危岩主控结构面变形破坏的扩展有限元法模拟分析

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一,主要分为坠落式危岩和倾倒式危岩两种失稳形式,危岩主控结构面受荷断裂扩展是其发育成灾的关键核心。将危岩主控结构面类比为宏观裂纹,运用扩展有限元方法（XFEM）,求解结构面扩展过程的移动非连续问题,探索在荷载作用下危岩主控结构面的断裂扩展行为,以重庆万州太白岩危岩为例,考虑岩石的抗拉强度、主控结构面的几何位置与倾角对危岩的变形破坏模式与稳定性的影响。结果表明,随着岩石抗拉强度的降低,危岩的稳定性程度降低;随着主控结构面倾角的减小,危岩的稳定性程度提高,同时结构面开裂路径也明显改变;危岩体两种失稳模式的破坏机制都为拉剪机制,相对于倾倒式危岩,同等条件下坠落式危岩的稳定性更差。     

不同饱水条件下蚀变岩边坡稳定性分析

露天矿坑蓄水后,边坡岩体长期处于浸水状态,导致岩石抗剪强度产生弱化,对边坡的稳定性产生不利影响。为分析不同饱水条件对边坡蚀变岩抗剪强度参数的影响,对仓上金矿露天矿蚀变岩试件分别进行0、8、20、35、60、100d的饱水处理。由饱水岩样的常规三轴试验结果可得,在不同酸性环境、不同饱水时间条件下,蚀变岩的内摩擦角和粘聚力产生明显的损伤弱化,饱水时间弱化作用强于浸水溶液的酸性状态。饱水时间大于60d后,抗剪强度参数的降低幅度明显减小,饱水时间产生的弱化作用是一定的。根据不平衡推力法对划分露天边坡条块,求解边坡的安全系数,随着饱水时间的增加和浸水溶液酸性的增强,边坡的安全系数呈现显著降低趋势,边坡发生滑坡的概率逐渐增大。试验与理论研究结果可以更好的为露天矿边坡的支护设计提供重要依据。     

基于Barton-Bandis准则的锚固边坡稳定性分析

结合岩石节理面非线性Barton-Bandis破坏准则,探讨了将Barton-Bandis破坏准则参数转化为线性Mohr-Coulomb破坏准则抗剪强度参数的两种常用方法,通过实例分析了各方法的优劣。推导了加锚单岩石节理面控制的平面滑动岩体边坡抗滑稳定性安全系数计算式,开展了锚固参数分析。研究表明：相对于采用等效线性拟合法或切线等效法获取Mohr-Coulomb抗剪强度参数而言,直接应用Barton-Bandis破坏准则计算节理面控制的岩石边坡稳定性更为直观和简便;随着结构面基本摩擦角、结构面粗糙度系数和结构面壁面有效抗压强度的增大,边坡安全系数逐步提高,且结构面基本摩擦角和粗糙度系数对边坡安全系数的影响程度更为显著;锚索锚固力越大,边坡抗滑稳定性越好,而锚索设置角度越大,边坡抗滑稳定性越低,锚索角度设置不当将明显减小锚固效应的有效性。     

新疆香山铜镍钛铁矿区两个镁铁-超镁铁岩系列及特征

新疆东天山香山地区镁铁-超镁铁杂岩体中产有香山中中型铜镍矿床和香山西大型铜镍-钛铁矿床。通过对这套镁铁-超镁铁岩进行系统的野外研究和采样,对各类岩石进行详细的岩石学和岩石地球化学研究,识别出该区两个具有不同成矿专属性的岩石系列。（1）早期与钒钛磁铁矿矿化有关的岩石系列（简称“钛铁系列”）,岩石组合为细晶辉长岩-钛铁辉长岩（钛铁矿石）-含钛（角闪）辉长岩-淡色辉长岩。从钛铁矿石-含钛辉长岩-淡色辉长岩连续演化,矿物组成和岩石结构逐渐过渡,岩石相对偏酸性,化学成分以富碱、富铁、高钛、硅、铝、钙,钙碱指数（calk/m）高而镁铁指数（m/f）低为特征,稀土和微量元素方面斜长石堆积作用和分离结晶作用特征明显;（2）晚期与铜镍硫化物矿化有关的岩石系列（简称“铜镍系列”）,岩石组合为超镁铁岩-韵律状橄榄辉长岩-蚀变角闪辉长岩,与前一系列呈侵入关系。该系列岩石组合偏基性,化学成分上明显富镁,贫铁、钛,具相对较低的硅、铝和钾、钠含量,稀土和微量元素配分曲线平缓,与原始地幔/亏损地幔特征相近。此外,本区发育的浅成-超浅成脉岩（辉绿岩类）多为辉长岩类的晚期补充岩相,其岩石化学特征位于两个演化系列的末端,可能是两个演化系列残余岩浆混合-再侵位的产物。     

