危岩失稳模式分类研究

近年来,重庆地区开展的大量危岩防治工作表明,现有的危岩分类方案缺乏统一的定义和内涵,使用中容易出现混淆和争议,同时,还存在危岩无类可归的现象。针对现有危岩分类方案的不足,本文在分析和总结国内主要危岩分类方案的基础上,结合近年来发生的典型危岩崩塌事件的调查成果,对危岩分类问题进行了研究。首先,根据危岩破坏时的初始运动方式,将危岩分为倾倒式、滑移式、错断式、悬挑式、坐落式和坠落式等6类,并根据危岩结构面组合特征及影响因素的差异,进一步细分为11个亚类;其次,对各类危岩的定义、主控结构面位置及发育特征、形成条件及影响因素、变形机理进行了细致的界定和总结,最后,结合典型危岩崩塌实例进行简要的分析和说明。新的危岩分类方案类型全面,定义明确,界限清晰,实用性较强,可以有效地指导危岩勘查评价、监测预警以及防治工作的开展。     

类砌体型危岩解体破坏模型试验

灰岩地区危岩体具有类砌体结构特征,其在崩塌过程中常呈现解体破坏现象,为了探讨类砌体型危岩的解体特性,遴选危岩体的黏结方式、高宽比和倾角的不同组合,做了81种工况的模型试验,得到不同组合对危岩解体时最先开裂的位置特征。结果表明：高宽比越大（瘦高型危岩）的试验模型,其开裂位置越靠近下端部（危岩根部）;主控结构面倾角越大,其初始开裂位置越靠近危岩体上部;在实验条件下黏结方式对初始开裂位置的影响很小;并对危岩模型发生倒塌时的表面开裂特性进行了研究,研究成果为三峡库区具有类砌体结构特征的危岩解体机制提供依据。     

砂页岩悬崖陡壁危岩发育机制浅探

危岩属于山地灾害之一.其发育特征与其独特的自然环境如地形、地貌、物质组成、结构面组合及温差效应等有关.通过对该类危岩模式、发育机制及形成条件的探讨,目的在于对其正确认识,以利于防治.     

桂林穿山公园西侧危岩体破坏机制及治理

桂林市穿山公园西侧存在的危岩隐患共有数十处,根据危岩体结构特征和变形破坏迹象,分析了危岩体的3种破坏机制:拉裂―滑移式、拉裂―坠落式、拉裂―倾倒式三种基本类型。在此基础上,运用能量守恒定律和运动学规律研究危岩体失稳落石运动特征。结合RocFall软件对落石运动进行模拟计算,对崩塌落石的途径、方向、跳跃高度,影响范围进行验证,与理论计算结果吻合。结合施工条件,采用清除浮土及危石,岩壁上安装SNSGPS2主动防护网加固,坡脚安装SNSRX050被动防护网来拦截落石,确保公园内游客安全。     

关岭县沙营乡槽子六村一带崩塌（危岩带）特征及防治对策

关岭县北部岗乌永窝大寨6.28特大滑坡碎屑流灾害,造成99人死亡及失踪。通过调查类似地质条件下该地区地质灾害隐患分布情况。以该地区大田小学崩塌为代表分析该类型危岩带形成的原因及形成机理,分析了危岩体稳定性及发展趋势,并运用rockfail软件对滚石运动路径、影响范围、弹跳高度、运动能量做了分析。结合该地区自然条件,提出了相应的防治建议。对该地区类似崩塌（危岩）的防治,有一定的借鉴作用。     

重庆市中区危岩崩塌特征,形成机制及防治研究

本文将崩塌分为古崩塌与现代崩塌，指出危岩破坏由上硬下软岩体组成、结构面切割、卸荷和顺江延伸的高陡斜坡四条件所导致；经研究将破坏机制划分为四类。     

差异流动变形破坏研究

工程岩体出现许多流变现象, 它最突出的特点是差异流动变形破坏。本文从流变现象及变形量测结果论述差异流动变形破坏特征, 并且根据蠕变流动变形破坏与时间的关系进行了差异流动变形分类, 这些类型同时存在于一个岩体或岩块内。     

雷波县莫红集镇后山危岩的成因机制及稳定性分析

基于莫红集镇后山危岩的地层岩性与坡体结构、工程地质、水文地质、岩体结构特征及危岩变形破坏迹象,岩体为含磷粉砂岩及灰质白云岩,危岩具有较为破碎的岩体结构及良好临空条件,在差异风化、卸荷以及裂隙水等作用影响下,稳定性将逐渐降低,最终破坏失稳。通过稳定性分析,危岩在暴雨工况下处于欠稳定～不稳定状态。危岩区单体危岩有可能产生较大规模整体变形破坏,可能产生的变形破坏将以倾倒式和滑移式崩塌为主。根据对该崩塌的稳定性分析与评价结果,提出采取被动网+拦石墙+危石清除+监测预警等工程进行综合治理的防治措施,为后期治理提供科学依据。     

