震裂-滑移式崩塌形成机制及变形规律研究

以四川省S303线卧龙至巴郎山段K70+340～K70+388处崩塌为研究对象,采用地质力学分析和UDEC离散元模拟相结合的方法,揭示了震裂-滑移式崩塌形成机制及其变形破坏规律。结果表明：该类型崩塌主要发生在有陡倾结构面的顺层岩质斜坡;地震波对斜坡岩体主要为拉剪破坏,并呈现出坡顶和坡面处拉应力大于坡体内部的规律;地震力对斜坡的影响表现出顶部较下部、坡面较坡内变形快、变形量大的特点;随地震波加速度的幅值的增大,斜坡动力响应也越强烈,崩塌体的位移也越大;震裂破坏过程可以归纳为6个阶段,即（1）地震作用下岩体的损伤和拉张裂缝的形成;（2）拉张裂缝的拓展和软弱滑移面的贯通;（3）崩塌体整体震散和局部岩块的滑移;（4）局部岩块失稳,产生岩体的坠落、弹射、抛射和滚落现象;（5）岩体整体产生坠落、弹射、抛射和滚落;（6）崩塌体趋于稳定。该问题的研究不仅可以为地质灾害的分析提供新方法,而且对震区防灾、减灾具有一定的指导意义。     

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.     

强降雨条件下岩质边坡倾倒崩塌破坏机理——以鄂西赵家岩崩塌为例

我国鄂西地区山多且陡、岩溶发育、雨量充沛,强降雨作用下崩塌地质灾害频发,研究该区域岩质边坡崩塌倾倒破坏机理对该区域的灾害防治具有重要意义。以该区具有典型代表意义的赵家岩崩塌为研究对象,通过实地勘测,工程地质分析,ABAQUS数值模拟分析等手段,对其变形破坏机理进行研究,结果表明:三面临空近直角陡峭的地形地貌、上硬下软的岩性组合是影响崩塌破坏的内在因素;下伏煤层开挖使得岩体下部架空,改变了岩体内部的应力分布并加速了岩体蠕变破坏的发展;节理裂隙发育改造了岩体内部结构,降低了岩体强度,促进了降雨条件下水压力对岩体的作用;强降水作用使得岩体后缘裂隙快速充水,对岩体产生向外的推力,是岩体崩塌倾倒破坏的直接诱因。     

顺层岩质边坡地震动力响应研究

地震作用下边坡的动力响应研究是边坡动力稳定分析的基础,利用FLAC3D有限差分软件建立一个顺层岩质边坡动力数值模拟模型,对其在竖向和水平向地震耦合作用下的动力响应全过程进行研究。研究表明,地震竖向和水平向耦合作用模拟比简单的模拟水平向振动更加接近实际情况,对岩土体的破坏更大;顺层岩质边坡在耦合地震作用下存在垂直放大和临空面放大作用;坡面水平向和竖向加速度均随高程增加呈增大趋势,在结构面处增大特别明显;竖向地震波产生的水平与竖向拉裂是触发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素;边坡动力响应特征值的放大效应表明,其放大系数值从大到小依次是：竖向加速度＞水平加速度＞竖向速度＞水平速度;耦合地震波作用下,随着av /aH的增大,坡面监测各点横向位移基本呈增大趋势,说明竖向地震作用起了重要的破坏作用。     

区域非稳定动力学环境下的岩体松动效应

区域非稳定动力学环境下,长期的构造变形、重力卸荷以及地震动力作用的共同影响,可以导致岩体发生大范围变形、松动。松动岩体内发育大量的软弱结构面,且表现出整体破碎、松弛严重、透水强烈,张性节理裂隙发育、地表裂缝较发育、岩体地震动力破坏信息反映明显等特征。岩体的变形松动可以分为卸荷变形松动、倾倒变形松动、顺层滑移松动、断层控制松动、节理裂隙控制松动等5种模式。岩体的物理振动试验结果表明,地震动力是造成岩体松动的主因。数值模拟结果表明,在单纯自重应力影响作用下,松动岩体不会出现大面积的失稳破坏现象,但在地震动力作用下,松动岩体会发生大面积屈服破坏。     

地震纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑效应研究

多次典型地震的灾后实地调查都表明震中附近的竖向地震力作用十分明显,而传统的斜坡动力响应分析仅考虑了水平地震力的作用。文中运用离散元数值模拟技术,对震中附近的斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用下产生崩滑破坏的动力全过程进行了研究,确定了地震动力作用触发的震中附近斜坡体崩滑破坏的形成机制及主控因素。研究表明:对于地震作用下震中附近的斜坡体崩滑破坏,由于纵横波作用的时间差较短,其崩滑形成机制多为受地震纵横波的耦合作用,即竖向周期拉压与水平周期剪切的耦合作用,在此基础上又以纵波的竖向拉伸作用占优,即表现为拉剪破坏形式;此外,在地震构造组合机制、岩体结构与构造、斜坡岩体风化程度及物理力学参数等因素既定的情况下,地震力作用（即地震纵波的周期拉压和地震横波的周期剪切耦合作用）是诱发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形（如高程差、沟谷延伸方向）则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流等运动过程的控制诱发因素。     

