水位周期计算所得破坏区比相同时步、没有劣化效应时增加了近4倍,且以拉张破坏为主。周期性水位变动造成的岩体劣化强烈加快了柱状危岩体演化进程,同时影响了其破坏机理。从数值分析来看,棺木岭危岩体的变形破坏模式从原来的倾倒为主将转为以压溃崩塌为主。水位变动条件下岩石强度的时间相关劣化效应及其对柱状危岩体的影响研究将为三峡水库危岩体防治提供重要技术支撑。     

基于地面三维激光扫描的三峡库区危岩体监测

三峡水库周期性蓄水改变了岸坡内的地下水渗流场和应力场,降低岩土体的剪切强度,对库岸边坡、岩体稳定性影响很大。以往库区岸坡岩体形变监测主要通过设置固定点进行观测,难以发现岩体整体变化情况。地面三维激光扫描方法能获取岩体整体表面厘米精度的点云数据,具有无需接触目标、获取速度快、精度高等特点,非常适合库区高陡危岩体表面三维形变监测。以巫山箭穿洞危岩体为例,采用地面三维激光扫描方法对箭穿洞危岩体进行了为期2年（2017—2018年）共3期监测,以第一期观测目标周围稳定岩体数据为基准,对数据进行重叠点云迭代配准,点云配准精度优于±2.7 cm。针对箭穿洞危岩体在观测时段内的变化情况,构建危岩体区域的基准不规则三角网模型,以点到基准面最近距离法结合危岩体变化区间分析其变形。通过对比分析箭穿洞危岩体3期观测数据,发现相对于2017年,2018年箭穿洞危岩体左侧岩体有变形趋势;在库区蓄水阶段,危岩体局部多处存在明显凹陷变化,局部因蓄水影响发生约?0.03～?0.07 m变形。结果证明三维激光扫描技术在库岸高陡边坡形变监测中的有效性,为三峡库区高陡危岩体形变监测及地质灾害防治工作提供了参考。     

青川县大院乡董家危岩体的成因机制与破坏模式

从斜坡地貌演化、地质结构和变形特征研究董家危岩体的成因机制及破坏模式。结果表明,其危岩体是下部基座蠕变和上部灰岩倾倒拉裂所致,以倾倒式破坏为主,也可发生滑移式和坠落式破坏。     

周口店北京人遗址抢险加固工程施工设计

周口店北京人遗址保护工程以抢险加固为目的,是在首次抢险的基础上,继续对遗址本体破坏极大的地质病害采取有效的工程措施进行消除或加以控制,采用锚索锚固危岩体,根据病害特征,采取灌浆加固(包括化学灌浆)与锚杆支护相结合,可逆的修复保护与最小干扰的加固保护相结合,稳固周边与补强本体相结合的综合治理措施。     

三峡库区秭归县棺木岭危岩体发育特征及成因机制探讨

棺木岭危岩体为三峡库区新发现的崩塌隐患点,呈不规则塔柱状,平均高约50 m,宽约50 m,厚约20 m,体积约5×104m3。本文基于野外地质调查,在分析棺木岭危岩体发育特征及形成原因的基础上,对其形成机制及可能破坏模式进行初步研究。调查和分析表明:陡峻地形、上硬下软的岩体介质结构、构造裂隙切割是危岩形成的主要原因,水库蓄水和降雨是危岩体破坏的外在激发因素,尤其是库水位周期性涨落加剧了基座岩体的破坏,加速了危岩体形成演化;其成因机制为下伏软弱基座在上覆硬岩巨大自重荷载作用下压裂破坏,引起山体变形开裂形成,危岩体可能破坏模式为倾倒破坏或座滑破坏;其形成演化过程可以分为以下4个阶段:卸荷裂隙形成阶段、软弱基座差异沉降与裂隙扩展阶段、水库蓄水加剧裂隙贯通与基座岩体碎裂化阶段、崩塌与堆积阶段。     

溪洛渡水电站某危岩体稳定性及加固措施研究

在现场调查分析的基础上,提出了溪洛渡水电站某危岩体的两种可能失稳模式（剪切坠落或拉裂倾倒失稳）,进而建立了相应的稳定性计算极限平衡力学模型,而且对危岩体的变形和破坏特征进行了数值模拟分析,分析结果表明,危岩体抗拉裂倾倒稳定性较差,剪切坠落失稳的稳定性系数较高。在稳定性分析的基础上,计算出危岩体倾倒失稳时,安全系数为1.5时的锚固力,进而提出了危岩体加固方案：充填凹岩腔+填充裂隙+预应力锚索＋锚杆联合加固,数值模拟表明此加固方案效果良好。     

