白莲洞遗址危岩体形成机理及破坏模式

以广西柳州白莲洞遗址崖体为研究对象,经地质调查发现,白莲洞遗址崖体存在共计47处不稳定岩体,崖体岩性主要为厚层灰岩,岩溶发育且该厚层灰岩岩体节理裂隙十分发育,存在着诸多危岩体。通过野外地质调查与室内理论分析表明：白莲洞遗址崖体陡峭,灰岩厚层,层理面、构造裂隙、岩溶裂隙和卸荷裂隙发育,在持续暴雨、地震的强有力触发下导致山体松弛,变形加剧,形成了以柱状、楔形体状、块状为主的特大型危岩体,且多处于高位-特高位,从而表现出倾倒、滑移和少量坠落及其复合型的多种破坏模式;其变形破坏绝非突发,厚层块状构造、岩溶发育、坚硬灰岩夹白云岩透镜体及发育的节理裂隙是其形成的主要先天基础因素;降水的渗入、岩溶裂隙水的溶蚀及强烈的根劈作用为其主要触发因素。     

三峡库区巫峡段典型岩体劣化特征研究

三峡工程形成了在高程145~175 m之间的周期性水位波动,促使库区灰岩岸坡劣化损伤加剧,稳定性急剧衰减。其中巫峡段灰岩岸坡受库水长期的物理化学作用,宏观劣化现象最为明显,局部顺层岸坡底部受侵蚀劣化脱空,岩层出露,存在潜在的滑移-拉裂破坏。文章借助三维激光扫描点云技术对岩体表层宏-细观劣化进行了定量化观测,发现岩体劣化主要沿着泥质填充条带等薄弱结构面进行,现场“刀砍纹”状溶蚀沟槽的差异劣化与白云石和方解石抗溶蚀性能密切相关。室内干湿循环劣化试验进一步表明：三叠系大冶组(T1d)泥质条带灰岩的劣化速率明显高于三叠系嘉陵江组(T1j)白云质灰岩,这与两种岩性的矿物成分及孔隙微观结构组成相关,且随着循环周期增加,两种岩样的物理力学性质呈现出不同程度的衰减;基于核衰变劣化控制式进行回归,R2高达0.861 9~0.999 3。引入劣化常数λ、半衰期T1/2对两种岩性劣化特征进行描述,发现同一岩性不同物理参数对应的劣化常数λ、半衰期T1/2不同,呈现“簇状”分布,与室内试验数据表现一致;运用劣化控制式时要考虑现场岩体由于各种结构面的存在,岩体会加速劣化,需要对劣化控制方程和力学强度进行相应折减。文章结合现场宏-细观劣化现象以及室内干湿循环,构建了物理意义明确的基于核衰变的劣化控制方程,为类似灰岩岸坡劣化评估预测与稳定性分析提供参考。     

薄层灰岩浅部岩溶发育特征及分布模型

碳酸盐岩往往含有较多泥质夹层,多发育浅部岩溶裂隙,影响工程基础稳定性。文章依托广西合山市溯河矿区某道路浅部岩溶调查成果,分析了薄层灰岩岩溶宏观形态和垂直分布特征,按照溶蚀程度将其分为碎屑残留带、表层岩溶带和下部包气带;通过室内溶蚀试验,分析了矿物组成、CO2及水动力条件影响下的溶蚀规律;对比分析了薄层和厚层岩溶发育特征。结果表明:（1）薄层灰岩浅部岩溶发育程度与微地貌有关,通常在山谷和地下水强径流带溶蚀作用更为强烈;（2）薄层灰岩溶蚀优先开始于方解石,在岩石表面形成溶孔、粗糙程度增加,提供了侵蚀性溶液流动通道;（3）薄层灰岩岩溶较厚层灰岩岩溶规模小,分布较为均匀,由地表土体渗入地下岩体的地下水含有较多侵蚀性CO2水溶液,会促进岩溶作用的进行;（4）薄层灰岩浅部岩溶发育分布模型为:发育均匀的微小溶蚀裂隙在溶蚀下渗过程中遇到软弱夹层时会沿水平向扩展并随进一步溶蚀作用被充填,垂向深部发展时溶蚀作用逐步消散。     