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。     

危岩主控结构面强度参数计算方法

主控结构面强度参数c、是危岩稳定性分析的关键问题,目前仅根据贯通段和非贯通段的长度进行c、线性加权计算,与实际情况误差在40%左右。本文对主控结构面设计11种贯通率(10％、30％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％和90％),预制20cm10cm5cm的M15砂浆试件并进行直剪试验,获得了c、值与贯通率之间的非线性实验曲线,据此建立了考虑不同贯通率和防治工程安全等级的危岩主控结构面c、值计算方法,即贯通率法;实际应用中,只需量测主控结构面的贯通率并采用常规试验确定危岩完整岩石的单轴抗压强度和内摩擦角,因此,该方法易于操作,计算结果与实际情况基本一致。     

岩石风化与岩石化学成分的变化研究

研究岩石风化过程中岩石化学成分的变化规律,对于进一步研究岩石的风化机理以及岩石的物理力学性质变化过程有着十分重要的意义.本文通过对湘西地区陡山沱组黑色岩石不同风化程度的化学成分分析研究表明,岩石中的化学成分将随风化的进行而不断发生变化,在一定程度上反映了陡山沱组黑色岩石风化过程中其化学成分的变化趋势.     

微生物对碳酸盐岩的风化作用

微生物-矿物相互作用可以促进许多表生生物地球化学反应过程,是表生地球化学研究的重要内容。通过综合岩石表面的微生物类群及其地质作用,分析碳酸盐岩微生物风化的各种现象,特别是微观尺度上的各种形态,阐述碳酸盐岩的微生物风化机制与风化产物,笔者提出微生物对碳酸盐岩风化的4种途径:(1)通过微生物在岩石表面和缝隙中生长,导致岩石表层发生生物溶蚀、生物磨蚀和生物钻孔作用,加速岩石风化进程;(2)微生物群体形成的钻孔网络可以增强岩石化学溶蚀的有效表面积并导致其表面强度减弱而促进机械侵蚀作用,微生物对周围岩石颗粒胶结结构的破坏、疏松作用也会导致岩石矿物颗粒的分解;(3)微生物的持水作用,微生物分泌的有机酸以及微生物呼吸所释放的CO2对岩表水分的酸化过程亦加速岩石矿物的分解;(4)微生物生长过程中从岩石内摄取营养元素和产生复杂的有机配体,能促进矿物元素的释放。文中提出在开展微生物对碳酸盐岩风化过程和机理研究的基础上,有必要引入微生物生物技术来综合开发本地低品位含钾磷矿产资源,加速岩溶地区山地土壤的形成与演化。     

含交叉裂隙节理岩体单轴压缩破坏机制研究

对含交叉裂隙相似材料试件进行单轴压缩试验,用Abaqus对含交叉裂隙节理岩体进行应力分析,研究了含交叉裂隙节理岩体单轴压缩下的破坏机制。结果表明：交叉裂隙的主裂隙与加载方向呈30°、45°时,主裂隙是裂隙扩展及破坏的控制裂隙,此时含交叉裂隙岩体强度高于含单向裂隙岩体,是由于主裂隙裂尖最大环向应力σθmax低于单向裂隙;主裂隙与加载方向呈0°或90°时,次裂隙是控制裂隙;主裂隙与加载方向呈0°时,大部分次裂隙裂尖σθmax及裂尖最大应力强度因子KⅡmax高于单向裂隙,因此,此时大部分含交叉裂隙岩体强度低于含单向裂隙岩体;在主裂隙与加载方向呈90°工况组中,主、次裂隙夹角为45°时,次裂隙裂尖KⅡmax最大,所以此工况组中此时强度最低。     

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。     

Contribution of carbonate rock weathering to the atmospheric CO2 sink

To accurately predict future CO₂ levels in the atmosphere, which is crucial in predicting global climate change, the sources and sinks of the atmospheric CO₂ and their change over time must be determined. In this paper, some typical cases are examined using published and unpublished data. Firstly, the sensitivity of carbonate rock weathering (including the effects by both dissolution and reprecipitation of carbonate) to the change of soil CO₂ and runoff will be discussed, and then the net amount of CO₂ removed from the atmosphere in the carbonate rock areas of mainland China and the world will be determined by the hydrochem-discharge and carbonate-rock-tablet methods, to obtain an estimate of the contribution of carbonate rock weathering to the atmospheric CO₂ sink. These contributions are about 0.018 billion metric tons of carbon/a and 0.11 billion metric tons of carbon/a for China and the world, respectively. Further, by the DBL (Diffusion Boundary Layer)-model calculation, the potential CO₂ sink by carbonate rock dissolution is estimated to be 0.41 billion metric tons of carbon/a for the world. Therefore, the potential CO₂ source by carbonate reprecipitation is 0.3 billion metric tons of carbon/a. Received: 12 May 1999 · Accepted: 16 August 1999     

