黄土体工程地质的研究体系及若干问题探讨

针对黄土的结构性、水敏性和裂隙性等特殊性质,建立了适合黄土体特征及特性的黄土体工程地质研究体系--研究对象、理论基础、内容、路线和方法,指出其研究对象是黄土体。黄土体结构面及其相关问题是黄土体工程地质研究的薄弱环节。探讨了黄土体结构面的分类和分级、黄土体结构类型、洞室围岩类别和黄土体的水敏性等问题,并根据结构面的规模、活动特征及其对工程的危害程度,将黄土体结构面分为6级。 依据黄土的沉积特点、结构面的特征和工程黄土体的范围将黄土体结构分为均质结构、层状结构、柱状结构、块裂结构和碎裂结构。认为加强和突出黄土体工程地质研究,有助于正确认识黄土体工程地质特征和解决相关的工程地质问题。     

西南某坝区结构面成因机理及其工程地质意义

通过对坝区断层和层间错动带发育规律研究,认为这两类结构面形成受控于构造和浅表生改造。从分析区域构造特征和地层岩性入手,探讨了结构面的构造成因,并建立其构造成因模式,断层类结构面属于共轭剪切破裂基础上的逆冲模式;层间错动带属于纵弯梁的剪切滑脱模式。通过对坝区结构面浅表生改造的分析,揭示了结构面的性状变化规律,断层类结构面表现出厚度、物质类型及性状的分段性特点。     

小湾水电站坝址区岩体结构面抗剪强度试验研究

小湾水电站坝址区结构面发育,特别是高陡倾角的节理裂隙和Ⅳ级结构面(f、gm)。因结构面强度控制岩体的强度,故研究坝址区各类结构面的抗剪强度具有十分重要的意义。结构面抗剪强度试验制样难度很大,特别是高陡倾角的结构面,在制样过程中要最大限度地减少对岩体的挠动。为此采用了静态爆破方法,成功解决了制样问题。通过大量的结构面抗剪强度试验研究,提出了小湾电站坝址区各种类型结构面的抗剪强度参数,为小湾电站的设计与施工提供了科学依据。     

含陡缓倾结构面反倾岩坡折断面演化特征的离心试验研究

为研究含陡缓倾结构面的反倾岩坡在自重条件下的折断面演化特征,以苗尾水电站右坝肩倾倒变形体为地质原型,通过在坡体内不同部位预置切割岩层的非贯通裂缝开展离心模型试验,模拟反倾岩坡在自重条件下的折断面演化特征。研究表明：（1）含陡缓倾结构面的反倾岩坡破坏以折断面的形成为标志,折断面的形成分为3个阶段：初期（0～40g,g为重力加速度）为局部岩层断裂阶段,以岩层局部断裂及后缘岩层前倾为主要破坏特征,坡体表面位移变化量较小;中期（40g～80g）主折断面形成阶段,坡体深部结构面自上而下断裂扩展连接形成主折断面,坡体表面位移变化量约占总位移量的3/4;后期（80g～120g）为多级折断面形成阶段,以坡体内部断裂岩层应力重分布为主要变形特征,坡体表面位移基本保持不变。（2）结构面间岩桥断裂具有瞬时性,但折断面的形成是渐变发展的过程,主要受陡倾结构面控制,主折断面处裂缝应变量最大,受力方式最为复杂,次级折断面处裂缝应变量次之。（3）基于断裂力学,简化了复杂应力状态下含结构面的反倾岩坡压剪断裂判据和岩层不平衡力公式,揭示了主折断面处岩层不平衡力呈现由坡体高度1/3处向坡底和坡顶两侧变小的规律,折断面的形...     