悬臂-拉裂式崩塌破坏机制研究

悬臂-拉裂式崩塌是崩塌类型中较为常见的一种,常发育于近水平层状的陡峻岩质边坡,在我国的西南和西北山区以及三峡库区,该类危岩体的数量多且崩塌发生频率高。调查研究表明,差异风化剥蚀、河流侧蚀、海水浪蚀、碳酸盐溶蚀等作用是岩质边坡产生凹进岩腔和凸出悬臂的外动力地质作用。在调查基础上,概化出厚层硬岩夹薄层软岩和薄层硬岩夹软岩两种悬臂梁崩塌破坏模式。根据悬臂梁最大弯曲应力计算理论,推导出岩腔极限深度计算公式,并结合岩石风化剥蚀速率,对悬臂梁危岩体产生破坏的时间进行了预测。通过岩腔极限深度计算公式的分析和悬臂梁崩塌野外调查结果,均表明岩腔极限深度与悬臂岩体厚度成正相关,而与顶部裂缝深度比成负相关。根据最大拉应力-抗拉强度比值分析法,推导出悬臂梁危岩体稳定系数计算公式,并给出其稳定性评价标准。通过典型算例,对文中方法的正确性进行检验,结果表明该方法具有公式简单和计算可靠等优点。     

西龙池抽水蓄能电站下水库BW2危岩稳定性分析

BW2危岩位于山西西龙池抽水蓄能电站下水库进/出水口和地面开关站及副厂房附近,其下部基座由较软的砂质页岩夹竹叶状灰岩构成,上部为坚硬的厚层泥质条带状灰岩,而且由于受到F118断层割切,已形成一座柱状的分离体。这种上硬下软的结构是BW2危岩岩体产生卸荷松动变形的根本原因。如果BW2危岩体发生破坏,将对水库安全产生巨大的影响。通过系统分析BW2危岩体的工程地质条件后,提出了危岩体可能的破坏模式,然后利用刚体极限平衡和快速拉格朗日(FLAC3D)方法对危岩体在4种不同工况条件下的稳定性进行评价和预测,并提出危岩防治措施。     

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。     

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。     

浙江八面山特大型萤石矿床成因研究

通过成矿地质背景,矿体地质特征,矿石特征,矿床稀土元素,流体包裹体地球化学,氢氧同位素地球化学特征等研究,认为八面山萤石矿床,按矿体赋存于岩体与灰岩接触带、灰岩层间及构造破碎带;岩石有细粒及粗粒-巨晶两类;矿床成矿温度主要集中在120°～240°之间;氢氧同位素特征反应成矿流体具有多来源多成因的特征;成矿物质Ca主要来源于寒武系中的灰岩与泥质灰岩,F主要来源于寒武系泥质灰岩,部分可能为岩浆热液从地表深部携带而来,萤石矿床成矿流体水具有多源性;成矿流体具有大气降水,变质水和岩浆水共同混合作用的结果,在岩浆侵入热源的作用下,三种水混合后被加热,形成了成矿溶液的重要载体。研究认为八面山萤石矿床是受地层-岩体-断裂共同控制"三位一体"的中低温热液成因矿床。     

三峡库区巫山县城二郎庙小区岩溶引起的地质灾害危险性研究

三峡库区移民迁建中发现的岩溶问题是一个重大工程地质问题。巫山县新城二郎庙小区是地质灾害监测预警示范区,那里的三叠系嘉陵江组灰岩在特殊的气候、水文和地质环境下遭受了强烈的岩溶作用,岩体结构变得非常复杂,完整的灰岩变为层状碎裂岩体、岩溶角砾岩、泥质条带和残坡积角砾层。不同的地貌部位具有不同的岩溶特点和强度,总体规律性是由西向东、剖面下部至上部岩溶作用增强,其中陡坡下地形由陡变缓的转折地带和冲沟下部是岩溶作用最强烈的地带。岩溶作用形成了各种微地貌和特殊的岩体组合格局。岩溶导致岩体的力学强度和稳定性不断降低,加上其他自然因素和人为因素作用可能产生地面不均匀沉降、地裂缝、滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷地质灾害,这些问题必须在移民迁建以及将来城镇运行过程中引起高度重视。     

