大跨度地下洞室群围岩多尺度块体稳定性预测方法

组成地下洞室的围岩存在不同尺度结构面所切割形成的不同尺度、不同形态结构体。这些结构体是导致施工期围岩失稳的主要因素,而且在洞室开挖前无法确定其具体位置,给围岩加固设计带来了困难。由勘探平洞地质调查获得的结构面资料,依据不同尺度结构面的成因、规模,预测其在开挖面上的出露位置十分重要。从结构面成因角度考虑,运用几何-力学耦合模拟方法,建立大跨度地下洞室围岩岩体结构模型。依据断层机制,运用力学成因拟合规模较大的断层、破碎带、层面,而基于现场结构面调查统计的结果,应用随机模拟方法并结合结构面连通率特征拟合随机结构面。采用正交试验及块体理论,确定由结构面组合形成块体的几何形态,搜索多尺度块体的分布,确定特定块体、半特定块体与随机块体的分布。进一步采用极限平衡理论,分析可能发生破坏的块体,得出洞室开挖面上需要加固的块体。最后,开发了基于几何-力学成因的多尺度结构面组合稳定性分析程序UNDGD2.0。以某在建抽水蓄能电站工程为例,搜索洞室不同开挖面上的块体组合类型与规模,分析由结构面组合构成局部块体的稳定性,为地下洞室开挖方案的确定及设计优化提供理论依据,开挖结果表明本文研究成果是合理的。     

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。      

某大型地下泵房围岩块体组合模式分析

大型地下洞室在施工过程中,围岩稳定问题是最主要的工程地质问题之一,以裂隙硬质岩体为主的洞室工程,围岩稳定问题中以块体稳定问题最为典型,块体组合模式更是此类问题分析的关键所在。本文选取滇中引水工程石鼓水源地下泵房为研究题材,主要通过地表测绘及钻孔揭露结构面发育特征等,结合关键块体理论及立体几何学基本理论,从块体空间几何构成结合变形破坏方式,初步归纳出地下泵房部位块体模式主要有:(1)滑塌失稳;(2)坍顶、掉块两种基本破坏模式,以及单滑面型楔体、双滑面型楔体、正锥型楔体、斜锥型楔体及单缓切面薄版型等5种典型的基本单体和组合块体模型。从宏观上对泵房区块体组合进行了初步预判,为围岩稳定综合评价奠定了基础,可为其它工程相类似的裂隙硬质岩体洞室块体组合分析提供参考意义。     

利用GPS观测分析青藏高原东缘应变特征

根据青藏高原东缘2004~2007年的GPS观测资料,通过多面函数法建立青藏高原东缘地壳水平运动速度场模型,给出球面坐标系下的视应变场。对照该区同期发生的地震活动,讨论了水平运动、应变场空间分布与强震和区域构造变形的关系。结果表明,松潘块体东西向地壳缩短显著,川滇块体以左旋剪切变形和顺时针转动为主。地应变特征表明,2008年汶川地震前龙门山地区为面应变能次高值区,呈面压特性,应变快速积累,龙门山断裂带中段震前处于闭锁状态。鲜水河断裂带西段南北地壳呈北东-南西向挤压缩短,东段两侧呈北西-南东向压缩。川滇菱形块体为应变能和面应变率梯度高值区,金沙江西部的应变能次高值区与羌塘块体的构造应力作用有关。     

