石质山区崩塌灾害形成机制——以四面山国家级风景名胜区红岩山为例

崩塌是石质山区主要的地质灾害,崩塌源通常存在稳定性较低的大量危岩体,其形成机制是防治崩塌灾害的关键环节.现场调查发现,四面山国家级风景名胜区红岩山崩塌源的危岩可分为坠落式危岩、倾倒式危岩、座滑式危岩和扶壁式危岩4类,所占比例分别为70%、15%、8%和7%;具有4级陡崖的地形特征、硬质砂岩和软质泥岩交互沉积、近于正交的3组岩体结构面是红岩山崩塌灾害孕发的主要环境地质条件;根据现场观测,岩腔后侧壁泥岩压裂风化速度5.2 cm/a左右,是斜坡表面裸露泥岩气候风化速度的3～6倍,岩腔的形成过程是崩塌灾害演绎的起搏器;运用地貌学方法揭示了红岩山崩塌灾害链式演化规律,当岩腔深度超过3 m后,岩腔顶部的危岩块易于发生崩塌.     

陡崖上群发性危岩崩塌机理研究

运用能量守恒等基本原理量化各危岩块的相互作用,进而得到各危岩块的等效弯矩计算公式,于是可将复杂的群体危岩简化为单体危岩进行研究。运用断裂理学和损伤力学基本原理研究了危岩的崩塌机理,得到了危岩崩塌时间计算方法。根据陡崖上各危岩块的崩塌规律验证了危岩链式规律并为陡崖及其附近的地貌形成提供了理论依据。     

云台山景区危岩体特征及其预防治理

云台山景区地质条件复杂,在受到构造活动、地质应力作用和人类活动等共同影响的条件下,发育了一定量的危岩体。在总结各景点危岩体的特征和分布的基础上,分析了危岩形成原因。结果表明:红石峡景点内的危岩体主要为拉剪倾倒型单体危岩、拉裂坠落型单体危岩和群体危岩,其形成原因主要受到断层和人类活动影响;沟谷景区内的危岩体主要为群体危岩,是构造活动和风化等地质应力共同作用形成的;茱萸峰景点和旅游干线内的危岩体以群体危岩为主,其形成主要是由于人类活动影响形成的。与此同时,提出了研究区危岩体相应的综合治理措施,其中除沟谷景区主要用到SNS被动防护外,其它各景点以主动防护为主。     

复合岩体的TBM破岩机理数值模拟

为了指导TBM刀盘刀具的研制和不同地质条件下刀盘刀具的选型,TBM破岩机理的研究成为核心。在TBM滚刀的作用下,岩体中裂纹的生成、扩展和连接规律是深刻理解TBM破岩机理的前提,因此,TBM滚刀破岩机理的研究具有重要的工程应用价值。目前,TBM滚刀破岩机理的研究主要集中在单一岩体中,但在TBM施工过程中会遇到各种复杂的地质条件。笔者采用离散元方法,研究了复合岩体的破岩机理,复合岩体中岩片的形成不同于单一岩体,其裂纹的最终连接是由起裂于复合岩体交界面上的微裂纹的扩展,将两滚刀之间的赫兹裂纹连接,最终形成岩片。因此,在一定情况下复合岩体更有利于TBM隧道施工。     

差异风化型危岩形成和破坏机理

陡倾硬岩和软岩基座组成的差异风化型危岩是地质灾害的常见形态。在建立危岩的力学分析模型的基础上,研究了边坡中张性地应力和岩腔发育深度对差异风化型危岩形成与破坏的影响。以重庆洪崖洞危岩边坡为工程背景,采用空心包体应力计对边坡地应力进行了现场测试和分析,判定了危岩松动发育区范围。用算例分析了差异风化型危岩体的形成和破坏过程,结果表明张性地应力和岩腔深度对主控裂隙的形成具有最强的相关性,并分析了各种参数的影响,提出了预测差异风化型危岩控制性破坏模式的方法。分析方法和结果适用于类似条件下的危岩边坡,可供相关研究和工程参考。     

冻融循环作用下危岩体稳定性劣化机制及敏感参数分析

寒区危岩体常因温度起伏而受到冻融循环作用,使其力学性能劣化;而危岩体失稳破坏的实质是主控结构面的起裂和扩展问题,建立考虑断裂韧度劣化的危岩体稳定性分析方法能为寒区危岩体工程的长期稳定性评价提供理论依据.首先,根据断裂力学及冰冻结分离压力理论,考虑冻融循环作用对岩石Ⅰ型断裂韧度的劣化和结构面冻胀力,构建冻融循环作用下危岩...     