倾倒式岩质崩塌运动过程数值模拟分析

在延长县崩塌详细调查的基础上,采用数值模拟方法对倾倒式岩质崩塌运动过程进行了模拟,分析了其运动规律。根据崩塌的破坏形式和运动特点,将倾倒式崩塌的整个运动过程分为四个阶段：岩体原有节理的开裂变形阶段、岩体沿基座支点的倾倒运动阶段、崩塌体在一定初速度下的落体运动阶段、崩塌体的碰撞与堆积阶段。通过对倾倒式崩塌影响范围的理论计算结果、数值模拟结果和实际调查结果对比得出,数值模拟结果和实际调查结果基本一致,两者远大于理论计算结果,因此数值模拟结果可作为倾倒式崩塌的影响范围,可为崩塌灾害的防治提供科学依据。     

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。     

映汶路高烈度区地震崩塌的发育特征及破坏模式

映秀至汶川公路距“5.12”汶川地震震中最近,地震崩塌灾害最重.经过震后三年的详查,借助航片、3D激光扫描及岩体结构精细描述,对公路沿线典型地震崩塌的斜坡破坏部位、微地貌特征、坡度、坡体结构、岩体结构和地层岩性进行研究,运用DDA对八度区典型斜坡体发生崩塌的破坏机理进行模拟研究.结果表明.崩塌部位受控于岩体结构和基岩强风化层,同时,微地貌与发震断裂的位置关系造成的斜坡放大与地震背坡效应对崩塌影响明显.地震崩塌有拉裂-滑移、震动-溃散、震动-抛射三类破坏模式.     

非均质共面断续节理岩体拉伸剪切破裂机制研究

工程开挖面附近卸荷扰动区的岩体,受结构面和拉应力共同影响作用,其变形和破坏具有拉剪复合特征。为研究节理岩体的拉剪力学特性,基于颗粒离散元法针对共面断续节理岩体开展了系列数值模拟研究。通过假设粒间接触的力学参数服从Weibull分布表征岩体的非均质性,探讨了非均质性、均质度、法向拉应力和节理连通率对节理岩体拉剪强度和破坏模式的影响。研究表明:拉剪应力条件下非均质性节理岩体主要沿阶梯型破裂面破坏,剪应力-水平位移曲线可以分为线性变形阶段、非线性变形阶段、峰值及峰后阶段;随均质度提高,节理岩体的剪切强度逐渐增加且提升幅度逐渐减弱,趋于均质岩体,岩体中微裂纹由弥散型分布向破裂面集中;节理岩体峰值剪切强度和法向拉应力的大小呈非线性负相关关系;岩体剪切强度随节理连通率增加而显著降低。     

逆层岩质边坡地震动力破坏过程FLAC/PFC~(2D)耦合数值模拟分析

建立含有非贯通层面和正交次级节理的逆层岩质边坡FLAC/PFC2D耦合计算模型,进行地震动力破坏过程模拟试验,研究了逆层岩质边坡地震动力破坏机理。试验结果证明,在地震动力破坏过程中,边坡内部层面主要产生剪切破坏,少量张拉破坏集中于逆层边坡顶部位置并且总是发生在坡体已经产生动力失稳之后,因此层面的抗拉强度并不影响逆层边坡的地震动力稳定性。坡顶正交次级节理只能产生张拉破坏,形成宏观的岩层倾倒趋势,而坡底的正交次级节理既会产生张拉破坏,也会产生剪切破坏,破坏面滑动趋势明显。动力响应坡顶放大效应和破坏面发育位置深度导致坡顶岩体的张拉倾倒早于坡底岩体的剪切滑动,与逆层边坡静力倾倒破坏顺序相反。     

地震动力作用触发的斜坡崩滑高差效应研究

运用岩石动三轴剪切试验及有限差分数值试验技术,对地震动力作用触发的斜坡崩滑破坏时的坡体力学特征值空间变化规律进行了研究。研究表明:(1)地震动力作用触发的斜坡体崩滑破坏具有显著的"高差"效应,即斜坡体先期崩滑破坏大多起始于坡肩部位;(2)斜坡体临界破坏应变有随坡体微元埋深减小而减小的趋势,临界破坏应变小和坡肩地震峰值加速度的优势放大双重因素导致坡肩部位优先发生先期破坏;(3)斜坡体动态抗剪强度有随坡体微元埋深减小而减小的趋势,临界动态抗剪强度低和坡肩地震峰值加速度的优势放大双重因素导致坡肩部位优先发生先期破坏。     