汶川地震引发高速远程滑坡运动机理数值模拟研究——以谢家店子滑坡为例

针对汶川地震引发的谢家店子滑坡,在现场调查分析的基础上,建立了二维离散元数值模拟模型,采用2D-Block软件对其进行了全过程的数值模拟研究,并通过对跟踪块体的深入分析,研究了相应地质体在不同阶段下的运动特征.模拟结果表明,谢家店子滑坡经历了剧动启程抛掷阶段、快速撞击飞行阶段、铲刮减速碎屑流阶段及堆积掩埋阶段.为了揭示地震引发高速滑坡的发生规律,分别研究了地震震级、斜坡地形和斜坡上岩块的尺寸对高速滑坡启动和运动过程的影响规律.地震震级对边坡的启动、变形、破坏和运动有很大的影响,地震震级越大,滑体启动的加速度和速度也就越大,从而易形成高速远程滑坡.斜坡体本身的地形地貌对滑体运动也有较大影响.在震级和岩石力学参数一定的条件下,斜坡上岩块的大小对其启动、变形和运动过程有一定影响,随着岩块的增大,滑体运动的每个阶段历时都在减小,但当岩体十分破碎时,滑体虽然能够运动,但是很难发生抛掷.将地震滑坡的启动机理概括为积累变形效应、振荡启程效应和振荡加速效应.     

新疆CHE水利枢纽渗流条件下岩质边坡稳定性分析究

基于GEOSTUDIO软件,运用统计岩体力学理论,对新疆CHE水利枢纽不同工况下的边坡稳定性进行分析。结果表明：研究区工程地质条件复杂,断层、挤压破碎带及岩脉广泛发育,左右岸均存在5组优势结构面;对左右岸参数敏感性分析,两岸强卸荷岩体的粘聚力c对应的稳定性系数的曲线斜率远大于摩擦角φ对应的稳定性系数的曲线斜率,因此在一定范围内,坡体稳定性对粘聚力c值的变化更为敏感;研究区边坡在自然条件、蓄水条件及库水快速降升条件稳定系数K>1,即边坡处于稳定状态。     

浑厚山体随高程增加由表及里地震动响应研究

为探究浑厚山体不同高程由表及里地震动响应规律,以冷竹关山体为例,采用离散元软件建立地形与风化介质组合模型,并从底部边界输入汶川地震波信号,研究该山体两侧边坡的内外动力响应规律。结果表明,随着高程的增加,靠大渡河一侧边坡坡体内与坡表的加速度放大系数均表现出先增大后减小的节律性变化,在近坡顶时增大较快并达到最大值;靠近瓦斯沟一侧边坡坡表受地形起伏的影响,加速度放大系数存在凸坡放大、凹坡减小的特征;相同高程,随边坡由表及里深度的增加,加速度放大系数表现为逐步减小,当距坡表150~200 m时放大曲线趋于平缓;随高程的增加,加速度放大系数由表及里的减小速度变缓,且放大曲线收敛平缓的深度增大;随岩体风化程度的增加,岩体介质波速降低,共振效应使得加速度响应增大,与此同时,斜坡地形与介质组合效应使得坡表峰值加速度放大系数在2.0附近。     

新疆CHE水利枢纽渗流条件下岩质边坡稳定性分析

基于GEO-STUDIO软件,运用统计岩体力学理论,对新疆CHE水利枢纽不同工况下的边坡稳定性进行分析。结果表明:研究区工程地质条件复杂,断层、挤压破碎带及岩脉广泛发育,左右岸均存在5组优势结构面;对左右岸参数敏感性分析,两岸强卸荷岩体的粘聚力c对应的稳定性系数的曲线斜率远大于摩擦角φ对应的稳定性系数的曲线斜率,因此在一定范围内,坡体稳定性对粘聚力c值的变化更为敏感;研究区边坡在自然条件、蓄水条件及库水快速降升条件稳定系数K1,即边坡处于稳定状态。     

三峡库区大型-特大型层状岩质滑坡成因模式及地质特征分析

三峡库区大型-特大型滑坡发育，尤以层状岩质滑坡的危害性大。因库区各段地质条件差异使得滑坡成因模式各不相同，这影响了滑坡的运动形式和岩土体解体程度。在收集三峡库区51处典型的大型-特大型层状岩质滑坡调查资料基础上，根据堆积岩体结构和区段地质条件反推该段滑坡破坏成因模式，而不同成因模式下的滑坡坡体渗透性不同，分析已有滑坡对库水位变动存在的复活响应差异，据此得出以下结论:①在成因模式上，除顺层滑移型滑坡在库区中均有分布外，从库首至库尾随着岩层倾角的逐渐减缓，滑坡成因模式从崩塌型、反倾弯曲型逐渐过渡到平推式；②在坡体渗透性上，成因模式造成的岩体结构变化与坡体中的泥质含量共同作用，导致顺层滑移型滑坡前后缘渗透性存在较大差异；反倾型滑坡渗透性则整体变化较小；③在库水位变动影响下，不同坡体渗透性与滑面形态共同决定了滑坡的复活变形差异。      