露天煤矿冻结岩土边坡介质特征与稳定性分析

为了科学评价冻岩露天矿边坡稳定性,并采用有效措施保证冻岩边坡工程的安全建设和运营,分析了岩石在不同温度条件下多个物理力学参数的变化规律,结果表明,冻结态使岩石的强度得到一定的提高,而冻融循环使岩石的强度产生一定的削弱。由于岩体具有介质和结构的双重属性,冻融循环作用对岩体的介质和结构面损伤均较显著,可以通过改进的Hoek-Brown岩体强度准则分析冻融环境中的岩体强度。基于木里聚乎更矿区冻岩露天煤矿边坡的调查分析,总结归纳了该区冻岩边坡的破坏现象和类型,在冻融循环作用下冻岩边坡的破坏模式基本为浅表部的渐进式破坏。      

内蒙古西乌珠穆沁旗阿拉坦高勒钒钛磁铁矿矿床地质特征

在内蒙古西乌旗阿拉坦高勒地区新发现了一个品位低、出露浅、规模大的钒钛磁铁矿矿床。其含矿母岩主体为辉长岩,其次有部分闪长岩、角闪辉长岩和橄榄辉长岩等岩石类型。钻孔岩心岩相学研究表明,基性程度高的橄榄辉长岩通常在含矿岩体的中下部,基性程度低的闪长岩通常在含矿岩体的上部及边部。矿石矿物组合主要为磁铁矿、含钒磁铁矿、钛磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿及少量金红石。其中,磁铁矿、含钒磁铁矿和钛磁铁矿通常呈海绵陨铁状、浸染状及分散星点状分布在硅酸盐矿物粒间,表现出典型的岩浆熔离和结晶分异的结构特点,与四川攀枝花铁矿有一定的相似性。与传统的岩浆矿床不同的是,新发现的富矿体通常位于岩体的上部,且普遍发育围岩蚀变。研究认为后期热液叠加对现今矿床的形成与改造起到了一定的作用。     

降雨入渗条件下软岩边坡稳定性分析

降雨条件下软岩边坡的失稳模式是进行边坡处治的基本依据之一。为研究软岩边坡在降雨条件下的稳定性,提出了一种既能考虑渗流场对边坡稳定性的影响,又能体现岩石软化效应对边坡失稳所带来的不利作用的新方法。运用二维渗流数值计算方法,对降雨条件下的边坡孔隙水压力大小及暂态饱和区面积在空间及时间上的分布进行了模拟。并将渗流场计算结果与暂态饱和区岩石软化试验所得岩石物理力学参数随时间的取值相结合,采用强度折减法分析软岩边坡在降雨入渗条件下的稳定性。对算例边坡的研究表明：降雨入渗条件下软岩边坡的失稳在降雨初期表现为边坡表层局部分层垮塌。随着降雨历时的增长,失稳形式则表现为局部分层垮塌与整体滑移相结合。降雨停止后,边坡负孔隙水压力的消散,对软岩边坡安全系数的继续降低具有一定的延缓作用。     

浙江省大梁山隧道出口边坡稳定性分析

研究表明,大多数工程岩体失稳以结构面的剪切破坏为主,因此结构面的抗剪强度就成为影响工程岩体稳定性的决定性因素。通常结构面抗剪强度参数的获取可通过直剪试验及经验估算获得,但在岩石工程稳定性的分析、计算中所用的结构面抗剪强度参数的获取基本上都通过直剪试验获得。经验估算方法同直剪试验相比,有费用低、考虑工程岩体的实际工程条件及尺寸效应等优点,用其估算结构面抗剪强度参数具有较大经济价值及工程意义。在野外结构面定向统计测量基础上,用结构面抗剪强度经验估算方法获得其抗剪强度参数,再利用详细的工程地质资料、赤平投影定性分析及确定工程岩体的破坏模式,选用与破坏模式相匹配的数学力学模型,定量计算分析工程岩体的稳定性。理论分析及工程实践表明,该边坡总体上是稳定的,但楔形体处容易失稳,须处理。     