深部巷道围岩变形破坏机制分析

采用弹脆性本构模型以及滑移破坏理论,对深部围岩应力分布以及变形破坏机制进行分析。计算结果表明,开挖卸荷将引起剪应力的增长,滑移剪切变形的发展将围岩划分成具有一定尺度的块体（或条带）,它们之间的相互摩擦决定着残余强度的大小;在各向不均匀压缩的作用下,深部围岩能够产生区域拉伸破碎,使围岩开挖断面监测到的位移大大超出按连续介质理论计算得到的数值。采用考虑扩容的计算模型可以得到围岩产生区域拉伸破碎的条件,计算得到的该条件与岩体力学性质以及破碎尺度密切相关。     

模拟岩石破裂过程的块体单元离散弹簧模型

在变形体离散元的基础上建立块体单元离散弹簧模型,并应用于岩石破裂过程的数值模拟研究。该模型以连续介质力学理论为基础,将块体单元离散为具有明确物理意义的弹簧系统,通过对弹簧系统的能量泛函求变分获得各弹簧的刚度系数,进而可以直接利用弹簧刚度求解单元的变形和应力,提高计算效率。以重力作用下的岩质边坡计算为例,通过与传统的有限元进行对比,验证该模型弹性计算结果的正确性。在该基础上,引入Mohr-Coulomb与最大拉应力的复合破坏准则,判断单元的破坏状态及破裂方向。当单元的内部破坏面确定后,则通过块体切割的方式实现单元破坏,并建立单元边界和单元内部的双重破裂机制,实现块体由连续到非连续的破裂过程,进而显示的模拟裂纹的形成和扩展。最后,以巴西圆盘劈裂、单轴压缩破裂以及三点弯曲梁等典型算例验证该方法,结果表明该方法可以较好地模拟拉伸、压剪等应力状态下裂纹的形成和扩展,从而可模拟岩石介质由连续到非连续的破裂过程。     

砒砂岩区小流域沟冻融风化侵蚀模型研究

文章通过砒砂岩区西召沟小流域冻融风化侵蚀实测资料,分析了冻融风化侵蚀与沟道各变量之间的关系。确定了该流域相同种类支沟上、中、下游的冻融风化坡面侵蚀模数、单位沟沿线沟角线长度和侵蚀量值,不同种类支沟冻融风化坡面蚀模数及单位长度沟沿线沟角线长度和的侵蚀量的比例关系,及上、中、下游冻融风化侵蚀侵蚀量的比例关系。据此建立了小流域单位长度沟沿线沟角线冻融风化侵蚀量比例模型和冻融风化侵蚀模数比例模型。根据西召沟小流域上游20条沟谷的资料,利用两种模型对该流域的冻融风化侵蚀量进行了模拟计算,两种模型的模拟计算结果分别为23757．9t和29165．1t,相差18．5％。     

斜坡非饱和带低渗透岩石结构体风化前锋扩展过程

非饱和带低渗透岩石结构体风化前锋扩展是斜坡灾害孕育过程中的关键环节之一。到目前为止,化学风化领域的研究成果主要集中在高水-岩比的饱和环境下单矿物及矿物成分单一的碳酸盐岩的风化动力学方面,非饱和环境下的岩石风化研究还主要限于风化产物的特性描述方面。斜坡非饱和带低渗透岩石结构体风化前锋扩展是一种高度复杂的THMC过程。由于在溶解对象、溶解液及溶解过程的水动力-水化学环境等方面存在的显著差异,既有的地质材料风化动力学成果为探索这一复杂过程提供了理论储备,但还不能阐明其核心机理。斜坡非饱和带低渗透岩石结构体风化前锋的扩展过程研究不仅可以加深人们对斜坡灾害孕育的理解,为灾害预报-预警及其控制提供理论依据,同时可以促进岩石-岩体力学及浅表生水文地球化学等相关学科的交叉与发展。     

冲击荷载作用下岩石破坏机理预测

将岩石看作由彼此之间有内摩擦的颗粒团组成。利用力学模型分析了在冲击荷载作用下岩石破坏过程,阐述了岩石破坏后的力学行为。认为冲击荷载区域的变形近似为一维变形状态。冲击荷载作用在岩石中产生的应力波可以看作类似于冲击波的短波,在波阵面附近的某个狭窄区域内将发生参数的急剧变化。根据岩石介质中粒子运动速度的强弱应力状态发生由弹性状态向内摩擦状态的转变,最终达到流体力学状态。