云冈石窟危岩发育的成因分析

云冈石窟发育危岩,在国内砂岩石窟中具有代表性;对云冈石窟危岩发育的成因分析,可指导砂岩类石窟危岩的防治。采用工程地质的研究方法,从内在环境条件和外在环境条件两个层面,对云冈石窟区域危岩的发育条件进行系统分析。箱形向斜和断裂是云冈石窟区域危岩发育的宏观构造成因,近东西向的张裂隙和北东向剪切裂隙直接控制石窟区域内危岩的发育。石窟陡崖的高差直接控制岩坡卸荷带的发育规模,也决定着危岩体的致灾能量。软硬相间的岩层差异风化形成陡崖和岩腔,构成危岩体形态。裂隙水及降雨直接影响岩体稳定性。冻融、温差、干湿交替长期作用于岩体,导致危岩体稳定性不断劣化。人工开凿洞窟破坏崖壁应力状态,是危岩失稳的影响因素。云冈石窟危岩体成因分析结果为指导危岩体防治提供了重要依据,对危岩体稳定性分析具有重要意义。     

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。     

三峡库区顺层灰岩岸坡劣化−溃屈灾变机制研究

三峡库区巫峡段发现多处顺层岸坡滑移−弯曲变形迹象,库水循环涨落加剧了岸坡前缘劣化损伤与失稳破坏。以巫峡段青石 6号坡为例构建室内概化模型,开展顺层灰岩岸坡在消落带岩体劣化下的灾变机制研究。研究结果表明：蓄水前岸坡整体长期处于稳定状态。随着劣化进行,蓄水后岸坡变形加剧直至溃屈破坏,岩体劣化缩短了劣化−溃屈失稳进程。运动学分析显示,溃屈破坏时同一岩层达到速度峰值近似。岩层“弯折点”后部运动特征较为一致,前部较为离散。溃屈破坏点是岸坡能量释放的转折点和顶点;随劣化演变位移、应力逐渐递增,呈现提前破坏征兆,溃屈破坏前后应力产生“集中−释放”。整体来看,应力变化提前于位移,表明应力监测更有效。应力监测的核心在于关键区段的确定,对于劣化−溃屈型岸坡来讲,前缘“挠曲段”处应力陡增可作为岸坡临界失稳的重要表征;“劣化−溃屈”演化进程中后缘推挤始终存在,它是岸坡灾变的前提。但岸坡失稳的主导因素却是消落带岩体持续不断的劣化。青石 6 号坡当前处于向强烈弯曲隆起演化进程中,由于消落带岩体持续劣化,可能由稳定/基本稳定逐渐演变为欠稳定状态。     

基于裂隙网络渗流差异的消落带岩体劣化空间预测方法

三峡水库175 m蓄水以来,水位周期性涨落,使得岸坡岩体强度下降而逐渐劣化,易导致岩质岸坡失稳破坏,因此引起了广泛的关注。岩体劣化与库水位的波动有关,其损伤劣化区域必然与水力调整范围有一定的关系。本文提出了基于裂隙网络模型渗流差异的岩体劣化空间分析方法。利用Beacher模型结合裂隙几何参数分布概型模拟岩体裂隙的空间分布,并基于裂隙截面面积相等,在裂隙网络中简化面状渗流为管道流,构建出裂隙网络渗流空间图。同时利用拓扑关系求解实际工况中岩体裂隙网络渗流空间的水头分布区域,通过不同水位下的渗流差异区域来推测发生岩体劣化的空间,基于理论分析和数值模拟得出存在水力差异的区域和新增的渗流区域两种情况合集即为岩体劣化区域。这一预测方法将对量化三峡库区岩体劣化空间强度及岸坡稳定性有重要的指导意义。     