青藏高原东北缘似三联点构造的初步研究

从深部构造的角度对青藏高原东北缘似三联点构造进行了探讨。人工地震资料反演结果表明,该区的地壳结构与其它地区明显不同Moho面为一复杂的过渡带,而不是尖锐的速度间断面;在该区内存在一组弧形构造,各弧形断层在形态、规模和破碎程度方面的差异,反映了青藏高原块体向东北方向强烈的挤压作用及其传递过程。     

不同临空条件的层状反倾岩质边坡倾倒变形几何特征参数影响规律

层状反倾岩质边坡是一种常见边坡类型，其变形破坏模式多样、力学机制复杂、影响因素众多。为揭示层状反倾岩质边坡不同临空条件几何特征参数对反倾边坡倾倒变形影响规律，通过3DEC并结合数理统计系统深入研究几何特征参数对倾倒变形影响。研究表明:①反倾边坡具有3个临空面时边坡变形最大，1个临空面时边坡变形最小；②变形随边坡高度、切坡角度增大而增大，随节理面与临空面夹角的增大而减小，随岩层厚度增大先增大后减小；③2个临空面夹角90°时边坡变形最大；④1个、2个临空面时节理倾角60°时位移最大，3个临空面时随节理倾角增大而增大。      

强震作用下斜坡表面放大效应的三维离散元模拟

为研究强震作用下斜坡表面的动力放大效应, 以陕西勉县某岩质斜坡为例, 建立了三维模型。运用离散元软件3DEC, 模拟了动力条件下斜坡的变形失稳过程, 分析了斜坡表面的动力响应特征, 研究了不同地震波输入工况条件下坡体表面动力响应差异。研究结果表明: 考虑地震纵波的影响时, 竖向加速度得到显著增强, 坡面的PGA放大系数增强了约1.62倍; 坡面形态强烈影响着斜坡表面的动力响应特征, 强震作用下, 斜坡坡肩及坡形转折处的放大效应均十分强烈, 凸出部位次之, 坡表两侧的放大效应最弱; 不同输入工况下, 斜坡坡形转折处的水平向PGA放大系数均维持较高值, 特别是在仅输入水平向加速度的条件下, 该部位在地震滑坡灾害预防中应特别注意; 强震作用下滑坡的运动过程可概括为滑坡孕育启动阶段—挤压碰撞高速运动阶段—堆积阶段。研究成果可为该地区防灾减灾工作提供一定理论支持。      

降雨促发黄土滑坡的启动机制模拟

黄土滑坡和降雨关系尤为密切。为深入研究降雨入渗对滑坡的促发作用,在对陕西西安地区“9·17”灞桥滑坡现场勘察的基础上,利用数值模拟方法系统研究了黄土边坡在降雨入渗条件下土体相关物理力学指标的变化响应特征及时空分布规律;从滑动面安全系数变化的角度分析了边坡的失稳过程,并揭示了该类滑坡的启动机制。结果表明：(1)降雨入渗首先引起坡面土体的基质吸力逐渐降低,而且不同分布位置的降幅不同;(2)滑坡启动前,坡体的高体积含水量范围随降雨明显扩大,且体积含水量表现出从古土壤层向邻近黄土层递减的规律;(3)边坡的水平方向位移自坡面中部向坡体的上下部呈放射状递减特征,垂直方向位移由上至下逐渐减小,而临界滑动面的安全系数也随降雨入渗过程逐步递减;(4)节理处土体的孔隙水压力和体积含水量的变化响应时间及幅度都早于且强于坡体其他区域,坡体内最大剪应变的区域分布与坡面基本平行,模拟结果与原型滑坡一致;(5)基于黄土独特的水敏性、地质构造和人类工程活动等诱因的影响,加上节理裂隙为水的入渗和运移提供了优势通道,降雨加速了黄土潜蚀和坡体结构破坏过程,改变了边坡内部应力场、位移场和水文地质条件,进而促发了滑坡。     