软弱结构面对花岗岩残积土边坡稳定性影响

花岗岩残积土边坡存在较为发育的微裂隙结构面和一些软弱岩脉风化而成的软弱夹层,由于风化作用、降雨和地下水渗入等外界环境影响,裂隙中的填充物泥化和膨胀,结构面的抗剪强度迅速下降,造成边坡失稳破坏。通过对边坡破坏形式和机理的研究,得到了微裂隙引起边坡破坏的两个内外因素,外因是开挖导致裂隙处应力集中形成塑性破坏区;内因是裂隙处土体具有峰值—残余强度差异。以某含软弱夹层花岗岩残积土边坡为例,建立有限元数值模型对该边坡的变形特征进行研究,发现软弱夹层的存在不仅造成了边坡总体变形的增大,还决定了边坡失稳破坏时滑动面的位置。     

干湿循环作用下云母石英片岩抗剪性能劣化规律及机理

在干湿循环作用下,片岩的抗剪性能劣化对片岩边坡长期稳定性具有重要影响.以鄂西北广泛分布的云母石英片岩为研究对象,通过开展一系列室内试验,揭示其抗剪性能劣化规律及机理.吸水性试验及直剪试验结果表明,云母石英片岩的吸水率随着干湿循环次数增加呈逐渐上升的趋势,抗剪强度及残余抗剪强度随干湿循环次数的增加呈逐渐下降的趋势,抗剪性能劣化效应明显.结合扫描电镜测试所得云母石英片岩微观结构变化规律,揭示其抗剪性能劣化机理：干湿循环作用下,云母石英片岩片理面逐渐扩展开裂,内部矿物颗粒强度软化,颗粒间胶结弱化,岩石骨架变得松散;粘聚力主要受矿物颗粒之间的胶结程度影响,劣化速率较快;内摩擦角主要受矿物颗粒嵌固程度和颗粒本身强度的影响,劣化速度相对较慢.     

胶北南山口古元古代高压基性麻粒岩和钙硅酸盐岩的岩石地球化学特征探讨

胶北莱西古元古代的高压基性麻粒岩和钙硅酸盐岩的基本矿物组合分别为以铁铝榴石为主的石榴石-普通辉石-铁紫苏辉石和钙铝榴石-黝帘石-葡萄石-钠长石.矿物岩石学研究表明钙硅酸盐岩是由含石榴石高压基性麻粒岩经退变质和钙质交代作用形成.南山口高压基性麻粒岩记录了麻粒岩相变质作用前、麻粒岩相变质作用、退变质和钙硅酸盐岩化共同作用以及完全钙硅酸盐岩化的四个阶段的地质作用,其矿物组合分别为Cpx+ Pl+ Qtz(M1),Grt+ Cpx+ Rt+ Qtz(M2),Cpx+Pl+ Opx+ Ilm+ Mgt+ Ep(M3)和Grs+ Zo+ Prh+ Ab+ Cal(M4).微量元素研究表明,高压基性麻粒岩中大离子亲石元素Ba、Rb、K、Rb、Th富集,而高场强元素Nb、Zr、Ti、Y亏损,具有轻稀土富集的右倾型稀土配分曲线.稀土元素和微量元素配分图解显示了岛孤拉斑玄武岩的特征.主元素、微量元素的构造判别图解进一步分析表明高压基性麻粒岩及其钙硅酸盐岩的原岩形成于大陆边缘的岛弧环境.综合高压基性麻粒岩岩石学、元素地球化学特征认为,莱西高压基性麻粒岩的原岩是拉斑玄武岩质岩石,可能是形成于孤后扩张背景下基性的侵入岩或喷出岩.岩石形成以后,在胶-辽-吉带碰撞闭合过程中,经历了麻粒岩相变质作用,又在后来的抬升过程中经历退变质和钙硅酸盐岩化作用.     

