差异风化型危岩力学模型及破坏机制研究

差异风化型危岩多形成于由砂岩和泥岩等软、硬岩性组成的互层陡倾岩质边坡中,其崩塌破坏属地质灾害中的常见形态。以普洱渡危岩高边坡为例,推导出差异风化型危岩岩腔后壁泥岩压应力随岩腔深度增加而增大的计算公式。据普洱渡危岩高边坡地形地貌和地质构造特征建立了两类4种差异风化型危岩力学模型：第1类为主控结构面贯通率等于1时的泥岩基座压裂破坏型和转动破坏型危岩;第2类为主控结构面贯通率小于1时的坠落型和倾倒型危岩。利用岩石强度理论推导出研究区砂岩的二次抛物线型摩尔强度包络方程,以极限平衡理论和摩尔强度理论推导了4种危岩体在自重、地震力和裂隙水压力共同作用下的崩塌破坏判别表达式,并由此反演出危岩体的临界崩塌边界方程,得出危岩体崩塌边界（岩腔深度、危岩体厚度和高度、主控裂隙深度）之间的关系,为现场预测和判别危岩体的稳定性和崩落时序提供简便可靠的依据。     

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。     

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。     

库尔勒市铁门关水电厂崩塌发育特征及稳定性评价

崩塌是库尔勒市铁门关水电厂的主要地质灾害。根据危岩体失稳破坏的模式,研究区主要发育为滑移式破坏。库尔勒市铁门关水电厂内岩质崩塌破坏的主要荷载有危岩体自重、天然状态的裂隙水压力、暴雨状态的裂隙水压力和地震力,可以构成4种荷载组合。据此,运用极限平衡理论及岩体结构理论建立了岩质崩塌破坏的计算模型,并对滑移式破坏模式的稳定性进行了计算,为岩质崩塌灾害的治理提供了理论依据。     

无锡市鼋头渚景区岩质边坡崩塌形成机制及防治对策研究

崩塌地质灾害是苏南低山丘陵地区岩质边坡的主要工程地质问题之一。在对无锡鼋头渚景区沿湖景观路崩塌危岩体开展应急调查与测绘的基础上,文章对崩塌危岩体地质背景条件和灾害特征进行了描述,并采用赤平投影法对危岩体结构面组合特征进行了分析;在深入研究崩塌灾害形成原因与破坏模式后,提出采用危岩清除+钢筋混凝土肋柱锚固+挂网喷射混凝土护面+系统截排水+纳入群测群防应急体系的综合防治对策,为苏南丘陵地区同类型软硬互层岩质边坡崩塌灾害防治提供一定的科学依据和参考。     

基于二次抛物线型Mohr准则的悬臂式崩塌破坏机制及失稳判据研究

悬臂式崩塌是崩塌灾害中较常见的类型,它一般常见于河谷和具有软硬相间坡体结构的岩质边坡中。边坡在差异风化作用下,在其坡脚往往形成岩腔,并最终发育形成悬臂式崩塌。悬臂式崩塌是一种常见的地质灾害,在宏观上表现为倾倒变形特征。由于该类型崩塌的形状尺寸差异较大,其破坏模式具有较大差异,目前还无法定量描述其破坏过程。因此根据悬臂式崩塌的变形破坏特征,采用力学分析方法建立了基于二次抛物线型Mohr准则的悬臂式崩塌张拉破坏和剪切破坏的判定公式。判定公式计算结果和物理模拟试验结果对比分析表明:悬臂式崩塌的拉张安全系数要远小于剪切安全系数,试验模型随着裂纹的扩展,首先发生拉张破坏,随后裂纹继续扩展到一定深度,模型发生剪切破坏。判定公式能较好地定量描述悬臂式崩塌的变形破坏过程的各个阶段,准确地定量揭示悬臂式崩塌的变形破坏机制。     

吐鲁番市葡萄沟景区崩塌灾害发育特征及形成机制研究

在查明研究区滑坡地质灾害基本地质条件的基础上,对区内岩质崩塌地质灾害的发育特征进行了总结和分析,并对区内崩塌地质灾害的形成机制和发展趋势进行了分析。研究结果表明:研究区位于火焰山南麓,地势北高南低,地貌类型为构造剥蚀低山及河谷平原;研究区内共发育有崩塌地质灾害点29处,均为岩质崩塌;研究区内崩塌危岩体主要受坡体卸荷裂隙和风化裂隙控制,随着人类活动的不断加剧将对危岩体的影响日益加重。     

