贵州开阳磷矿山体崩塌形成机理与数值模拟

近年来,开阳磷矿区内地质环境和生态环境急剧恶化,山体崩塌等地质灾害频发。本文以开阳磷矿某崩塌为例,利用三维有限元软件MIDAS/GTS模拟地下采矿对斜坡变形的影响关系,分析崩塌的形成机理。研究结果表明地下采矿将会引起坡体产生差异沉降和应力集中,是形成该崩塌的决定性因素。结合地质分析将崩塌的发展过程分为:地下采矿-坡体应力调整-坡表差异沉降-结构面J1错动开裂-结构面J2剪断贯通-坡体失稳等6个阶段。     

贵州潜在倾倒式崩塌的识别指标

针对贵州省倾倒式崩塌的特点,选取对灾害发生具有控制性或影响较大的且易于在野外采集的因子(坡度、岩体结构、凹腔状态、主控结构面倾角、卸荷松弛、后缘裂缝贯通程度和基座软硬程度)作为识别指标。基于岩石工程系统RES方法,通过人工神经网络BP模型构建指标相互作用关系矩阵,研究指标间相互作用对潜在崩塌稳定性的影响,确定评价指标的权重,并就评价指标对整体稳定性的重要程度进行排序,旨在为潜在崩塌的野外简易识别奠定基础。研究发现,岩体结构、后缘裂缝贯通程度对潜在倾倒式崩塌的影响很强。     

贵州武陵山区中二叠统崩塌地质灾害形成机理研究

为掌握贵州武陵山区中二叠统地层崩塌地质灾害发生机理,通过实地调查,结合原有地质资料,发现中二叠统主要分布在乌江及其支流两岸,典型的河谷地形为地层崩塌提供条件。分析认为,卸荷作用导致河谷岩体形成垂向的卸荷裂隙,卸荷裂隙在自重、水的侵蚀及溶蚀等外力的共同作用下,不断扩展,形成危岩体的边界,同时卸荷裂隙与层面、节理等结构面将岩体切割成独立的危岩体,从而导致崩塌灾害发生。指出该区域内二叠系中统三种崩塌破坏模式:卸荷—拉裂—倾倒式、卸荷—拉裂—滑移式、卸荷—拉裂—坠落式,而研究区内主要破坏方式为卸荷—拉裂—倾倒式。      

溯源侵蚀引发的拉裂-倾倒型黄土崩塌形成机制

溯源侵蚀是黄土丘陵区最强烈的动力地质作用。常导致沟头后退、坡脚掏蚀,进而引发崩塌灾害。文章通过对研究区崩塌灾害的统计分析,厘定出溯源侵蚀作用引发崩塌的典型类型为拉裂-倾倒型。该类型崩塌具有后壁陡直、粗糙、规模大、分布广、危害范围广,潜在危险性大等特点。分析认为溯源侵蚀引发拉裂-倾倒型崩塌是水力侵蚀和重力侵蚀耦合作用的结果。该类型崩塌的形成,主要是由于斜坡在地表水力侵蚀和重力作用下,坡体内拉应力分布区、剪应力分布区和强烈水力侵蚀区三个区发生了转化,经历了斜坡应力重新分布、拉应力的增大与范围扩大,剪应力状态改变与范围集中、坡顶拉张与孔隙水压力耦合作用下的崩塌体倾倒破坏三个阶段。控制和影响拉裂-倾倒型黄土崩塌稳定性主要因素包括：斜坡几何特征、土体物理力学参数及裂隙中的静水压力。随着土体含水率的上升,坡顶拉张裂缝深度加深,侵蚀凹槽深度加深,崩塌体稳定性逐渐降低。     