泾阳南塬黄土斜坡结构面发育特征及其影响效应

黄土斜坡中常发育有大量的结构面,这些结构面不仅破坏土体的连续性,同时对斜坡的渗流场、变形场甚至稳定性产生显著的影响。本文以泾阳南塬为研究区,通过现场调查和室内试验及数值模拟等方法,对结构面的发育特征和影响效应进行了系统研究。取得主要结果包括：(1)考虑结构面的形成原因及其对坡体的影响效应等,从宏观、细观及微观3个尺度提出了黄土结构面的分级分类方法,将黄土结构面分为5级,两个大类和25个小类。(2)根据现场实测结果,研究区结构面多分布在距坡肩较近位置,且其走向与坡面走向基本一致,结构面的延伸长度、张开度及错动高差等随其距坡肩距离的增加而增大。(3)由数值模拟结果可见,距坡肩不同距离和不同深度的结构面扩展特性及其对坡体变形破坏的影响差异较大。距坡肩较近和较深的结构面在重力作用下更容易扩展。随着结构面与坡面距离的增加,坡体稳定系数先减小后增大并逐渐趋于一个稳定值。随着结构面深度的增加,坡体稳定系数逐渐减小,最终趋于一个稳定值。研究结果可为黄土边坡的稳定性评价提供一定的地质依据。     

实体比例投影原理与块体空间应力分解

岩体工程地质力学研究的一个重要内容,是研究岩体中结构面的形成和组合规律,确定由结构面和工程开挖面(临空面)组合构成的结构体,以及结构体在自重力和工程力作用下的稳定性。对于结构面的性质、产状、发育程度以及它们在工程岩体中的出露分布位置,可以在野外实地进行观测,分析和归纳,对于各结构面之间,以及结构面与临空面之间的组合切割和角距关系或结构体的基本几何形状,可以在结构面和临空面的赤平极射投影图上作出分析和判读。由于赤平极射投影只表示平面和直线的空间方向和它们     

岩石结构面注浆加固抗剪特性试验研究

为了研究破裂岩体结构面的注浆加固效果,并揭示其加固实质和作用机制,对单轴压缩试验形成的破裂岩样结构面粗糙度进行了测量与研究;通过破裂岩样结构面注浆加固的剪切试验,分析了注浆对结构面强度和刚度等力学特性参数的影响;通过锯齿形模型化结构面注浆前后剪切试验,分析了锯齿形结构面的力学特性及注浆加固对模型化结构面的影响。研究结果表明,同种岩样压裂后结构面粗糙度系数JRC相近,其数值约为8～10,具有可复制性;注浆后结构面残余强度、剪切峰值强度及上升段斜率均有明显提高;注浆后岩体中结构面的刚度也得到了明显改善;通过理论分析,给出了结构面刚度的理论拟合公式;结构面的剪切峰值强度及残余强度随着锯齿形齿数的增多明显提高,注浆加固后,结构面剪切峰值强度、黏聚力都有不同程度的增大,而内摩擦角变化不大     

鲁西南地区石炭纪—二叠纪含煤岩系层序地层及聚煤特征

根据钻井、测井和地质等资料,对鲁西南地区石炭纪—二叠纪含煤岩系进行了层序地层学与聚煤作用研究。识别出以区域不整合面、古土壤层底面、海侵方向转换面、下切谷砂体底面为代表的4种类型的层序界面;划分出本溪组、太原组、山西组和下石盒子组中的4个三级层序,从下到上依次为SⅢ1、SⅢ2、SⅢ3及SⅢ4。通过对比研究不同层序的含煤性及煤层的发育特征后认为,形成于分流间湾沼泽环境的SⅢ3煤层发育最好,形成于潟湖与沼泽环境的SⅢ1及SⅢ2煤层发育次之,SⅢ4没有煤层发育。在同一个层序内部,泥炭聚集速率与可容空间增加速率之间的平衡状态决定了煤层的厚度,这种平衡状态保持较长时间是煤层形成的基本条件,而与泥炭聚集有关的可容空间的持续增加需要基准面的不断抬升,因此,发育较好的煤层最可能形成于海侵体系域末期,如SⅢ3的TST末期的3号煤层。     

花岗岩结构面的镜下鉴定

结构面力学性质的鉴定,是研究地质构造不可缺少的步骤,也是建立构造体系的基础。结构面力学性质的野外研究是主要的,显微镜下结构面的鉴定是野外工作的继续。结构面的显微镜下鉴定比较繁杂。它包括构造岩鉴定、应力矿物研究和岩组分析。本文只将在粤北某些燕山期花岗岩结构面的镜下鉴定特征介绍如下:     