农一师电力公司煤矿岩质崩塌发育特征及稳定性评价

崩塌是新疆农一师电力公司煤矿的主要地质灾害,是地层组合、地貌特征、水动力特性及地震等因素耦合的结果。根据危岩体失稳破坏的模式,可将危岩破坏模式分为滑移式破坏、倾倒式破坏和拉裂式破坏3类。农一师电力公司煤矿区内岩质崩塌破坏的主要荷载有危岩体自重、天然状态的裂隙水压力、暴雨状态的裂隙水压力和地震力,可以构成3种荷载组合。据此,运用极限平衡理论及岩体结构理论建立了岩质崩塌破坏的计算模型,并对3类变形破坏模式的稳定性进行了计算,为岩质崩塌灾害的治理提供了理论依据。     

冻融风化边坡岩体破坏机理研究

高寒山区岩质边坡冻融风化破坏严重影响公路建设及其运行安全。为了揭示岩体在冻融条件下的破坏机理,本文通过对高寒山区岩质边坡现场调查、编录,结合室内试验及数值模拟等,从不同尺度下综合分析岩体的冻融破坏机理。室内试验显示岩块受冻融后存在强度弱化现象,其受控于岩块的结构构造、胶结程度及初始损伤裂隙发育情况;冻融试验揭示岩体裂隙发育特征对冻胀变形性质起决定作用,裂隙的冻融破坏速率远大于岩块,密闭条件下,裂隙水冻结成冰过程中形成冰劈效应,冻胀力可达33MPa以上;数值分析揭示了边坡温度场受低温、大温差影响最为明显,裂隙带受冻融影响严重,其为边坡冻融风化的通道,裂隙水冻胀形成冰劈是边坡冻融风化破坏的主要模式。     

重庆丰都县城区红层边坡变形破坏模式与稳定性评价

红层边坡稳定性是我国工程建设经常面临的地质问题。本文以丰都县城区建设开挖形成的缓倾红层边坡为研究对象, 在调查测绘基础上研究了斜坡结构类型和变形破坏模式, 采用Sarma法、赤平投影法-楔体分析法分别对顺向坡和斜向坡在不同坡度下的稳定性进行了评价, 采用强度理论-极限平衡法对反向坡危岩体在不同裂隙贯通率-岩腔深度组合下的稳定性进行了评价。评价结果表明丰都县城区缓倾红层顺向坡、斜向坡在天然工况下的稳定坡角分别为60°、45°;反向坡的危岩体演化过程中, 后缘拉裂隙贯通率γ与岩腔深度D之间存在经验关系D=-19. 12γ+20. 82。当裂隙贯通率为60%、70%、80%, 岩腔深度分别为9. 3 m、7. 4 m、5. 5 m时, 危岩体处于极限稳定状态。     

万州区边坡崩塌失稳模式研究

通过对万州地区工程地质条件的分析,对该地区边坡崩塌失稳形成原因及模式进行了详细研究。考虑危岩体岩性、崩塌失稳的运动方式、崩塌失稳发展顺序、危岩体破坏形成原因等方面因素,对崩塌失稳模式进行了多角度的分类。     

反倾层状岩质边坡悬臂梁极限平衡模型研究

基于悬臂梁理论和运用极限平衡法研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。在国内外研究现状基础上,研究悬臂梁极限平衡分析模型。首先通过野外现象的观测,提出能对反倾层状边坡变形几何空间条件进行分区的“基准面”的概念,再利用“基准面”分析岩层分区破坏模式的力学机制,认为破坏面的形成机制是弯曲拉裂和压缩剪切的共同作用结果,对悬臂梁极限平衡分析模型中的各参数确定给出假设或理论分析,建立了计算模型。以重庆市巫溪县中梁水库硝洞槽-郑家大沟库段反倾岸坡为例,在边坡变形破坏模式识别基础上,应用悬臂梁极限平衡模型理论分析实例,验证该模型的合理性,同时也给出反倾层状边坡悬臂梁极限平衡模型计算步骤,用数值模拟方法验证该分析模型的正确性。模型计算结果表明,破坏区大体分为滑移区、倾倒区和倾倒变形影响区,破坏区大小由坡角、岩层倾角、坡高共同决定,当三者关系（见式（13））大于0时,才存在破坏区,才有可能发生变形破坏。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有理论指导意义和应用价值。     

Collapse mechanism of the overlying strata above a salt cavern by solution mining with double-well convection

In solution mining of salt formations, unreasonable salt cavities formed may lead to surface collapse hazards. In this paper, a mathematical model was proposed to analyze the collapse mechanism of the overlying strata above a salt cavern induced by solution mining with double-well convection. In the proposed model, the collapses of the overlying strata were supposed to occur layer by layer, and a thin plate with four edges clamped was introduced to calculate the critical collapse span of each layer. The limit breaking distance of the thin plate can be solved by setting the corresponding surrounding condition. According to the solution, the limit breaking distance is related to the dimensions, the mechanical properties of the rock, the buried depth, and the force status. For the convenience of calculation, a span criterion was introduced to distinguish the limit breaking distance. To keep the immediate roof more stable, the span criterion should be larger. As a case study, the collapse incidents at Dongxing Salt Mine were analyzed by the proposed model, and the collapses were verified to be inevitable under its mining and geological conditions. Discussions were finally carried out to study the influences of the thickness of the immediate roof, tension strength, Poisson ratio, and buried depth on the collapses. Above all, the collapses will occur more easily with the decrease of the thickness, tension strength, and Poisson ratio of each stratum. Especially, the collapse depth will not increase linearly with the buried depth, because of the bulking effect of the overlying strata.     