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。     

2017年8月28日贵州纳雍县张家湾镇普洒村崩塌特征与成因机理研究

2017年8月28日10时30分许,贵州省纳雍县张家湾镇普洒村后山约49.1×104 m3的山体发生高位崩塌,高速运动的碎屑物质沿途铲刮坡面原有松散崩滑堆积物,最终形成体积约为82.3×104 m3的堆积体,摧毁坡脚的普洒村大树脚组和桥边组居民区,造成26人遇难,9人失踪。通过对灾害发生现场进行详细的地质调查,本文综合运用无人机航拍、地面合成孔径雷达监测等技术手段,对普洒村崩塌体特征进行了详细描述,初步阐述了崩塌发生的动力学过程和成因机理,并对周边受崩塌体失稳影响而产生的欠稳定区岩体特征的危险性进行了分析评价。初步研究结果认为,崩塌源区岩体在下部巷道采煤的影响下产生拉张裂缝,之后在长期重力作用下,山体开始变形、破碎,最终整体失稳破坏。崩塌体从小规模掉块开始到整体失稳破坏、远程运动,直至最终停积,整个过程用时约7分21秒,其中主崩塌体失稳用时约26 s,远程运动距离约788 m,是一处典型的高位崩塌-碎屑流。深入研究普洒村崩塌的形成过程和成灾机理,对我国西南山区存在的与普洒村崩塌体类似条件的灾害隐患点的减灾防灾工作,具有重要的指导意义。     

汶川震中岩浆岩高边坡破坏模式与崩塌机理

汶川8.0级大地震触发了大量岩石边坡崩塌次生地质灾害,不同岩性及结构的岩质高边坡,强震作用下的破坏机理不同,震中映秀岩浆岩高边坡在强震中破坏严重,因此急需开展其破坏机理的研究.以震中映秀典型高边坡崩塌-虎嘴崩塌为研究对象,在工程地质条件研究的基础上,采用结构面统计模拟方法,深入分析岩浆岩边坡的结构面组合特征,通过赤平投...     

倾倒型黄土崩塌稳定性判据及其影响范围研究

倾倒型黄土崩塌是黄土地区常见的一种灾害。根据倾倒型黄土崩塌的形成特征,分别由静力平衡条件的临界状态与塑性流动临界状态得到倾倒型崩塌垂直裂隙长度的上、下限解;根据摩尔库仑准则,得到崩塌体底面产状。由以上结果确定倾倒型崩塌体的几何特征;再根据力的平衡、力矩平衡条件,建立倾倒型黄土崩塌的稳定性判据,实现对倾倒型黄土崩塌的稳定性评价。根据发生倾倒变形的条件,建立了倾倒型崩塌体的运动学方程。通过求解,可再现倾倒型黄土崩塌发生后的运动轨迹,确定崩塌体的致灾范围。研究结果揭示了倾倒型崩塌体的形成机制,为确定倾倒式黄土崩塌治理方法及确定建设项目的安全距离的确定提供理论依据。     

湖北五峰赵家岩崩塌形成机理分析

赵家岩崩塌是发生在鄂西山区的一处典型岩质崩塌。野外调查发现,陡峻地形、裂隙发育岩体、平缓软弱夹层是危岩形成的基础,岩溶作用、采煤活动是危岩变形发展的影响因素,强降雨是崩塌发生的直接诱因。为了弄清崩塌的形成机理和失稳模式,文章在对崩塌形成条件和影响因素定性分析的基础上,采用刚体极限平衡方法,分别计算了可能失稳模式下,危岩失稳所需后缘裂缝内的临界水头高度,进而通过对比分析,对危岩的失稳方式进行了讨论。结果显示,崩塌发生是危岩在后缘裂缝静水压力推动下,沿下伏炭质页岩层发生剪切滑动破坏,进而产生了滑移式崩塌。该崩塌形成机理的分析结果,可以为鄂西山区类似的崩塌分析与防治提供参考。     

悬臂-拉裂式崩塌破坏机制研究

悬臂-拉裂式崩塌是崩塌类型中较为常见的一种,常发育于近水平层状的陡峻岩质边坡,在我国的西南和西北山区以及三峡库区,该类危岩体的数量多且崩塌发生频率高。调查研究表明,差异风化剥蚀、河流侧蚀、海水浪蚀、碳酸盐溶蚀等作用是岩质边坡产生凹进岩腔和凸出悬臂的外动力地质作用。在调查基础上,概化出厚层硬岩夹薄层软岩和薄层硬岩夹软岩两种悬臂梁崩塌破坏模式。根据悬臂梁最大弯曲应力计算理论,推导出岩腔极限深度计算公式,并结合岩石风化剥蚀速率,对悬臂梁危岩体产生破坏的时间进行了预测。通过岩腔极限深度计算公式的分析和悬臂梁崩塌野外调查结果,均表明岩腔极限深度与悬臂岩体厚度成正相关,而与顶部裂缝深度比成负相关。根据最大拉应力-抗拉强度比值分析法,推导出悬臂梁危岩体稳定系数计算公式,并给出其稳定性评价标准。通过典型算例,对文中方法的正确性进行检验,结果表明该方法具有公式简单和计算可靠等优点。     