软弱结构面表面形态与充填度的力学特性研究

结构面的表面形貌是一个复杂的研究对象,但其对结构面的力学性质有着重要作用。目前关于软弱结构面非充分充填状态研究很少。在分析了结构面的起伏形态后,借助摩擦学理论对充填软弱物质的结构面力学性质进行了分析。同时研究了地下水和泥膜等对结构面强度的污染效应。通过与试验资料的对比,得到研究成果有其合理性。     

三峡库区侏罗系不同类型结构面抗剪强度对比

三峡库区侏罗系是典型的软硬相间地层,其软弱层具有亲水性强、透水性弱等特殊的工程地质特性,是库区常见的易滑地层。选取三峡库区秭归县马家沟滑坡所处地层岩体结构面为研究对象,采用室内岩体结构面直剪试验,对4种不同类型结构面的力学特性进行了研究。通过对试验数据的统计分析,绘制了各种结构面的剪应力–正应力关系曲线图及剪应力–剪切位移关系曲线图,从而获得了形成于同一地层中的4种不同结构面的抗剪强度参数,并对其剪切特性进行对比分析与研究。以结构面直剪试验结果为依据,初步分析了该地区某一典型边坡的稳定性及潜在滑动层面,为后期边坡的稳定性评价提供可靠性基础参数。      

澜沧江某大型水电站左岸岩体结构面发育特征及形成机制分析

现场调研表明,该大型水电站左岸结构面发育在横向上具有明显的不均一性和分区性。断层Fl、F3为规模最大的两条断层,控制左岸块体分区;断层F3等小断层、破碎带导致岩体性状较差;密集于断层F1、F3之间的结构面使岩体工程地质性状最差。综合分析认为．这些结构面及其分布差异是古生代以来岩浆活动及多期构造作用复合作用所致。笔者将从地质背景、结构面特征诸方面,深入分析这些结构面的形成机制及形成机制对左岸工程岩体稳定性的影响。     

基于A^＊算法的边坡稳定分析方法

岩质边坡的失稳大都是沿各软弱结构面而发生的,其滑动面往往是软弱结构面的组合,呈阶梯状.岩石边坡中存在大量的随机结构面,从中找出抗剪力最小的滑裂面是边坡工程中的一个研究方向.在岩体结构面调查统计的基础上,用随机网络模拟再现结构面的空间分布,在此基础上应用A*算法,搜索出岩石边坡的临界滑裂面,并对临界滑裂面上的边坡体任意斜条分,与Sarma分析方法相结合,形成一种改进的分析岩石边坡稳定性的方法—— Sarma-A*分析法,通过工程实例验证该方法的合理性.     

考虑颗粒破碎引起级配演变的粗粒料屈服函数研究

级配作为粗粒料的重要物理特性,显著影响着粗粒料本身的力学性质。准确预测土体在加载过程中的级配演变,是有效分析土体结构全寿命周期强度和变形特性的基础。引入Einav的分形破碎理论,认为土体在加载过程中的颗粒破碎耗能增量正比于颗粒分形破碎率增量,结合考虑颗粒破碎的能量平衡方程,选取已有文献中的试验数据,对粗粒料加载过程中的级配演变进行了研究,提出了一种预测试样加载过程中级配演变的方法。在此基础上,建立了一个可以反映粗粒料级配演变的屈服函数,对该屈服面函数进行了初步探讨。每一个屈服面对应土体的一个级配演化曲线;屈服面是土体剪切应变的等值面,屈服面的轨迹和剪应变大小密切相关。     