逆层岩质边坡地震动力破坏过程FLAC/PFC耦合数值模拟分析

建立含有非贯通层面和正交次级节理的逆层岩质边坡FLAC/PFC2D耦合计算模型,进行地震动力破坏过程模拟试验,研究了逆层岩质边坡地震动力破坏机理。试验结果证明,在地震动力破坏过程中,边坡内部层面主要产生剪切破坏,少量张拉破坏集中于逆层边坡顶部位置并且总是发生在坡体已经产生动力失稳之后,因此层面的抗拉强度并不影响逆层边坡的地震动力稳定性。坡顶正交次级节理只能产生张拉破坏,形成宏观的岩层倾倒趋势,而坡底的正交次级节理既会产生张拉破坏,也会产生剪切破坏,破坏面滑动趋势明显。动力响应坡顶放大效应和破坏面发育位置深度导致坡顶岩体的张拉倾倒早于坡底岩体的剪切滑动,与逆层边坡静力倾倒破坏顺序相反。     

地震作用下康定市郭达山危岩带运动特征

康定地区多为深切河谷地貌,山坡陡峻,基岩裸露,崩塌落石多发,地震频发。为开展地震作用下崩塌运动特征和规律研究,以康定市郭达山危岩带为研究对象,采用颗粒流离散元软件(particle flow code in 2 dimension,PFC^2D)模拟危岩带不同部位崩塌源(坡顶孤石、坡体上部碎裂岩体、坡体中部老崩塌堆积体、坡体下部块状危岩)在面波震级(surface ware magnitude,Ms) 8.0地震作用下的运动特征和破坏过程。研究结果表明: ①坡顶孤石质量越小越易启动,孤石越接近球形越易发生倾覆和滚动,沿临空面飞出后运动类型以坠落、碰撞、滚动为主,坡顶孤石的运动速率最大时达11.8 m/s; ②坡体上部碎裂岩体破坏过程可分为裂隙延伸贯通—启动坠落—碰撞解体—滚动堆积4个阶段,位于碎裂岩体上部的块石运动距离最远,达269 m; ③老崩塌堆积体块石自前向后形成碎屑流,沿坡面运动类型以滚动、碰撞为主; ④下部块状危岩运动特征为启动—滑动—挤压—解体—再滑动—再挤压—堆积; ⑤不同部位的崩塌在运动过程中块石会发生碰撞、摩擦、挤压、解体,快速消耗自身动能,导致运动距离和速率骤降。采用离散元模拟能够更全面更精细化的认识深切河谷区的崩塌,可为崩塌灾害的工程治理和山区城镇的防灾减灾提供科学依据。     

某水电站坝区崩塌体特征及影响因素分析

挽近期以来,伴随青藏高原的强烈隆升,中国西南地区河谷经历强烈、快速下切,形成西南地区所特有的高山峡谷地貌,在此过程中,河谷岸坡分别遭受垂向剥蚀与侧向卸荷作用,出现一系列浅表生结构面,将岸坡浅表部岩体切割成大小不等块体,在后期时效变形过程中以崩塌、滑坡形式失稳破坏。本文以崩塌体发育部位,堆积物岩性、块度大小、风化特征等研究为基础,结合岸坡河谷演化、构造演化历史分析,追溯形成崩塌的地形地貌、地层岩性、风化卸荷、岩体结构等河谷岸坡特征。通过上述分析,总结归纳产生崩塌的主控因素是地形地貌、岩性与岩体结构,在地形地貌适合、浅表生作用强烈的区域,岸坡岩体变形破坏也较强烈,崩塌堆积物也较发育。     

地震与强降雨条件下云南鲁甸王家坡震裂山体稳定性分析

强震、暴雨等极端工况下的动力响应研究是震裂山体稳定性分析的关键。针对云南省鲁甸县红石岩堰塞坝水电库区边坡稳定性问题,运用三维数值模拟手段,对王家坡震裂山体在竖向和水平向地震波耦合作用下的动力响应全过程进行研究,并与暴雨工况及天然工况进行对比。研究结果表明:强震及暴雨作用下,王家坡震裂山体主要位移变形均发生在山体上部的断层影响带全强风化层表层部位,最大位移量分别为0.64 m和0.28 m;结合应力分布及剪应变增量分析可知,斜坡整体最大变形方向为N7°W。在天然状态下,坡体整体稳定性较好,但在极端工况下,坡体上部全强风化层发生坡表局部失稳的可能性较大。动力稳定性分析结果与实际监测数据较吻合,可为红石岩水电库区建设及王家坡震裂山体边坡治理提供参考依据。     

