重庆南川甑子岩-二垭岩危岩带特征及其稳定性分析

在调查重庆南川甑子岩-二垭岩段88处近水平层状大型危岩形成的地质环境背景基础上,分析了危岩发育特征、影响因素以及稳定情况,查明了危岩体结构与失稳模式的相关性,分坠落式、倾倒式、滑移式三种失稳模式进行稳定性分析。研究表明该危岩带是金佛山向斜核部经长期地质演化形成的近水平层状厚层灰岩陡崖,受降雨、岩溶、底部软弱层及大面积地下采空影响形成的,属特大型危岩带。其中,危岩带内的塔状岩体是西南缓倾层状灰岩山区典型的危岩类型,破坏机理复杂,易形成崩塌碎屑流。通过稳定性计算并综合考虑现场调查结果,认为带内危岩体在天然工况下整体稳定性较高,但暴雨工况和地震工况下稳定性骤降,尤其是危岩分布集中的甑子岩、和尚帽以及二垭岩区段,具有较高的成灾可能性,亟需开展监测预警工作。     

不连续岩体变形破坏过程中AE的空间演化与意义

通过一些典型节理化岩体模型变形破坏过程中的AE事件的定位分析和破裂面形态的研究,探讨了不连续岩体变形破坏过程的空间演化特征。结果表明:单节理岩体变形破坏的空间动态特征受节理角控制,随着节理角从小变大,岩体的变形破坏方式从AE在局部集中的突发式失稳向AE弥漫于整个节理层面的类似渐进式的破坏形式发展；失稳破裂面从简单的整体状岩-膏界面变成形态复杂的层内复合破裂面；复杂节理岩体的变形破坏受一条（组）主导构造控制,强AE事件集中发生在不连续构造交汇部位,在包含多条主构造的岩体模型中最终失稳破裂面只与最后阶段AE的位置一致。     

柱状岩体崩塌动力特征与破碎规律

柱状岩体崩塌具有分布范围广、破坏能力强、影响范围大的特点。2004年8月12号,重庆甑子岩W12危岩体发生崩塌,崩塌体运动距离约600 m,形成显著超前空气冲击效应,激起浮尘高度约150 m。文章基于MatDEM离散元软件对甑子岩崩塌动力特征与破碎规律进行了研究,建立了按照实际节理分布的崩塌模型,实现了崩塌全过程的模拟,并结合影像资料验证了模型的有效性,在此基础上对MatDEM进行二次开发,统计分析了崩塌过程中岩块粒径演化规律,确定了崩塌过程中的四个显著颗粒破碎时刻,分别为崩塌源区底部岩体受压破碎、中上部岩体撞击低速三角区、中部岩体撞击斜坡地面与上部岩体撞击斜坡地面。引入分形维数与双参数Weibull分布模型分析了崩塌前后颗粒破碎规律,结果显示崩塌后颗粒破碎明显,细粒颗粒占比显著增加。文章为岩体崩塌的动力特征与破碎规律的研究提供了依据。     

武夷山风景区红色砂砾岩剪切声发射实验

对取自武夷山风景区内一线天景点岩体的3个白垩系崇安组红色砂砾岩样品进行声发射实验,得到样品在剪切破坏过程中的应力-应变曲线,声发射参数与应力、应变、时间之间的关系。红色砂砾岩剪切破坏过程分为压密阶段、弹性变形阶段、局部破坏阶段、二次弹性阶段和失稳破坏五个阶段,各阶段声发射能量、振铃计数、累积能量与累计振铃计数变化很大,出现两个声发射平静期与突变期。两个平静期与弹性变形阶段和二次弹性变形阶段对应,两个突变期与局部破坏阶段和失稳破坏阶段对应。小波分析表明,存在两个信号不连续点,在应力应变曲线中对应局部破裂阶段和失稳破坏阶段。不同阶段样品之间的声发射参数变化与岩石剪切面不均一性有关。岩石剪切破坏过程声发射特性为岩体稳定性的声发射监测技术开发提供了基础数据。     