汶川地震前GPS资料反映的应变率场演化特征

对中国大陆东西向应变率场的研究结果表明,青藏块体西部（92°E以西）东西向拉张区和青藏块体东部（92°E以东）东西向挤压区反映了青藏高原物质东向流动受到了华北 华南地块的阻挡,形成了空间跨度约900 km的压缩区,3期应变率场结果均显示南北地震带中段位于东西向压应变率高值区。川滇地区应变率场结果表明,巴颜喀拉地块东向运动的增强导致了汶川地震震源区面应变率的集中;在东西向挤压高值区逐渐向东迁移的过程中,龙门山断裂带的东西向挤压变形逐渐增强;旋转率场动态演化结果表明,2004—2007年龙门山南段的逆时针旋转变形强度有所减弱,龙门山断裂带中北部的顺时针旋转变形有所增强;主应变率分布特征由散乱到一致的演化特征表明龙门山断裂带闭锁状态伴随着挤压和右旋剪切作用的增强达到了极高点。     

鄂尔多斯块体周缘中小地震震源机制及应力场特征

利用基于P波初动和振幅比反演震源机制解的HASH方法,得到鄂尔多斯块体周缘2008-01~2014-06共1 700个ML2.5以上地震的震源机制解,从中选取结果较为可靠的1 581个地震的震源机制解,将研究区域划分为1°×1°的网格,采用阻尼区域应力反演方法（MSATSI软件）获得了研究区域内中小地震震源机制解特征和应力场图像。鄂尔多斯块体周缘震源机制解类型以正断和走滑为主,应力场反演结果表明,鄂尔多斯周缘应力状态以拉张为主,局部区域存在剪切、挤压。块体北缘和西缘的最大水平主应力优势方位为 NE向,一致性较好;块体东缘和南缘的最大水平压应力方向与区域内主要活动构造方向基本平行,东缘最大水平主应力方向从南段的近EW向、NEE向逐渐过渡到NE向,南缘是NWW-SEE 和近 EW向。通过分析研究区域应力状态和最大水平主应力方向认为,银川-吉兰泰南端近NS向活动断裂的剪切应力状态的出现,是由于近NS向活动断裂在NE向挤压应力作用下发生了右旋剪切运动;块体西南缘NEE向的挤压和剪切的应力状态与青藏块体对鄂尔多斯块体的直接作用,以及六盘山断裂带第四纪以来强烈的挤压性质及左旋走滑运动有关;大同盆地出现局部剪切应力状态可能与盆地下方的火山有关。     

基于演化过程的互层斜坡深层倾倒稳定性评价

互层倾倒是一类典型的深层倾倒模式,为准确评价其稳定性,开展互层倾倒的工程地质特性及稳定性评价研究。以雅砻江上游发育的深层倾倒体为典型实例,利用基于演化过程的研究方法,在构建倾倒体工程地质模型的基础上,从变形过程和演化阶段上定量评价斜坡整体稳定性。研究表明:互层倾倒是由块体倾覆和板梁弯曲形成的复合倾倒模式,即:硬岩发生块状-弯曲倾倒,而软岩发生弯曲倾倒;空间上,一个发育完备的倾倒体可划分为:滑动区(A区)、强倾倒区(B区)、弱倾倒区(C区)以及原岩区(D区)。基于实测数据提出的斜坡倾倒定量描述体系,可以作为岩体倾倒变形识别和变形程度分级的基本依据;时间上,互层倾倒演化过程主要经历4个演化阶段:卸荷回弹陡倾拉裂面阶段,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。该滑动面受强变形岩体中倾向坡外结构面控制,而并非沿最大弯折带发育;滑动区(A区)的出现意味着斜坡最终破坏的发生,对应于演化的第三阶段,为斜坡的极限平衡状态,稳定性系数介于1.0~1.05之间。基于演化过程的评价方法,能有效解决互层倾倒稳定性评价问题。     