裂缝冰胀力作用下高寒危岩体失稳破坏机理

高海拔极寒山体危岩的失稳崩塌是川藏山区最常见的山地灾害类型之一,但目前有关其力学机制还不清晰,难以很好地进行诊断和防治。为此,基于川藏高寒危岩体实际结构特征,借助岩石力学及断裂力学知识,构建了高寒危岩裂缝的冰胀力表达,分析了不同危岩体裂缝的断裂模式、启裂条件和扩展方向,并给出了扩展量的计算方法,明晰了高寒裂缝冰胀力诱发岩体崩塌的力学机制。最后算例分析表明,在环境升温幅度大于临界温升后,冰裂缝开始扩展,并最终在多轮季节性温度升降后贯通危岩体形成崩塌。     

岩(煤)壁中滑移裂纹扩展的冲击矿压模型

大量的研究表明,冲击矿压是由岩（煤）壁附近的剥离薄层的屈曲破坏而形成．运用断裂力学原理,分析了在岩（煤）壁附近压应力集中区内原生裂纹的亚临界扩展、贯通以及与自由表面的相互作用使裂纹沿最大压应力方向扩展,最终形成平行于自由表面的岩（煤）壁薄层的机理．建立了岩（煤）壁附近压裂纹的非时间相关和时间相关的２种滑移扩展方程,特别是与时间相关的亚临界扩展方程的建立,可使冲击矿压判据中引入时间参量．通过对裂纹未贯穿前的膨胀导致的自由面位移分析及薄层屈曲的能量计算,可为冲击矿压的预测预报提供新的理论依据．     

大渡河丹巴水电站坝址左岸危岩体发育规律与防治措施

危岩体的失稳不仅会给水电施工安全带来严重威胁,还可能造成枢纽区水工建（构）筑物的严重破坏,影响水电站正常运营.借助三维激光扫描技术,并通过精细的野外调查,查明大渡河上游丹巴水电站坝址区左岸危岩发育分布特征,通过与工程地质条件相关性分析,总结出危岩体的发育分布主要受地形地貌、岩体结构以及地层岩性的影响,并得出了危岩体发育的一般规律,最后结合危岩体稳定性及其威胁对象,同时考虑危岩体处治效果和施工的方便,以危岩片区为单元提出了相应的防治措施.     

节理岩体下TBM单刃和双刃滚刀破岩特性研究

为了研究在考虑节理地质条件下的两种TBM滚刀破岩规律,采用颗粒离散元法建立不同节理特征下两种滚刀的侵入破岩模型,分析节理岩体下两种滚刀侵入破岩的动态过程、裂纹扩展等规律。研究表明:两种滚刀在侵入节理岩体时,裂纹形成和扩展分为两个典型阶段,两种滚刀在受力以及裂纹数目上存在差异;随节理特征的改变,节理对两种滚刀作用下的裂纹扩展呈引导和阻隔效应,节理间距超过80 mm后,双刃滚刀作用下的裂纹扩展依然受到节理的控制;依据两种滚刀破岩产生的岩碴方式分为常规破岩和节理面协同破岩两种形式;单刃滚刀作用下岩体内部的应力分布随节理倾角变化而偏转,双刃滚刀作用下的应力分布随节理倾角变化影响不大;两种滚刀破岩效率随节理特征改变而改变,当刀间距合适时,双刃滚刀相比单刃滚刀破岩效率要高;双刃滚刀侵入节理岩体存在一个最优刀间距使得破岩效率最高,最优刀间距随节理倾角增加先增大后减小。     