三峡库区黄南背西危岩体变形机理研究及失稳模式预测

自三峡库区2009年蓄水至175 m以来,库水位常年在高程145-175 m间波动,形成了高差30 m的水位变动带(消落带)。由于该变动带上岩体长期在饱和浸泡-风干曝晒的循环作用下,其物理力学强度不断减弱,于是大量的新生危岩和滑坡塌岸相继形成,此类地质灾害不仅点多面广,且破坏频率高,诱发因素甚多。本文以黄南背西危岩体为典型案例,基于影像资料、原位测试数据以及离散元数值模型深入分析了该危岩体未来失稳的破坏模式和变形成因机理,重点对该危岩体的应力场、形变场和基座岩体受水位作用影响展开研究。研究表明黄南背西危岩体发生失稳破坏的三种因素:1)底部岩体出现压溃破坏,2)底部破碎岩体受水影响劣化加剧,3)基座角砾岩岩体遇水水解。危岩体发生破坏将从其底部岩体出现压溃开始,上部岩体随后下错滑移,失稳岩体发生倾倒、滑移和坠落的复合型破坏。     

Reinforcing a Dangerous Rock Mass Using the Flexible Network Method

Because the main failure type of a dangerous rock mass is collapse, the treatment of such a mass should focus on controlling collapse failure. When treating dangerous rock masses, disturbing the mass （e. g. by blasting） needs to be avoided, as this new damage could cause collapse. So the self-bearing capacity of the mountain mass must be used to treat the dangerous rock mass. This article is based on a practical example of the control of a dangerous rock mass at Banyan Mountain, Huangshi, Hubei Province. On the basis of an analysis of damage mechanism and the stability of the dangerous rock mass, a flexible network reinforcement method was designed to prevent the collapse of the rock mass. The deformations of section Ⅱ w of the dangerous rock mass before and after the flexible network reinforcement were calculated using the two-dimensional finite element method. The results show that the maximum deformation reduced by 55 % after the application of the flexible network reinforcement, from 45.99 to 20.75 ram, which demonstrates that the flexible network method is effective, and can provide some scientific basis for the treatment of dangerous rock masses.     

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。     

震裂斜坡软岩崩塌成因机制与稳定性评价

陡峻边坡崩塌主要受控于岩体节理裂隙和结构面的组合,是西南地区频发的地质灾害之一。基于对李家屋脊崩塌区的工程地质条件的调查,阐述了崩塌危岩体的变形特征,进而对其成因机制和破坏模式进行了分析,对危岩体的稳定性进行了评价,对其治理给出了防治措施建议。     

北京百泉山风景区崩塌地质灾害防治方法分析

以北京百泉山自然风景区不倒翁景点附近的崩塌地质灾害为例,系统介绍该处危岩带（体）规模、特征、破坏模式、危害程度等情况,并根据其地质灾害特点、发育程度及沟谷内交通等条件,对多种治理方案进行分析、比选,最终选择了对危岩带上部反倾区进行削方,清除危岩体及陡壁坡面浮石、松动岩块,对危岩带采用挂主动防护网的治理措施。本治理方案可为类似山谷型自然风景区地质灾害治理工作提供一定的借鉴。     

基于无人机航测的丹霞地貌区危岩结构面识别与三维裂隙网络模型

丹霞地貌地区是我国地质灾害高发区,裸露的近水平红色砂岩、砾岩陡崖是其最主要的地质特征。在地质构造与包括化学溶蚀、物理风化、重力和生物等内外动力作用下,陡崖岩体节理裂隙十分发育,危岩崩滑灾害表现出变形模式复杂、破坏力强的特点,并且由于坡体结构复杂,工程勘察难度大。为此,以四面山景区滴水岩变形危岩为例,介绍了一种基于无人机勘查技术的高陡破碎岩坡表生节理面的野外快速识别方法及高精度图像建模方法,在准确把握危岩体控制结构面的空间展布特征的基础上,建立了符合丹霞地貌高位破碎危岩的三维随机裂隙网络模型。以期为地区危岩稳定性评价与防治工作提供理论指导。     