重庆南川甑子岩山体崩塌机制研究

本文以重庆南川甑子岩崩塌为例,对近水平厚层状高陡灰岩山体座落滑移式崩塌机制进行研究,通过工程地质分析揭示了甑子岩危岩崩塌的成因机制,利用数值模拟开展了初始变形破坏的研究。研究认为,甑子岩崩塌是自然条件下形成发育、受岩溶风化与人类工程活动影响所产生的大型危岩体崩塌。岩体中多组大型陡倾节理发育,卸荷作用下在陡崖边缘形成张拉裂隙,地下水长期溶蚀使裂隙连通率不断增大,地下采空加速软弱基座破坏、危岩体变形。随着裂隙的贯通,软弱基座内部应力累积,应变逐渐增大,当超过岩体强度时发生圆弧形剪切滑移破坏,导致柱状危岩体座落崩塌。     

岩体倾覆的多块体分析

倾覆是岩体失稳破坏的主要方式之一。岩体的倾覆可能呈单块体状,即岩体在其失稳的过程中仍保持其整体性;也可能呈多块体状,即岩体在其失稳的过程中分裂成多个块体,各块体之间产生差异运动,岩体发生解体。对倾角陡立的层状结构岩体及其有条块状结构的岩体,这种多块体倾覆较为常见。     

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。     

危岩崩塌启动机制离心模型试验研究

大型高陡危岩崩塌初始失稳过程短暂,难以在现场进行及时观测并获取有效数据,为此引入离心模型试验。以重庆甑子岩陡崖高陡危岩崩塌为原型,对危岩崩塌启动机制展开研究,获取关键数据,定量化验证甑子岩危岩失稳的关键影响因素,探索危岩崩塌的离心模型试验方法。试验较好地完成了对岩质崩塌初始失稳过程的模拟,当危岩模型底部区域抗压强度为60 kPa时,失稳时刻离心加速度为73g;当抗压强度降至40 kPa时,失稳时刻离心加速度仅为18g;对照组试验证明高陡危岩底部区域强度对其整体稳定性起控制性作用。试验模型中上部岩体的失稳方式与原型具有一定差异,分析认为其原因除试验因素引入外力作用之外,主要是由于模型材料没有考虑原型的节理裂隙与抗拉强度所致,这表明高陡危岩崩塌模式除受底部岩体强度控制外,还与中上部岩体性状密切相关。研究结果可为高陡危岩压裂溃屈失稳机制提供试验依据与数据支撑,对崩塌灾害机理研究具有重要参考。     

煤矿采场覆岩破坏的微地震监测预报研究

微地震现象是岩体破坏失稳发生前给出的重要信息,研究岩体变形破坏过程的微地震特征对于预报岩体破坏、保证矿山安全生产具有重要意义。采用山东科技大学自主研制的煤矿井下微震监测系统对华丰煤矿采场覆岩破坏过程进行了监测。通过对监测到的微地震事件定位计算,证实微地震发展演化与采场覆岩破坏密切相关。根据未失稳岩体微震事件频数、能量、距离的差分变化规律,能够较准确地提前预报岩体破坏,对于采用微地震监测技术解决煤矿井下岩体破坏预报具有重要指导意义。     

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。     

基于实测的望霞W1危岩体失稳动态过程分析

在地质调查和现场监测的基础上,研究了望霞W1危岩体变形-演化的动力学过程。危岩体位于重庆市巫山县两坪乡,受裂隙切割成柱状。岩性为中厚层硅质、泥质灰岩夹燧石层,危岩体下部基座为粉砂岩、粘土岩及煤线,形成上硬下软的地层结构。研究表明:危岩体局部变形失稳过程与整体失稳过程的位移变形曲线表现出相似性,可划分为前期累积变形、匀速变形、加速变形和临界加速变形等四个阶段。望霞危岩的特殊地质结构、地质环境为危岩的孕育和破坏提供了地质基础。人为活动和降雨对危岩的变形破坏具有显著的影响。     