三峡水库碳酸盐岩区岩溶作用与斜坡破坏

三峡水库峡谷区矗立着大量岩溶不稳定库岸,危及长江黄金水道安全。采用野外勘查和力学分析,对三峡库区碳酸盐岩区岩溶作用与斜坡破坏关系进行深入研究。野外勘查发现,三峡库区碳酸盐岩库岸存在许多与溶洞、溶隙、溶蚀带、溶槽、溶沟等表层岩溶作用有关的斜坡不稳定现象。巫峡段库岸内共发育岩溶地质灾害及隐患点186处,其中滑坡隐患点37处,大型以上危岩体6个。岩体力学分析表明：强降雨、蓄水和岩体劣化会因为有效应力减少、强度下降而造成破裂的节理/裂隙逐渐扩大。同时,水位变动带岩体劣化的裂缝扩展速率比三峡的平均溶蚀率高出约1 300倍,极大地加快了已经进入屈服状态的不稳定岩体的演化进程。溶蚀作用是岩溶岸坡中最基本的作用,库水长期波动加快了岩溶岸坡演化。本次研究将为三峡库区峡谷段不稳定库岸识别和防灾减灾提供技术支撑。     

三峡库区泥灰质岩石溶蚀作用的微观研究

泥灰质岩石的岩溶,特别是溶蚀作用研究是岩溶研究的一个薄弱环节,同时又是揭示泥灰质风化岩及残坡积类膨胀 土工程特性和成因的关键。通过对三峡库区三叠系巴东组(T2b)不同溶蚀程度泥灰质岩石样品的扫描电镜图象分析,发现泥 灰质岩石的溶蚀作用导致岩石微观结构变化,这种变化可因溶孔形成使岩石力学强度降低,或大量溶孔或残积土变形引起地 面不均匀沉降、地裂缝、滑坡、崩塌和岩溶塌陷等地质灾害的发生。     

三峡水库区严家坡滑坡成因分析及稳定性评价

三峡水库区地质条件复杂，是我国地质灾害的多发区及重灾区。严家坡滑坡位于奉节县内，距三峡大坝158km，滑坡在整体上被3条冲沟分为东、西两个滑坡，地貌上两滑坡均呈缓倾斜坡，平面上呈扇形，两侧有冲沟围切，后侧具圈椅状拉张裂缝，前缘剪出口部位弧形特征明显。勘察发现：两个滑坡均存在3级滑带，第1级滑带位于松散堆积物与碎裂岩体接触部位；第2级滑带位于碎裂岩体与块裂层状岩体接触部位；第3级滑带位于块裂层状岩体与完整基岩接触部位。严家坡滑坡由较坚硬的泥质灰岩、灰岩及相对软弱的泥灰岩组成，软弱的泥灰岩及薄层泥岩等力学性质较差，抗风化能力弱，多破碎，甚至形成软弱夹层。岩体中裂隙产状较陡，其中一组裂隙近其中直立，为地下水提供了良好的通道，同时与较软的岩层易贯通，破坏岩体的整体稳定性。严家坡滑坡不但规模大，而且复杂。于文章详细介绍了三峡库区奉节县严家坡滑坡的结构及变形特征，对滑坡的成因及影响因素进行了分析，用不同的方法对几种工况进行计算与比较，评价其稳定性并提出一些可行的防治措施及建议。     

岸坡消落带岩体劣化的新生型滑坡(崩塌)隐患演化模式研究

三峡库区岸坡消落带是库岸边坡稳定性的敏感地带。库区内多次发生的地质灾害均与消落带的岩体劣化有关。随着时间的推移消落带的岩体劣化情况日益加剧,新生型滑坡不断涌现。本文通过实地调查与室内分析,系统总结了三峡库区秭归至巴东段岸坡消落带岩体劣化的类型以及新生型滑坡隐患的演化模式。研究表明,区内消落带岩性主要以碳酸盐岩类和碎屑岩类为主,碳酸盐岩类劣化类型主要有溶蚀(潜蚀)、裂缝显化与扩张和机械侵蚀,碎屑岩类的劣化类型主要有松动(剥落)、冲蚀(磨蚀)、结构面崩解块裂和软硬相间侵蚀,其中以松动/剥落型最为发育。在此基础上结合结构面发育特征、岸坡结构、岩性及结构和边界特征,厘定了不同岸坡消落带岩体劣化演化形成新生型滑坡隐患点的模式,碳酸岩盐类岸坡主要以基座碎裂压溃型、基座掏空倾倒型、顺向滑移型为主;碎屑岩类岸坡主要以软硬相间坍(崩)塌型、视倾向楔形滑动型、顺向滑移型及逆向倾倒型为主。研究结果可为三峡库区地质灾害监测预警及防治提供技术支撑。     