软硬岩互层边坡崩塌机理及治理对策研究

崩塌是红层地区软硬互层型边坡的主要工程地质问题之一。本文以西南地区某公路边坡为例,在边坡地质结构特征调查的基础上,分析了砂泥岩互层边坡崩塌形成机理,采用二维有限元方法研究了崩塌后上部凹腔岩体的变形破坏模式,并采用基于强度理论的稳定性评价方法研究了其稳定性。结果表明,崩塌的形成主要是由于差异风化在下部软岩部位形成凹腔,导致上部硬岩产生拉裂并逐渐贯通;若不及时治理,上部岩体中结构面贯通至60%时,可能产生坠落失稳。综合分析边坡稳定性状况及变形破坏演化模式,采用清坡+局部削坡+挂网喷混凝土+钢筋混凝土支撑柱+排水的治理方案,重点控制凹腔以上岩体中拉裂的发展并做好防、排水工作。     

深部破碎软岩巷道围岩稳定性分析及控制

针对深部破碎软岩巷道围岩稳定性控制难题,以邢东矿-980车场巷道为研究对象,采用现场调研、数值模拟、井下试验及现场观测等方法分析围岩变形破坏特征,揭示其破坏机制,针对性地提出了以高强锚杆密集支护、新型喷层结构护表、滞后注浆加固为主体的多层次锚喷网注联合支护系统,详细阐明了具体支护措施的围岩控制机制,并用数值方法分析了锚杆间距、喷层厚度对于围岩应力场和位移场的影响规律。研究表明：（1）随着锚杆间距减小（0.7 m→0.3 m）,锚杆承压拱和喷层结构的承载能力呈幂函数增长趋势,锚固区围岩压应力呈线性增长趋势,围岩变形量明显降低;（2）随着喷层厚度增大,喷层结构承载能力近似线性增长,锚固区围岩压应力亦呈增长趋势,各部位围岩位移量显著降低;（3）当喷层厚度达到200 mm时,非锚固区内围岩大部分处于压应力状态,拉应力区大幅减少。基于上述研究,结合现场地质、生产条件确定试验巷道围岩支护方案,并进行现场应用。工程实践表明,多层次锚喷网注联合支护技术可有效控制深井破碎软岩巷道围岩大变形,实现深井巷道围岩的稳定性控制。     

岩体结构变形破坏的内在驱动力-不平衡力

岩体结构的变形破坏是一个渐近过程,常规的强度设计与极限分析均无法描述这一过程。在回顾总结岩体结构破坏控制、变形控制的基础上,提出岩体结构变形破坏控制最终要落实到开裂控制上来。总结了岩体结构开裂计算的特点和难点,阐明了用不平衡力描述岩体结构变形破坏过程的理论依据。分别从单轴压缩试验、边坡开挖卸荷、拱坝坝踵坝趾开裂等3个具体的数值案例论证不平衡力与开裂破坏的内在相关性。提出了蓄水导致不可逆的谷幅变形也是不平衡力作用结果:裂隙水压力使屈服面收缩、原先处于屈服或临界屈服状态的岩体应力状态超出屈服面,产生不平衡力和不可逆的塑性变形。指出了不平衡力本质是岩体结构非平衡态到平衡态的距离,岩体结构非平衡演化的总体趋势服从最小塑性余能原理,进一步指出了无法消除的不平衡力是岩体结构变形破坏的内在驱动力。不平衡力不仅可以作为岩体结构变形破坏的判据,还能给出相应的加固措施,具有重要的工程意义。     

某反倾页岩边坡破坏面确定及其稳定性分析

破坏面确定是边坡稳定性分析的基础,存在各级滑动面。不同结构类型边坡,其确定方法也随之不同。对于反倾软岩边坡,不能通过不连续面空间展布分析确定其破坏面。联合FLAC3D和极限平衡方法分析具有节理块体切割破坏模式的某反倾页岩边坡稳定性。在野外调查基础上分析边坡的变形破坏机制,应用FLAC3D研究其应力、应变等值线及相应增量等值线图确定边坡潜在最危险滑动面和次级滑动面,计算其稳定性系数。在防护设计中考虑次级滑动面,针对边坡危险区域分析其防护效果。应用强度折减计算两危险区域稳定性系数,表明防护后边坡整体稳定性较好。该方法对反倾软岩边坡的稳定性分析有一定的借鉴价值,在防护设计中考虑次级滑动面的影响具有一定的实际指导意义。