基于实测的望霞W1危岩体失稳动态过程分析

在地质调查和现场监测的基础上,研究了望霞W1危岩体变形-演化的动力学过程。危岩体位于重庆市巫山县两坪乡,受裂隙切割成柱状。岩性为中厚层硅质、泥质灰岩夹燧石层,危岩体下部基座为粉砂岩、粘土岩及煤线,形成上硬下软的地层结构。研究表明:危岩体局部变形失稳过程与整体失稳过程的位移变形曲线表现出相似性,可划分为前期累积变形、匀速变形、加速变形和临界加速变形等四个阶段。望霞危岩的特殊地质结构、地质环境为危岩的孕育和破坏提供了地质基础。人为活动和降雨对危岩的变形破坏具有显著的影响。     

大型厚层崩滑体运动特征模拟研究:以重庆武隆县羊角场镇大巷危岩为例

高速远程滑坡-碎屑流是大型危岩体失稳破坏的主要成灾模式之一,它具有启动速度快、运动距离远、覆盖范围广的特点,具有极强破坏性,预测分析大型危岩体的运动特征具有重要的研究意义。文中选取重庆武隆县羊角场镇大巷危岩为研究对象,通过调查危岩体所处的地质地貌条件和危岩体发育特征,分析总结其潜在失稳模式和失稳后运动过程,利用DAN3D动力分析软件,参考鸡尾山滑坡反演分析的流变模型和参数,对危岩失稳后形成滑坡-碎屑流的运动学特征进行预测分析。模拟结果表明:(1)大巷危岩失稳后运动过程可分为启动、偏转抛出、碰撞铲刮和远程堆积4个阶段,运动时间约为220s,形成滑坡-碎屑流的滑程为2 500m;(2)大巷危岩滑体方量530×104 m3,滑后堆积体方量790×104 m3,堆积体水平长约1 680m,平均厚度约为6m,铲刮最大厚度为8m,碎屑流运动过程中最大速度为60m/s;(3)碎屑流可穿过羊角场镇城区抵达乌江,说明羊角场镇城区在大巷危岩的危害范围内;(4)文中的模拟计算结果可为高速远程滑坡-碎屑流的危险性定量评价研究提供依据。     

表层喀斯特带溶蚀岩体单轴压缩力学特性模拟研究

研究表层喀斯特带溶蚀岩体的力学特性,有助于岩溶区边坡稳定性分析。本文以表层岩溶带溶蚀特征为依据,设定溶蚀率和溶蚀均匀系数作为溶蚀特征参数。基于元胞自动机算法思路,在颗粒离散元软件中构建不同溶蚀特征的岩体模型。对溶蚀岩体进行单轴压缩数值试验,检测岩体加载过程中声发射事件。试验结果表明：溶蚀岩体加载过程可分为：（1）压密阶段;（2）弹性变形阶段;（3）稳定破裂发展阶段;（4）不稳定破裂发展阶段;（5）峰后缓慢软化阶段;（6）峰后快速软化阶段。随溶蚀率增加,岩体弹性变形阶段曲线缩短,岩体抗压强度降低;岩体由脆性破坏逐渐转为延性破坏;同时,溶蚀率增加,岩体抗压强度下降速率由最初快速降低转为缓慢降低,最终收敛。溶蚀均匀系数增加,不稳定破裂阶段曲线增长,岩体由局部破坏转为整体性破坏。研究发现溶蚀岩体单轴抗压强度与溶蚀特征参数呈负指数关系,该关系式可用作溶蚀岩体强度取值,实际工程中应增加溶蚀均匀系数对岩体质量的影响。溶蚀岩体裂纹扩展机理有助于边坡失稳机理研究。     

贵州关岭县大寨崩滑碎屑流运动特征及成因机理探讨

本文在国内学者对大寨崩滑碎屑流成因机理和运动特征研究的基础上,通过大寨崩滑碎屑流的地质环境背景、堆积体分布特征分析,对其运动特征和成因机理进行了探讨。研究认为:地下水水头对崩滑体失稳破坏起着主要作用,变形破坏过程为岩体松弛—软化—动水压力—崩滑,碎屑流表现为能量转化和冲击液化,运动过程可划为"启动加速—惯性力作用减速—加速—减速停滞"四个阶段。     