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。     

粉砂质板岩力学特性及各向异性特性

为研究鄂西北地区板岩的力学特性及各向异性特征,开展了志留系粉砂质板岩的单轴压缩和巴西劈裂试验,分析了试样的力学特性和各向异性特征以及在不同荷载作用下的变形破坏模式,揭示了不同破坏模式的力学机制,并通过数值分析研究了不同板理面角度板岩边坡破坏模式及力学机制。研究结果表明,粉砂质板岩中的板理面是影响岩体力学行为的弱面,使得粉砂质板岩表现出明显的各向异性的特征。在单轴压缩条件下,粉砂质板岩在垂直板理面方向比平行板理面方向更易变形,变形量更大;平行板理面方向加载时试样破坏类型为竖向劈裂型张拉破坏,其实质是压杆失稳;垂直板理面加载时试样的破坏类型为穿切板理面的劈裂型剪切破坏;所测得的力学参数各向异性也较明显。在劈裂荷载作用下,粉砂质板岩的破坏模式主要有张拉劈裂破坏和沿板理面剪切破坏两种,所得抗拉强度在平行板理面方向上最大,在垂直板理面方向上最小,两个方向上的抗拉强度均小于抗压强度。由于板理面间的抗拉强度极低,在受到与板理面呈小角度相交的劈裂荷载作用时,容易产生沿板理面的张拉劈裂或拉剪破坏,在实际工程中应尽量避免板理面间的受拉破坏和沿板理面的拉剪破坏。在边坡工程中,板理面倾向、倾角对边坡破坏模式及力学机制有较大影响,边坡防护治理需充分考虑这一影响。上述研究为粉砂质板岩区岩质边坡防护治理以及其他岩石工程设计与施工提供理论依据与技术基础。     

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。     

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。     

上软下硬岩质地层浅埋大跨隧道松动压力计算

针对现有方法在上软下硬岩质地层中浅埋大跨隧道松动压力计算方面存在的问题,通过离散元数值模拟和正交试验,分析了围岩的松动破坏机制、风化层厚度和岩体中节理分布状态对隧道松动区形状和范围的影响规律及敏感性。结果表明：影响松动区的主要因素依次为风化层厚度、隧道埋深、贯通倾斜节理的倾角和间距、风化层水平节理间距;松动区可分为拱形和塌穿形两种类型,其边界曲线分别可用抛物线和乘幂函数近似表示。针对塌穿形松动区,通过回归分析建立了地表松动宽度和拱顶松动土条水平长度的计算公式。按照应力传递原理,在松动区内以梯形微分岩土条为对象,通过分层积分,推导出可反映节理产状和风化层厚度影响的浅埋大跨隧道围岩松动压力计算公式。工程实例计算表明,与现有方法相比,所提方法计算的松动压力值最小。     

考虑软弱夹层厚度的岩体力学响应及破坏特征研究

作为一种典型的地质结构,软弱夹层与硬脆性岩体共同形成了围岩层状复合结构,进而显著影响着隧洞围岩的稳定。以往对含软弱夹层的复合岩石的研究多集中于单轴、双轴或常规三轴,对隧洞临空面处真三轴应力路径下的复合围岩力学性质和破坏特征缺乏分析讨论。通过制作的含不同厚度的软弱夹层复合岩样,探讨了软弱夹层厚度对隧洞临空面围岩力学响应和破坏特征的影响。研究表明：软弱夹层厚度显著影响着复合岩样峰值应力和应变,随着厚度的增大,软弱夹层上方岩块向临空面方向的滑移变形逐渐增大,软弱夹层压缩变形逐渐减小;复合岩样靠近临空面的岩石单元破坏模式随着软弱夹层厚度的增大逐渐由拉剪混合破坏转变为张拉破坏,且宏观裂隙数量和破坏范围均逐渐减小,而远离临空面的岩石单元则由剪切破坏逐渐转变为基本无损伤断裂;不同厚度的隧洞侧帮复合围岩的破坏区域均集中在软弱夹层及其上方围岩处,软弱夹层下方围岩则基本保持稳定;在应力分布方面,软弱夹层厚度越大,最大压应力越向深部软弱夹层处转移,而拉应力区分布范围越小,但拉应力区深度越大。