北京市戒台寺滑坡发生发展机理研究

戒台寺滑坡位于北京市门头沟区马鞍山的北麓,马鞍山背斜的北翼,组成边坡的岩性较为软弱。由于多期构造运动的影响,岩体中裂隙发育,岩体结构破碎,风化卸荷严重。边坡为顺倾结构,边坡中顺倾坡外的软弱夹层、软弱结构面及断层发育,它们分别为边坡的滑动提供了滑动面和切割面的作用。由于边坡中岩层倾角大于边坡的坡度,因此并没有剪出的临空面,只是一个受特定边坡结构控制的蠕变体。但是近年来在胜利煤矿和石厂煤矿的大规模采掘Ⅳ级平台山梁下煤层影响下,形成采空移动盆地,造成Ⅳ级平台山梁整体塌陷,客观上为蠕变体提供了变形空间,引起戒台寺SN向山梁Ⅰ～Ⅲ级平台坡体依附于断层破碎带或软弱夹层的松弛,导致各块坡体沿软弱结构面向临空产生蠕动和滑动。采石场大药量爆破的地震波的频繁作用影响,使坡体内的构造结构面扩展松弛张开,表水易于下渗,岩体强度及变形特性显著降低,斜坡稳定性对降雨入渗的敏感性显著提高,最终导致了蠕变体变形的加速。     

某水电站坝基岩体结构面室内大型直剪试验研究

岩体结构面的抗剪强度是表征岩体强度的一项重要参数,但由于原位试验受场地等诸多因素影响,难以大规模的开展,本文提出在室内用结构面大型剪切试验开展结构面的剪切特性研究,以某水电站坝基砂岩岩体中的硬性结构面为研究对象,取得了较好的成果。试验表明:结构面的多组剪切变形曲线具有一定的应变硬化的特征;达到峰值剪切强度时的剪切位移普遍较大,在8.9mm～44.5mm之间;砂岩中硬性结构面光滑面的基本摩擦角为31.4,结构面平均起伏角为6.3。     

汶川地震区映秀——卧龙公路边坡崩塌类型的赤平投影解法

汶川地震后,公路岩质边坡结构面发育,极易失稳形成崩塌。从发育的多组结构面中选取典型的结构面作为形成崩塌的控崩结构面,并通过对结构面所处边坡的工程地质条件分析得出控崩结构面的选取原则;考虑控崩结构面与边坡临空面的空间位置关系,运用赤平投影解法重点分析一组和两组控崩结构面与边坡临空面的图解关系;将震后公路边坡发生崩塌分为三种类型：滑移式、坠落式和倾倒式,结合边坡岩性、坡形、坡度、坡高等因素,得到了震后公路边坡崩塌三种类型的判据;将其应用到汶川地震后映秀—卧龙公路沿线边坡发育的典型崩塌中,得出的崩塌类型与实际相符。     

构造应力场对平推式滑坡形成演化的影响

近水平岩层斜坡中的张性结构面的存在是产生平推式滑坡的前提。滑坡发生后,充水的张性结构面大幅张开拓宽形成拉陷槽。统计大部分中型、中层以上的平推式新滑坡发育特征后发现,拉陷槽的展布方向总体与盆地边缘构造带近于垂直。综合前人研究成果,通过水系分析反演四川盆地新构造应力场,得到滑坡拉陷槽展布方向与新构造主应力方向相近,认为其形成发育与新构造运动以来的应力场关系密切。构造应力场对平推式滑坡形成演化的影响主要表现在对岩体结构的改造、对结构面渗透性的控制和对斜坡水文条件的影响等方面。构造主应力方向的转换使与其近于平行的压(剪)性质结构面转变为张性,产生张裂延伸作用,扩大规模,结构面沿走向相互贯通,沿倾向跨层。并且使具有这种三维应力状态的结构面渗透性得到显著提高。结构面的渗透性、规模、连通性、张开度等同时被扩大。垂向和水平运移特征是平推式滑坡发生的主要因素之一,为滑坡的产生提供了形成演化条件。受构造应力场改造和影响的近水平岩层斜坡给水性和导水性得到改善,由于跨层张性结构面的存在,地下水有条件垂向运移到斜坡深处,与深层的软弱层产生物理化学作用,为形成规模和厚度更大的平推式滑坡提供条件。解释了中层、中型以上的平推式滑坡拉陷槽与构造主应力方向相近的缘由。     

岩体结构面对巷道工程稳定性影响的初步研究

基于对淮北芦岭煤矿主要岩石巷道围岩结构面及巷道变形破坏的调查和分析，认为结构面是影响巷道工程稳定性的重要因素之一。巷道的变形破坏常受结构面直接控制。结构面的发育程度、组合特征决定了巷道变形破坏的方式。     

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。