岩石/结构面劣化导致巴东组软硬互层岩体强度劣化的作用机制

岩石/结构面劣化导致巴东组软硬互层岩体强度劣化的作用机制是揭示三峡库区库岸消落带巴东组软硬互层岩体强度渐进劣化机理和评价库岸边坡稳定性的关键问题.以三峡库区典型"易滑岩组"巴东组第二段红色系列的砂岩与粉砂质泥岩互层岩组为研究对象,考虑干湿循环条件下岩石/结构面参数劣化,开展了软硬互层岩体单轴压缩数值试验,分析了软岩/硬岩/层面劣化对巴东组软硬互层岩体单轴压缩强度劣化的贡献度及其与岩层倾角的关系.研究结果表明,不同岩层倾角条件下,软岩/硬岩/层面劣化对巴东组软硬互层岩体单轴压缩强度劣化的影响有明显区别,以软岩/硬岩/层面劣化对巴东组软硬互层岩体单轴压缩强度劣化的贡献度为依据,将岩层倾角全范围划分为软岩控制区、软岩-硬岩-层面共同控制区、沿层面滑移失稳破坏区和硬岩控制区,揭示了岩石/结构面劣化导致巴东组软硬互层岩体强度劣化的作用机制及其受岩层倾角的影响,为进一步研究库岸消落带巴东组软硬互层岩体强度渐进劣化机理奠定了基础.      

地震作用下结构面劣化特征及高位危岩体动力失稳机制

地震是高位危岩体失稳崩塌主要诱因之一,而结构面强度与变形特性对高位危岩体稳定性起关键控制性作用.为研究地震作用下高位危岩体动力失稳机制,基于数值试验研究结构面震动劣化效应,并利用极限平衡法对高位危岩体动力稳定性进行研究.研究结果表明,结构面的峰值抗剪强度随着循环剪切次数的增加而减小,且减小幅度愈来愈小,最终趋于稳定值;随着起伏角度增大而增大,且增大幅度随着循环剪切次数的增加而减小;并在同一起伏角度下,随着循环剪切幅值的增大而减小.最后,基于回归分析法建立结构面震动劣化数学模型,并提出一种考虑结构面震动劣化的高位危岩体动力稳定性分析方法.其研究成果有助于丰富高位危岩体动力稳定性方面的基础理论研究,具有重要的理论意义和工程参考价值.      

三峡库区典型岩溶岸坡危岩体失稳模式和长期稳定性分析CSCD

三峡库区地质环境复杂,受库水位升降作用影响岩溶岸坡消落区岩体劣化,加快了岸坡不稳定性发展。文章以三峡库区黄岩窝危岩体为研究对象,现场详查了消落带岩体劣化现象,计算了危岩体的长期稳定性数值。研究表明:黄岩窝危岩体存在垂直岩溶带和底部渗流带;底部渗流带处于消落带部位,存在软弱区和岩体劣化现象。考虑库水位和暴雨时岩溶水压岸坡稳定性系数为1.69,危岩体处于稳定状态。随着岩体劣化导致底部软弱区岩体参数不断下降,稳定性系数年均下降约0.01。预测在约57个周期性水位变动之后黄岩窝危岩体变为欠稳定状态,62个周期后发生失稳破坏。危岩体的破坏模式是顶部出现岩块倾倒崩落和底部软弱区贯通之后发生滑移的复合式破坏,与野外调查定性认识基本一致。研究结果对库区类似的地质灾害预警和防治有着重要的指导意义。     

考虑环境劣化非贯通节理岩体的直剪试验离散元模拟

非贯通节理岩体的强度特性是大型边坡、隧道等工程安全性的重要影响因素。随着酸雨、河流污染等对岩石环境劣化程度的加剧,考虑环境劣化因素对非贯通节理岩体强度的影响很有必要。采用离散元法,基于已有的胶结接触模型,将岩体因环境作用而劣化等效为岩石试样质量损失不断加剧的过程,最后等效为颗粒和颗粒之间的物质不断溶蚀的过程,由此建立考虑环境劣化的微观接触模型并将其植入离散元软件中,模拟分析了不同环境劣化程度的非贯通节理岩体在不同连通率和不同法向应力下的直剪试验。结果表明:不同环境劣化程度非贯通节理岩体剪切应力-位移曲线趋势一致;随环境劣化程度的加深,节理岩体的破坏形式以拉裂纹为主转变为以剪切裂纹为主;环境劣化使得节理岩体直剪试验起裂应力降低,且环境劣化程度的加深会导致非贯通节理岩体的凝聚力降低及内摩擦角减小,表现为峰值剪切强度降低。     

塔柱状岩体崩塌运动特征分析

塔状岩体是中国西南灰岩山区常见的地质灾害隐患.这类岩体点多面广,破坏频率极高,诱发因素甚多.以甑子岩危岩体为例,基于影像资料,详细剖析了塔状岩体的崩塌失稳过程,重点对其失稳过程中的运动特征开展了研究.认为甑子岩危岩失稳可分为启动、加速、碰撞3个运动阶段,塔状岩体的破坏从底部开始,在上覆岩体下坠过程中,呈现出由下至上、裂缝扩展、破坏传递、空中崩解的特点.研究发现甑子岩塔状岩体的加速度曲线在下降阶段表现出类似缓冲现象的连续负向波动,且不同位置测点的运动特征曲线具有显著的时效差异性,表明塔状岩体在失稳下坠过程中同步发生着破裂、碰撞、解体等变化.     