遥感、化探、地质信息综合在昌宁矿产勘查中的应用

利用已有资料,进行遥感图像数字图像处理,将遥感图像与化探数据进行融合,再结合地质资料,经过将遥感、化探与地质信息的综合分析,总结出保山—耿马成矿带东段矿体,是赋存在三叠系顶部与上第三系底部的沉积不整合接触带上或赋存在变砂岩地层的层间破碎带中,锡矿化体的分布明显受该区北西向的区域构造控制,矿化与花岗岩体关系密切,在岩体与地层接触带上具有矿化强烈的成矿地质特征,从而缩小了探矿靶区。经野外踏勘,圈定了成矿有利地段。     

依据GPS数据研究伽师及帕米尔东北侧1994～1998年地壳水平运动及其与强震群的关系

利用伽师强震群区及帕米尔东北侧地区 1994～ 1998年的GPS监测成果 ,用DDA方法模拟了伽师强震群前后该地区地壳运动和应力应变的变化过程。结果表明 :在此期间伽师地区的应变以南北向挤压为主 ,伽师附近最大主应变变化达到 5× 10 - 8/a ,最大剪应变变化也超过 2 .5×10 - 8/a ,明显高于周边地区。伽师强震群的发生与GPS监测成果反映的该地区地壳运动和应力应变的变化存在明显的对应关系。GPS监测成果反映出在伽师地区有一应力应变变化的集中区域。通过在伽师强震群震中分布块体中强行沿其最大剪应力方向 (NE)增加一新的破裂 ,可使该块体应力应变下降至与周围块体相均衡 ,且能量可能沿柯坪断裂向东北方向传递。新增断裂的运动呈左旋 ,并导致其所在块体呈右旋运动     

衡阳盆地南缘大堡—灯坪地区铜铅锌矿地质特征及控矿因素探讨

大堡—灯坪地区铜铅锌矿成因类型主要有热液充填-交代型、氧化淋滤-次生富集型和动力变质分异型,矿石类型主要有构造角砾岩型、碎裂岩型和裂隙充填型;矿化主要赋存于构造硅化碎裂岩带、硅化角砾岩带、裂隙密集带、断层接触的不整合接触带;矿体多呈脉状、囊状、透镜状或似层状产出;铜铅锌矿化具有一定的水平分带和垂直分带特征。区内地层、构造和不整合面与铜铅锌成矿关系密切,尤其是白垩系神皇山组与泥盆-石炭系的角度不整合界面对成矿有利,为区内主要控矿因素。     

GRACE卫星观测到的尼泊尔8.1级地震前后的重力变化

利用GRACE卫星重力资料,计算尼泊尔地震震中及周缘重力和地表密度时空变化,并获取震源域特征点重力变化时间序列。结果表明,青藏高原内部、印度北部及华南块体东侧重力以增加为主,喜马拉雅与缅甸弧形带重力呈逐年减少趋势;尼泊尔地震发生在正负重力变化梯度带上,且重力变化在2015年具有明显的时间分段性特征,1~3月及地震发生的4月重力均以减小为主,5~9月以增加为主,12月以后以减小为主逐渐恢复;特征点时序揭示震源域重力呈长期减少趋势,并在2013~2016年呈现出“增加-减少-增加-发震-减小”的变化特征;地表密度变化较好地反映出地表质量迁移与重力变化的关系,为进一步理解尼泊尔地震的大陆动力学机制提供参考。