三峡库区水平层状岩质边坡稳定性分析

通过对三峡库区一大型巨厚水平层状岩质边坡的稳定性调查,认为受边坡软弱层面、节理以及岩性组合的影响,水平层状岩质边坡可能存在以下4种破坏方式：崩塌错落、顺层滑动、切层滑动和复式滑动。利用Sarma法结合最优化方法对顺层滑动和切层滑动2种方式进行了稳定性计算,其计算结果表明,三峡水库蓄水及大桥建成后,右岸边坡稳定性变差,有可能发生切穿泥质粉砂岩的切层滑动,必须采取处理措施;而库水位的变化是影响本区边坡稳定性最重要的因素。     

Effect of Reinforcing the High Jointed Slopes of Three Gorges Flight Lock

Summary   The FEM with a new fracture-damage model has been adopted to analyse the stability of the high slopes of Three Gorges Flight Lock. In the analysis the generation of subcracks at joint tips and its additional deformation to rock mass as well as the possibility of its further extension of subcracks are considered under compressive-shear stress condition. The effect of rock bolts of different schemes to reduce the damage evolution zones of joints and the slope deformation are studied. A comparison of research results from a new model with the previous work is made also.     

三峡工程永久船闸高边坡岩体卸荷松弛特征研究

三峡工程永久船闸高边坡岩体卸荷松弛特征明显,采用地质调查、钻孔声波测试、内外部变形监测、现场变形试验、钻孔芯样力学试验、压水试验、孔壁录像、钻孔弹模测试等手段进行综合研究,结果表明,边坡岩体可划分为强、弱、微三个卸荷带,强、弱卸荷带岩体力学性质有明显弱化,微卸荷岩体力学性质无明显变化。在卸荷带内未产生新的结构面,但卸荷引起了结构面的进一步扩展和张开。岩体变形是结构面张开和岩块变形的综合反映,主要受开挖卸荷影响,锚索对于限制结构面张开作用明显。     

考虑岩体劣化的库岸典型危岩体破坏过程与长期稳定性分析

自三峡库区蓄水以来,岸坡消落带岩体劣化趋势明显,加速了岩质岸坡向欠稳定和不稳定发展,潜在崩塌涌浪灾害威胁长江航道安全。以三峡库区板壁岩为例,采用抗剪强度折减法分析在岩体劣化工况下危岩体的破坏过程与长期稳定性。结果表明：在自然工况下,板壁岩危岩体处于稳定状态;在库水+岩体劣化工况下,中部锁固段处拉应力集中,拉张裂缝逐步向顶部主控裂缝及底部基破碎带延展并相互贯通,可能发生滑移-剪切破坏;在库水+岩体劣化+强降雨极端工况下,约40个水文周期后,岩体强度下降30%,板壁岩危岩体的稳定性系数降至约1.14,处于欠稳定状态,建议进行工程防治,提高危岩体稳定性,以保障航道安全。研究结果可为三峡库区板壁岩及类似危岩体的防灾减灾工作提供科学合理的依据。     

三峡工程库区岩溶岸坡岩体劣化及其灾变效应

三峡工程库区175 m试验性蓄水10 多年后,峡谷区岩溶岸坡水位变动带岩体劣化强烈,新生或加速形成了大量地质灾害,引起研究人员和政府的广泛关注。文章从微细观到宏观、由点到面,采用野外调查、室内试验分析了三峡库区岩溶岸坡岩体劣化及其灾变效应。野外调查显示,溶蚀岩体劣化集中发育于三峡、大宁河等干支流峡谷区域,其中以巫峡共约10 km长的岸坡最为典型。溶蚀岩体劣化机制包括以机械搬运为主的物理机制、以溶蚀/溶解为主的化学机制和以应力腐蚀断裂为主的力学机制。岩体劣化导致溶蚀岩体结构降级,岸坡局部持续形变。岩体劣化、岩溶水动力作用、岸坡形变相互促进,推动了岸坡灾变的发生。大量案例表明,岩溶岸坡岩体劣化引起灾变效应早期,破坏浅表层、岸坡不断后退。岩体劣化影响下岩溶岸坡破坏模式包括崩塌、滑移和倾倒3种主要类型。库水位长期变动导致的溶蚀岩体劣化带来了前所未有的高陡岸坡灾变威胁,可能将三峡库区地质灾害带入新的发育阶段。本研究将为三峡库区岩溶地质灾害隐患点识别与防灾减灾提供技术支撑。     

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。