鄂西北山区降雨型边坡失稳模式和评价方法

2003年6月的一次连续降雨诱发了鄂西北山区郧漫公路沿线多处边坡失稳。根据边坡岩土体的组成和结构特征,总结出了5种典型的暴雨型边坡失稳模式:浅层堆积体滑移、含软弱面顺层滑移、切层边坡水压劈裂破坏、碎裂岩似弧形追踪破坏和块裂岩楔体滑移。根据边坡破坏特点和降雨作用形式提出了相应的评价方法,认为浅层堆积体在暴雨下含水量,即85%~100%液限含水量时易发生滑移,通过平面无限斜坡评价法计算边坡稳定性;含软弱面顺层边坡及块裂楔形体均为剪切滑移失稳,采用简化的刚体极限平衡法计算其稳定性;切层边坡中陡倾裂缝经历了卸荷张开－水压开裂－贯通破坏的过程,通过Ⅰ型裂缝扩展判据评价边坡稳定性;碎裂岩边坡发生类似弧形滑移的追踪破坏,采用连续介质圆弧法计算边坡稳定性。     

某路基边坡化学风化机理研究

以云南省富民县某典型路基边坡为例,采用铸体薄片鉴定、岩石全分析和电子扫描电镜等分析测试方法,研究岩石结构体岩石学、矿物学及微观结构特征,并据此对该边坡化学风化机理进行探讨。试验结果表明:岩石为碳酸盐化钙质基性沉凝灰岩,经历溶解、水解、氧化等多种水岩化学作用后,岩石微观结构疏松、孔隙发育;腐岩壳与核心石存在明显界线并发育微裂纹。由此可以得出:化学风化的实质为侵蚀性地下水与岩石造岩矿物之间发生化学作用并造成岩石结构体损伤;相对实验室条件,天然斜坡水岩化学作用机理复杂并涉及诸多科学问题;水岩化学作用诱发斜坡失稳,孕育不良地质现象,促进斜坡夷平和地貌重塑,推动全球气候演化,参与成矿作用,对其研究具有重要的科学意义。     

高陡岩质边坡稳定性三维离散元分析

某高陡岩质边坡地质条件复杂、软弱结构面发育、开挖高度大、坡度陡、临空面多,为边坡变形提供了有利的空间,边坡多处出现失稳破坏迹象。通过对边坡工程地质条件调查,岩体结构特征和边坡开挖等影响因素的分析,认为边坡变形主要发生在强风化强卸荷岩体内,受软弱结构面的控制比较明显,表现为结构面组合控制的块体变形失稳破坏模式。采用3DEC数值模拟软件,模拟了边坡开挖后坡体变形特征,数值模拟结果表明,边坡浅表层块体以及控制性块体稳定性差,可能导致边坡产生整体失稳。     

基于尖点突变模型饱水边坡稳定性分析

为分析不同饱水条件下露天矿坑边坡稳定性,基于尖点突变理论,考虑矿坑水位变化对滑坡面岩体的劣化作用,构建饱水条件下边坡稳定性分析尖点突变模型。结果表明:不同饱水条件下对边坡岩石力学性质产生损伤,损伤演化方程符合负指数变化规律,并根据弱化规律建立非线性饱水弱化函数;对饱水滑面介质建立本构方程,引入饱水弱化函数,构建不同饱水条件下边坡稳定性分析尖点突变模型;根据尖点突变模型判别式得到,饱水作用对岩石损伤越大,判别值逐渐趋于0,边坡状态由稳定向失稳方向转变。研究成果可为边坡体内部含有的地质构造,如软弱结构等,以及受水位影响的库岸边坡稳定性分析提供有益思路。     

Dynamic stability analysis of rock slope considering the strength vibration degradation of through-type rock discontinuitiesEI北大核心

考虑结构面抗剪强度震动退化效应对分析与评价岩质边坡动力稳定性具有重要意义。基于岩石动力试验获取了多因素影响的结构面强度震动退化系数方程,结合极限平衡理论和动态矢量法原理,以UDEC程序作为计算引擎,采用其内置Fish语言编程实时刷新结构面强度特性参数和捕获任意地震历时时刻边坡地震惯性力,并以最小平均安全系数法求解边坡最终动力稳定性评价指标值,从而提出了一种考虑结构面强度震动退化的边坡动力稳定性系数动态算法。研究表明:结构面强度震动退化系数是取决于岩块间循环剪切次数、循环剪切幅度及相对运动速度响应值的动态变量;将该算法应用于含贯通型平直状结构面边坡动力稳定性算例中,其分析结果表明,动力作用时程内考虑结构面强度震动退化的边坡动力稳定性系数较未考虑该效应时的系数衰减更为明显,即前者计算结果更符合一般性自然规律,亦即验证了该算法的可行性;结构面最小强度震动退化系数随动力激励时程变化近似呈负指数函数形式逐渐衰减,且当结构面初始黏聚力(内摩擦角)越大、而坡角(层面倾角)或动荷载幅值(频率)越小时,地震历时过程中边坡最小动力稳定性系数越大,此时边坡最终动力稳定性相对越强。     