缺陷岩体加速协同化破坏机制及前兆信息辨识

缺陷岩体对地下煤体的安全开采构成威胁,同时对工程长期安全运行带来较大的隐患,分析其破坏前后所展现的物理量变化特征,将为岩体失稳提供前兆辨识信息。以含缺陷单元的石膏组合体为研究对象,研究其破坏-失稳时空演化过程,捕捉和比较失稳前关键时刻对应物理场信息的变化差别,探讨岩体破坏失稳前由独立活动向整体协同化运动的过程。试验结果表明：缺陷组合体完全破坏分为强偏离线性、静态亚失稳和动态亚失稳3个阶段;首先相对强段为承载主体,弱段出现孤立的应变积累区和释放点并作用于强弱接触面;之后弱段积累区迅速增多并扩展和迁移,不同性态岩体呈现应变协同化传递具有单元性和区域性特征;最终应变释放点相互贯通,强弱段相互作用加强使得协同化程度达到最大,成为岩体进入全面失稳快速破坏的标志。为进一步验证上述试验结果的科学性、合理性,以某矿井断层采动涌水为工程背景,制作采场断层模型并进行双向加载试验,研究断层失稳错动引发涌水的过程及触发条件,揭示了断层亚失稳阶段协同化破坏机制。上述试验结果表明缺陷岩体进入亚失稳阶段是协同化破坏开始的标志。     

安岳毗卢洞石窟水害成因分析

安岳毗卢洞是宋代四川密宗的主要道场之一,对研究巴蜀石刻历史有极高的文化价值和艺术价值。由于年代久远,石窟渗水病害以及由于渗水衍生的其他病害不同程度地对文物造成了破坏,渗水病害是石雕岩体的最突出的问题。为研究毗卢洞石窟水害成因,基于水文地质勘察成果,排除支持毛细水对石窟的影响,并结合地面径流、包气带水、凝结水和悬挂毛细水等影响因素,研究大气降水的周期变化和水汽-凝结水的循环交替变化带来的不稳定状态对石窟的影响,探究毗卢洞石窟水害成因模式。结果显示：石窟渗水来源为大气降水和空气中的水汽。大气降水到达地表后,部分由构造裂隙、风化裂隙、孔隙进入岩体形成包气带水,部分在雨强条件合适时形成地面径流,其具有周期变化的特点。大气降水的周期变化和水汽-冷凝水的循环交替带来的不稳定,加速了石窟水害的发生。研究成果可以为石窟寺水患防治和文物保护提供科学依据及参考。     

地震作用下节理岩体变形破裂机制研究进展及展望

西南山区节理岩体发育,处于强震易发区,强地震动和节理化岩体结构是汶川地震近场区地震地质灾害多发的两大主控因素,两者的相互耦合使得岷江两岸地震崩滑灾害成因复杂,崩滑机理研究难度增大。由于节理化岩体结构的复杂性以及早期对地震纵波关注不足,强震近场纵波作用下节理岩体变形破裂机制研究成果基本处于空白阶段。本文在系统归纳总结边坡地震动力变形破坏研究进展的基础上,分析了动荷载诱发节理岩体的变形破裂机制,探讨了解决目前研究中存在的核心问题的正确思路和有效途径,旨在对地震纵波作用下节理岩体宏观动力响应及其细观机制研究起到抛砖引玉的作用,并深化有关节理岩体地震响应、强震近场纵波引起节理岩质斜坡失稳模式等科学问题的认识,为下一步地震地质灾害研究指明方向。     

四川深溪沟水电站苏姑坪危岩体变形特征及其机理研究

苏姑坪危岩体位于四川大渡河深溪沟水电站库区,破坏失稳后很可能堵塞大渡河,给该水电站、成昆铁路以及上游瀑布沟水电站的安全构成威胁.本文在现场调查测绘资料的基础上,利用岩土工程地质力学分析原理,对该危岩体的变形特征、变形机制及其破坏模式进行了分析,建立了危岩体流变滑移力学模型并以此预测其变形破裂失稳时间.研究结果表明该危岩体变形破裂模式为卸荷-拉裂-蠕滑型,即岸坡岩体随着大渡河下切卸荷变形,在后缘形成近垂直拉裂缝,同时在自重和外部偶然荷载作用下沿缓倾坡外的层面发生剪切蠕滑变形.最后基于流变模型并根据前期蠕滑速率推测出失稳时间.     