基于离心机和数值模拟的软硬互层反倾层状岩质边坡变形特征分析

我国西部山区建设揭露了众多大型弯曲倾倒变形体,它们多具有软硬互层结构。为进一步探明软硬互层反倾岩质边坡的变形破坏规律,本研究融合大型土工离心机试验与自开发的可以综合考虑节理面拉剪和压剪破坏的Hoek-Brown与Mohr-Coulomb联合强度准则,对此类边坡进行试验与数值模拟分析。首先,结合监测点位移和应力曲线对边坡的变形破坏过程进行详述并验证了所提出的强度准则及所建立的数值模型的正确性;然后,基于此数值模型研究不同几何因素对此类边坡倾倒破坏特征的影响。结果表明:（1）节理单元采用Hoek-Brown与Mohr-Coulomb联合强度准则可以较准确地模拟软硬互层反倾边坡的层间错动以及岩层弯折;（2）此类坡体倾倒变形破坏全过程为:层间先出现相互错动,然后边坡自坡脚部位开始出现弯曲变形,随后坡体后缘出现拉张裂缝,与此同时边坡整体向临空面弯曲倾倒,最终形成2个或3个破坏面;（3）随着岩层倾角的增大,边坡一级破坏面逐渐向坡体深处发展;（4）随着硬/软岩层厚比的减小,坡顶竖向位移变小,且坡体滑动的整体性逐渐增强;（5）随着软/硬岩层厚比的增加,坡体破坏面逐渐由粗糙的“锯齿状”向平滑的“圆弧状”过渡。     

含顺层断续节理岩质边坡地震作用下的破坏模式与动力响应研究

基于二维颗粒流软件PFC2D的人工合成岩体技术（SRM）,研究了岩桥倾角和节理间距不同组合形式的含顺层断续节理岩质边坡在地震作用下的破坏模式与动力响应规律。研究结果显示：在地震动力作用下,含单潜在滑动面的顺层断续节理岩质边坡呈现出滑移-倾倒的混合破坏特征,含多潜在滑动面的顺层断续节理岩质边坡则主要发生倾倒破坏;由顺层断续节理以及岩桥交替连接所组成的潜在滑动面是控制边坡动力稳定性的关键因素。在地震动力作用下,最靠近坡脚的岩桥段首先萌生翼裂纹,使得拉应力得到释放,随后各节理相继萌生裂纹并扩展、贯通,最终导致坡体发生阶梯状整体失稳。裂纹扩展受顺层断续节理控制,萌生裂纹中以张拉裂纹为主,且裂纹数量与输入地震波的加速度曲线具有同步性。另一方面,节理面的存在对边坡动力响应产生明显影响,沿坡表以及沿水平方向上的峰值速度、峰值位移随着岩桥倾角的增大、节理间距的减小而增大,同时节理间距和岩桥倾角对于峰值加速度（PGA）放大系数的影响范围主要集中在坡表、坡肩;沿竖直方向上,峰值位移随着岩桥倾角、节理间距的增大而减小,PGA放大系数曲线随高程变化总体呈现U型分布特征。     

安徽省庐江县火山岩分布区崩塌特征及防治对策研究

通过分析研究区内崩塌形成的地形地貌、气象水文及地质构造等条件,提出针对性防治对策及建议,为地质灾害早期识别和防治管理提供依据。研究表明,两处火山岩分布区崩塌主控条件为地质构造,次要条件为岩体结构和风化程度。庐枞盆地火山岩主控节理走向以北西-北北西向为主,崩塌岩体多呈碎裂结构及散体结构;北淮阳火山岩主控节理走向以北东-北北东向为主,崩塌岩体多呈块状结构及碎裂结构。崩塌地质灾害主要发生在居民切坡建房及道路切坡形成的人工边坡,一般威胁对象主要为居民点或道路过往行人及车辆,因其点多面广,建议采取源头控制、重点治理及群防群策等措施进行防治。     

地震条件下危岩崩塌运动特性的初步探讨

危岩崩塌是一种常见且破坏性极大的地质灾害,而地震是导致危岩崩塌的主要因素之一。数值模拟是研究危岩崩塌的重要手段。以概念危岩为例,运用非连续变形分析(DDA)法研究了地震荷载对危岩体崩塌块体运动特性的影响。对无地震荷载和3种不同地震荷载输入方式的4种工况进行了模拟。研究结果表明:地震荷载对危岩崩塌破坏有促进作用,不同的地震荷载输入方式对崩塌块体的运动特性有着显著的差异。从算例来看,竖向地震动对崩塌块体运动距离的影响程度甚至比水平地震动对其的影响程度更大,这与人们的传统观念不同,在今后的地震危岩崩塌防治措施设计中,应对竖向地震荷载给予足够的重视。