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。     

震后公路边坡崩塌地质灾害形成机理分析

震后崩塌是强震作用下形成的一类分布广泛、震裂变形严重、潜在威胁大的次生地质灾害。为了较为深入系统地分析其形成机理,本文结合对映秀至卧龙公路沿线震后公路边坡崩塌地质灾害详细调查和115条实测剖面的分析,首先把震后公路边坡崩塌地质灾害从孕育形成到失稳破坏的演化发展过程分为4个阶段,即原始结构面的形成阶段、潜在变形体的形成阶段、震裂岩体的形成阶段和失稳破坏阶段。在此基础上,分析认为震后公路边坡崩塌地质灾害的形成机理可归纳为震裂-滑移式、震裂-倾倒式、震裂-溃屈式和震裂-错断式4种模式,研究成果为灾后公路重建和防灾减灾提供了有力参考。     

地震波作用下崩塌影响因素及破坏机制分析

汶川地震触发了大量崩塌、滑坡等次生地质灾害,位于卧龙熊猫苑圈舍后山崩塌就是1处典型的震动触发破坏。崩塌区域距离震源点较近,地震作用是导致崩塌破坏的主控外在因素; 而地形地貌和岩体结构特征是关键的内在影响因素。在现场调查和室内试验的基础上,采用离散元计算软件对坡体在地震作用下的动力响应特征进行数值模拟,以获得坡体的崩塌破坏机制、优势震裂区域和控制性因素。数值模拟结果表明:(1)地震纵横波的耦合作用引起的对岩体的拉压和剪切是崩塌的直接动力; (2)在地震波作用初期,近于陡立节理最先产生拉张破坏,形成楔形裂缝,并从坡表向坡内延伸,后期,由于倾向坡外节理和层面的存在,裂解的块体向坡外倾倒和滑移,整体形似弯曲状,并产生整体失稳; (3)由于地震惯性力效应,表层的震裂岩体在崩塌开始时是具备一定初始速度的,这也是地震诱发崩塌破坏影响范围较大的主要原因之一。对于类似坡体的潜在崩塌破坏的防治应以对陡倾裂隙的加固防治为主并结合坡肩的加强支护。     

黄土坡滑坡的离散元研究

根据黄土坡滑坡所处的深部地质和表层古滑坡体结构特征，建立滑坡地质环境模型，运用离散元数值模拟方法研究黄土坡滑坡与深部地质环境的关系，明确了其形成机理，认为软硬相间的岸坡地层及顺向坡特点构成了黄土坡滑坡形成的形成的物质条件和发生背景环境，其内在力学机制是深部软硬相间岩层在重力蠕滑作用下发生的拱张，在考虑不同荷载组合的情况下预测评价滑坡的稳定性变化，滑坡体上建筑荷载会抑制中部剪切滑移区的发展，但能使滑坡体前端剪切滑移区扩大，从而降低滑体前缘的稳定性。     

强烈岩溶控制型崩塌形成机理研究

2006年1月27日,贵州省威宁县猴场镇腰岩脚发生崩塌。腰岩脚高陡坡为软弱基座型,上覆硬岩为碳酸盐岩,下伏软岩中有近水平可采煤层。基于灾害特征及过程分析,建立了崩塌发生机制概念模型,即高陡斜坡中因强烈岩溶作用发育有深切溶蚀裂缝和水平溶洞,形成高陡岩墙,坡体深部煤层向坡面过度回采,导致岩墙下部应力集中过大而发展为破坏。基于MIDAS/GTS分析软件量化分析了崩塌发生机理及过程,并进一步分析了不同采空率下回采工作面距离陡崖面的临界安全距离,可为类似条件下煤矿开采提供参考依据。     