震裂滑移式崩塌运动特征分析: 以宝兴县张家沟2#崩塌为例

土质崩塌是一种危险性极高且广泛分布的地质灾害,是当前地质灾害领域研究的热点问题。近年来阿克苏地区一带土质崩塌灾害发灾频率显著上升,尤其是以温宿县卡坡区域为中心的土质崩塌群最为典型,由于该区域受地形地貌、复杂地层、侵蚀作用等影响,至今仍存在众多崩塌隐患点,严重威胁周边居民的生命财产安全。本研究以温宿县卡坡崩塌群为研究对象,通过野外调查、收集资料、理论分析等手段,阐述了卡坡崩塌群地质灾害的基本特征和类型,深入剖析其影响因素及形成机理,对失稳模式过程进行归纳总结,并根据崩塌失稳过程的演化关系,总结灾害的启动规律与演化模式。研究结果表明,卡坡崩塌群的形成是多因素相耦合的结果,其中土体自身性质和降雨是最重要的影响因素;研究区崩塌多以倾倒式为主,针对该类型的运动失稳模式,本文从节理裂隙发育、降雨入渗、坡脚凹腔破坏和土体强度变化等多角度出发,将研究区倾倒式崩塌的失稳演化过程归纳为“节理裂隙-凹腔发育阶段→水-节理面作用阶段→危岩体沿支撑点的倾倒运动阶段→崩塌体的失稳堆积阶段”4个过程。本文的研究成果能为该地区及类似土质崩塌的形成机理和失稳规律的系统性研究提供借鉴意义和理论支撑。     

露天矿高陡边坡稳定性研究现状及发展趋势

在收集整理国内外相关资料的基础上,从边坡稳定性分析方法、边坡监测、预测预报方法等方面总结了目前边坡稳定性研究方法及预测预报研究现状,分析露天矿边坡的工程特点,指出当前露天矿边坡稳定性研究存在的问题,提出“边坡岩体渐进损伤破坏是边坡岩体失稳前兆本质特征”这一学术思路,认为边坡稳定性及预测预报研究发展趋势为建立基于微震监测信息反演的边坡岩体内部损伤演化模型,提出露天矿边坡岩体强度参数识别表征方法和动态稳定性评价方法,寻求边坡失稳过程岩体内部“空间”损伤劣化的微震活动性、强度弱化与边坡动态失稳之间的联系,以微震前兆信息和边坡岩体强度储备系数为失稳判据,实现露天矿边坡稳定性动态分析预测     

石窟寺典型工程地质变形破坏模式及分类体系

石窟寺是宝贵的石质文物,但在复杂的赋存环境、长期的侵蚀风化以及人类活动的影响下产生了多种变形破坏问题.详细的破坏分类体系是石窟寺病害表征、解释、分级和预测的基础,而目前尚未有针对石窟变形破坏的综合分类方法.分析了川渝、陇东地区代表性石窟的工程地质条件和变形破坏特性,将石窟的变形破坏类型分为工程地质成因型和工程地质力学型,建立了2大类、6亚类、24种破坏现象的综合分类体系.采用工程地质类比法对比了石窟变形破坏及诱发机制的南北差异.陇东石窟因卸荷产生的变形破坏更多,而微环境扰动带来的变形破坏在川渝石窟更突出.在微环境扰动下,川渝石窟的破坏响应以鳞片状剥落破坏为主,而陇东石窟以渔网状剥蚀破坏为主.      