牛鼻子梁镁铁质-超镁铁质杂岩体岩石特征

牛鼻子梁岩体位于柴达木地块的北缘,出露面积约8 km²,平面形态呈长条状,主要由斜长二辉橄榄岩、斜长单辉橄榄岩、角闪二辉橄榄岩、角闪橄榄岩、角闪橄榄二辉岩、黑云母化二辉岩、角闪辉石岩、橄榄辉石角闪石岩、角闪橄榄辉长岩、细粒辉长岩、似斑状辉长岩、暗色辉长岩、辉长岩、淡色辉长岩、石英闪长岩和英云闪长岩组成。文章通过岩石学、矿物学、地球化学研究,得到锆石U-Pb年龄为（361.5±1.2） Ma,Sm-Nd等时线年龄为（347±26） Ma。研究认为,牛鼻子梁基性-超基性岩体含矿岩石产于大陆边缘环境。岩体形成于泥盆纪晚期。岩浆分异充分,岩石类型丰富,岩浆演化过程中主要发生了橄榄石和斜长石的分离结晶/堆晶作用。岩体的母岩浆应属于拉斑玄武岩质岩浆。从目前发现的矿化情况来看,牛鼻子梁基性-超基性杂岩体为含矿岩体,有很好的找矿前景。     

汶马高速公路千枚岩堆积体岩块定向性试验研究

汶川－马尔康高速公路（简称汶马高速）沿线发育大量的千枚岩堆积体,施工开挖形成的千枚岩堆积体边坡的稳定性显著影响着该公路施工及运营安全。以往对千枚岩堆积体的研究多将其视为均质碎块石土边坡,较少关注其特有的结构特征——千枚岩岩块的定向性,导致工程实践中边坡的失稳破坏。千枚岩为片理构造的变质岩,岩块具有显著的扁平化特征,沿坡运动后以一定的方向性停积。野外调研表明,堆积体中扁平状岩块的倾向与边坡坡面倾向相近,将此称之为岩块定向性,并认为该定向性是影响堆积体边坡稳定性的重要因素。以汶马高速千枚岩堆积体为研究对象,设计物理模型试验研究千枚岩堆积体岩块定向性特征及其影响因素。在此基础上开展考虑岩块定向特征的堆积体大型直接剪切试验,探索岩块定向性对千枚岩堆积体边坡稳定性的影响。结果表明,坡度及堆积体中细颗粒含量对岩块定向性有显著影响,坡度为20°～30°时,定向性最明显,且随细颗粒的含量增大而增大;边坡稳定性分析时的潜在滑面抗剪强度由于岩块定向性而显著降低。     

水岩相互作用表面动力学机理研究进展

水岩相互作用是实验地球化学领域内最基本的研究内容之一。岩-水相互作用表面动力学机理的研究对于揭示岩石风化、蚀变、变质、元素运移、土壤形成以及成矿作用的机制具有重要的意义。大量的硅酸盐矿物与水作用的研究表明,硅酸盐矿物在风化时,各种组份进入溶液的量与其化学组成相比是极不一致的。由此人们将注意力转移到发生反应的硅酸盐矿物表面,认     

基于模拟退火算法的边坡稳定分析方法

岩石边坡开挖中存在大量的随机结构面,结构面与岩桥的组合破坏是边坡破坏的一种重要形式。如何确定抗剪强度最小的滑裂面是边坡工程中的重要研究方向。在岩体结构面调查统计基础上,运用随机网络模拟的方法得到边坡的裂隙网络图像,在此基础上应用模拟退火算法,搜索出边坡由结构面与岩桥组合形成的潜在最危险滑裂面的位置,将结构面组合滑动面与Sarma分析方法结合,形成一种改进的分析岩石边坡稳定性的方法--Sarma-SA分析法,通过一工程实例验证了该方法的合理性。