强震触发大光包巨型滑坡运动特征研究

文章主要研究了在强震触发下大光包滑坡在不同下滑阶段的运动特征以及响应速度问题。强震作用触发大光包滑坡体启程剧冲,继而在重力作用下沿滑面加速下滑,而后又与山体碰撞转化为碎屑流,整个运动过程中有明显的岩体抛射、前缘岩体反翘超覆以及岩块"推挤出槽"等现象。根据其运动特征,将滑体运动过程分为三个阶段,分别为主体滑动阶段、次级滑动阶段、碎屑流运动阶段,并运用静力分析法、能量法、碎屑流运动理论等对各个运动阶段的速度进行了研究。理论计算得到滑体剧冲速度为8.9m/s,主体滑动段末速度为37.0m/s,最大速度大于96.3m/s,碎屑流沿黄洞子沟和川林沟流动,分别运移了1.6km和1.3km后停止。     

不同倾角软-硬组合岩体破裂演化过程分析

为探究软岩倾角对组合岩体破裂演化过程的影响,论文通过对不同软岩倾角组合岩体进行单轴压缩试验,采用数字散斑和声发射方法作为观测手段,探究含不同软岩倾角组合岩体的破裂演化过程,分析组合岩体力学性能随角度的变化规律,得出含不同倾角软硬组合岩体的破裂模式。结果表明：（1）软硬组合岩体破坏是岩体内部发生损伤,在软岩周围开始出现裂纹,并沿着软岩层及周围扩展、贯通破裂的动态演化过程。（2）组合岩体的变形破坏过程仍表现为原始裂隙压密、弹性变形、塑性变形及破坏四个阶段。（3）随着软岩倾角的增大,岩体的压密阶段逐渐增大,弹性模量逐渐减小,抗压强度越来越小;当软岩倾角θ=0°、15°时,岩体破裂表现为软硬组合岩体组合破裂;当软岩倾角θ=30°、45°时,岩体破裂主要发生在软岩区域,岩体的破坏形式由贯穿软岩层剪切破坏转变为沿软岩层滑移剪切破坏。可见软岩层倾角越大,岩体越容易发生失稳破坏。论文可为含软硬组合岩体工程的长期稳定性分析及复杂层状组合岩体的力学行为研究提供参考。     

重庆南川市甑子岩W12 #危岩崩塌预警分析

岩崩是基岩山区一种常遇的地质灾害，具有突发性强，可预见性差，危害性大的特点。文章通过对重庆南川金佛山甑子岩W12^#危岩体现场勘查，分析了该危岩体的成因机制和破坏模式。采用常规监测仪器和人工变形量测手段进行了预警预报研究，成功地预报了金佛山甑子岩W12^#危岩的崩塌，避免了重大的经济损失和人员伤亡。研究成果可为研究岩崩系统发展演化机制、探索突发性地质灾害的空间预警和防灾减灾决策提供可靠依据。     

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。     

缓倾角塔柱状危岩压裂损伤-突变失稳预测

陡高边坡灰岩地区缓倾角塔柱状危岩常具有底部压裂诱发整体失稳破坏模式,其损伤-突变失稳机制属于山地灾害关键科学问题之一。以重庆南川区甑子岩W12#危岩崩塌为例,建立了荷载、水致弱化效应耦合下的损伤突变地质力学模型,获得了基于应变等价原理的损伤本构方程及总损伤度演化方程,并将水致弱化函数改进为软化系数的一元三次函数。将地质力学模型概化为等效弹簧模型,通过能量平衡原理建立损伤-折叠突变模型,获得了塔柱状危岩系统压裂失稳判据及临界突变位移特征值表达式。计算表明：W12#危岩压裂失稳时,该系统的控制变量为–0.003 251,小于0,表示该系统进入不稳定状态;计算理论突变位移起始值148.70 mm比实测位移第一拐点值154.34 mm偏小,相对误差约3.65%,偏于安全;理论损伤本构曲线、理论损伤演化曲线与现有文献数值模拟结果趋于一致,所构建的理论预测模型具有较好的适用性。其研究成果可用于预判塔柱状危岩压裂失稳损伤演化过程及突发失稳特征位移值,为灰岩区陡高边坡危岩崩塌监测预警和防灾减灾提供理论依据。