阿勒泰市地质灾害时空分布规律研究

新疆阿勒泰骆驼峰崩塌位于阿勒泰市重点景区中,对游客、坡前公路及过往人员车辆构成威胁。新疆阿勒泰复向斜褶皱发育复杂,岩体在内外地质作用下劈理和节理等地质构造较为发育,导致该地区崩塌地质灾害危害程度较高。为有效防控阿勒泰市骆驼峰崩塌灾害,综合利用野外地质调查、InSAR监测、节理统计及理论分析等方法,探明了骆驼峰崩塌危岩体的几何形态和变形破坏特征,揭示了其成因和破坏机理。结果表明,研究区以滑移式崩塌为主,共分为崩塌区、陡崖斜坡和堆积区3个区段;得到最优势节理结构面曲线产状为37°∠70°,总结出该崩塌共存在3种岩体破坏模式;崩塌失稳模式为卸荷-拉裂-滑移,破坏机理可总结为地质构造-地形高差-节理结构面剪切-岩性差异性风化-水、冻融作用等因素诱发-岩体拉裂卸荷等多方面共同作用导致崩塌的变形破坏。研究成果可为阿勒泰骆驼峰景区地质灾害防灾减灾、景区开发规划提供参考,也为类似地区的凝灰岩崩塌灾害的发育特征及破坏机理研究提供借鉴。     

含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤机制研究

对消落带劣化岩体及水库诱发地震共同影响下三峡库区某典型危岩边坡的稳定性进行了研究,设计并开展了几何相似比为1:100的振动台模型试验,探讨了含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤—失稳破坏演化全过程及其动力响应规律。研究表明：含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤—失稳破坏全过程可归结为坡体内部损伤累积—裂隙发育—次级节理与深大裂隙贯通—失稳倾倒,同时伴随消落带岩体表层松动—掉落—破坏及内部出现渗流网—形成渗流通道—形成“凹腔”的复合破坏模式;随着地震动的持续,危岩体内部动力响应规律具有典型的“趋高”及“趋表”效应,危岩边坡表面累积位移不断增加,消落带处孔隙水压力整体增加,危岩边坡内部水平向及竖直向土压力在全阶段中整体均呈先增大后减小的规律;危岩边坡自振频率及阻尼比在全阶段整体呈减小和增加的趋势;在小震结束前阶段及强震阶段,危岩边坡损伤度曲线分别呈“S”型分布和指数型分布。     

西藏加查拉岗村巨型古滑坡发育特征与形成机理研究

青藏高原地质构造活跃,内外动力作用强烈,加之气候异常变化,区内大型滑坡发育。以雅鲁藏布江断裂附近新发现的拉岗村古滑坡为研究对象,在现场调查、槽探揭露、地质测年和工程地质分析等基础上,对其发育特征及成因机制进行了分析研究。研究表明,(1)拉岗村滑坡属巨型岩质滑坡,体积达3.6×107 m3,最大水平滑动距离约3050m,滑坡后壁与堆积体前缘高差达965m,最大运动速率达78.1m/s,具明显高速远程特征;(2)受冷冻风化和冰体"楔劈"作用影响,滑坡后部岩体崩裂,全新世以来气候变化冰川逐渐消退,融雪降水入渗加剧劣化岩体结构,降低岩体强度;(3)根据14 C和10Be测年结果,拉岗村古滑坡形成于距今4140~9675a,沿雅鲁藏布江断裂发生的强震可能是该滑坡的直接诱因,岩体受到地震抛掷力作用,原有节理裂隙和新生破裂面发生张剪-拉裂破坏迅速贯通,首先沿断裂附近碎裂结构岩体发生破坏,上部岩体随之失稳并高速下滑。该研究可为认识青藏高原断裂带内大型古滑坡的形成机理提供借鉴。     

金沙江深切河谷百胜滑坡演化过程及成因机制

受青藏高原地质构造作用和末次冰期暖湿气候的影响,金沙江深切成谷,高山峡谷区发育大量的大型滑坡,在降雨和河（库）水升降等作用下复活。为了分析降雨型深切河谷的斜坡稳定性机制,以百胜滑坡为例,采用地面调查和地质力学分析方法,对滑坡的演化过程、形成机制、地质力学模型进行研究。研究表明,滑坡形成及复活演化过程可分为原始斜坡、岩体卸荷劣化、挤压塑性流变、降雨诱发失稳、滑体解体压密蠕滑、局部复活等6个阶段。在深切河谷的形成过程中,斜坡岩体在卸荷拉裂、后期水弱化和泥化等多种耦合作用下由稳态逐步演化至失稳。计算结果表明,天然工况下稳定性系数为1.12,处于基本稳定状态;暴雨及库水位涨落工况下稳定性系数为0.98,失稳破坏。