地下开采作用下反倾上硬下软型斜坡崩塌形成机制研究以贵州开阳磷矿崩塌为例

以贵州开阳磷矿崩塌为例,通过对地质条件、采矿扰动与变形破坏特点的分析,阐明在地下开采作用下,反倾上硬下软型斜坡变形破坏的发展过程,并总结斜坡失稳破坏的3种模式,指出不同类型的破坏变形均以坡顶拉裂为前兆,而斜坡岩体结构特征是产生不同破坏模式的关键控制因素。进一步运用数值模拟与物理模拟方法,分析该类型崩塌的形成机理,认为反倾上硬下软型崩塌的形成具有特定的地质背景,动力条件与诱发因素,崩塌最终可能以急剧破坏的形式出现,但其发生并不是一蹴而就的,是经历了从发生、发展直至破坏的长期过程。从地下开采后采空区顶底板的变形,发展到地表裂缝的产生,崩塌的形成是地表裂缝沿着陡倾结构面追踪发展的过程,并受岩体结构特征的控制最终发生倾倒、突破锁固段剪出或沿中缓倾结构面滑塌。因此,对此类斜坡地质灾害的监测和防治必须把握前兆现象,加强早期识别与预警。     

藏东南宗坝危岩体崩塌离散元数值分析

崩塌是边坡常见的地质灾害现象,突发性强且危害性大,是工程边坡防灾减灾的重点。文章对藏东南宗坝地区某边坡开展了现场勘查,分析危岩体的发育特征,利用PFC3D软件模拟了危岩体发生失稳后的运动过程。计算结果表明：危岩体失稳后运动特征受地形条件影响较大,落石在坡表滚动、碰撞和跳跃,沿斜坡表面呈散射状向下运动。数值模拟结果初步确定危岩体失稳后的堆积特征,主要威胁范围为坡脚前缘居民区、318公路及帕隆藏布,为防灾减灾工程设计提供参考。     

拉裂-滑移式黄土崩塌的形成机制及其稳定性研究

拉裂-滑移式黄土崩塌是黄土地区高速公路建设过程中常见的一种崩塌灾害。根据土体极限平衡方程,得到黄土斜坡后缘最大竖直拉张裂隙深度。引进水致弱化函数,分别建立了竖直裂隙面介质及潜在滑移面介质的本构方程。根据崩塌体能量守恒原理及尖点突变理论,建立了拉裂-滑移式黄土崩塌隐患的尖点突变模型。根据该模型,探讨了拉裂-滑移式黄土崩塌的形成机制。认为黄土斜坡开挖后,后缘形成拉张裂隙,在裂隙充水的作用下,竖直拉张裂隙的剪切模量增大,潜在滑移面的剪切模量减小,当黄土含水饱和度达到一定程度时候,系统发生突变,滑裂面形成,土体重心不断向临空面移动。其重心一旦滑出陡坡,就会产生崩塌。根据极限平衡方程,结合摩尔-库仑定律,建立了拉裂-滑移式黄土崩塌隐患体的稳定性计算公式。研究结果对黄土崩塌治理的设计与施工具有重要参考价值。     

黄土崩塌破坏模式及离散元数值模拟分析

黄土崩塌是黄土高原区最常见、致灾最为严重的一种地质灾害.首先,从黄土地形地貌、黄土类型及结构、黄土垂直节理、坡脚侵蚀、降雨、人类工程活动等方面分析了黄土崩塌的成因,认为黄土中的垂直节理和坡脚侵蚀作用是造成黄土崩塌的主要原因;其次,通过野外黄土崩塌变形破坏特征及地质现象分析,将黄土崩塌归纳为拉裂-坠落式、拉裂-倾倒式、拉...     

西藏樟木后山危岩崩塌颗粒离散元数值分析

崩塌危岩是高陡岩质边坡浅表层破坏常见的动力地质灾害方式之一,它突发性强,随机性大,速度快,发生猛烈,一直是边坡工程勘察中的重点。对西藏樟木后山高陡边坡危岩进行了现场勘察,分析研究了危岩崩塌体的分布范围。利用PFC3D模拟了在降雨件下危岩崩塌危岩的运动轨迹、速度及不同摩擦系数崩塌体的堆积特征。计算分析结果表明,崩塌危岩运动路径受地形地貌影响较大,与地面发生碰撞,多次改变行进方向,简化二维计算可能得出错误结论;坡面摩擦系数影响崩塌危岩的堆积形态,摩擦系数越小,堆积体位置越远,运动状态易表现流态性状。坡面摩擦系数取1.2时,模拟结果与实际较为吻合;崩塌危岩主要危害的范围为陡崖下部武警二营至樟木沟口一带。利用PFC3D模拟危岩崩塌运动可以初步确定崩塌体三维堆积形态及影响范围,为防灾减灾工程设计提供有益参考。