岩石塑性应变损伤模型的建立及应用

岩石塑性变形和损伤变量的微观机制都是岩石中微裂纹的萌生和发育,塑性变形与损伤在岩石材料中是同时出现的,它们的演化规律是相互耦合的.本文采用基于塑性应变的损伤变量,定义岩石在破坏过程中塑性应变增量与损伤增量成正比关系,并把极限塑性应变归一于岩石的临界损伤值,建立了岩石塑性应变损伤模型和本构模型.实验曲线与利用所建立的塑性应变损伤模型计算的应力-应变曲线吻合较好,岩石塑性应变损伤模型能较好地描述岩石整个加载过程中的损伤与应力、应变的关系.并根据岩石塑性应变损伤模型,分析了单轴压缩荷载作用下岩石的应力和应变与损伤的演化规律.     

Constitutive model of rock based on microstructures simulation

The constitutive model of rock can be built by mechanics elements because there are many kinds of damages in rock under varied loads. It is resumed that rock contains many microstructures and a structure of Bingham. The microstructure consists of two embranchments that are the unit of a spring and a gliding slice in series and the unit of a spring and a cementation bar in series, the two units connect each other in parallel. These microstructures are arranged disorderly or in the order of a certain state. A certain distribution of microstructures represents one type of rock. Two kinds of rock＇s constitutive relationship were deduced by using the model. One is the model in which many parallel microstructures and a structure of Bingham connect in series. And it is used to homogeneous rock. The other is the model in which many microstructures and a structure of Bingham connect in series. And it is used to the rock with much crack or microcrack in a certain direction. The two kinds of constitutive relationship were verified by the studied cases. The constitutive model of rock built by using mechanics elements is verified to be reasonable. Moreover, different types of rocks may be described with mechanics elements with different distributions.     

一类初弯曲转子的裂纹-碰摩故障响应分析

摘要: 为了研究裂纹-碰摩耦合故障的一类初弯曲转子系统响应特性,在考虑转轴变形、非线性油膜力与碰摩力作用的基础上,结合由中性轴理论确定的裂纹开闭规律,建立该类故障转子的动力学方程,利用Poincaré截面和分岔图的变化分析初始弯曲程度与裂纹深度对系统振动响应特性的影响.结果表明：含初弯曲时系统振动响应在临界转速附近的混沌区域比无初弯曲时大,随着裂纹深度的增加,混沌区域逐渐缩小;初始弯曲的运动特性在浅裂纹情况下起主导作用,当裂纹深度较大时,系统振动响应随着初始弯曲程度的增大交替出现由周期演变为混沌状态的过程,混沌响应特性也可发生较大变化.     

Chaotic time series prediction for surrounding rock＇s deformation of deep mine lanes in soft rock

Based on the measured displacements, the change laws of the effect of distance in phase space on the deformation of mine lane were analyzed and the chaotic time series model to predict the surrounding rocks deformation of deep mine lane in soft rock by nonlinear theory and methods was established. The chaotic attractor dimension（D） and the largest Lyapunov index（Emax） were put forward to determine whether the deformation process of mine lane is chaotic and the degree of chaos. The analysis of examples indicates that when D〉2 and Emax〉0, the surrounding rock＇s deformation of deep mine lane in soft rock is the chaotic process and the laws of the deformation can still be well demonstrated by the method of the reconstructive state space. Comparing with the prediction of linear time series and grey prediction, the chaotic time series prediction has higher accuracy and the prediction results can provide theoretical basis for reasonable support of mine lane in soft rock. The time of the second support in Maluping Mine of Guizhou, China, is determined to arrange at about 40 d after the initial support according to the prediction results.     

裂纹扩展过程红外热像实验及数值模拟研究

采用花岗岩材料通过红外热像和数值实验的方法,对两预制裂纹导致的岩石中新裂纹孕育、繁衍、萌生、扩展和贯通机制,以及由此引起的试样宏观强度变化等进行分析.通过红外热像遥感观测方法以及数值模拟对7块预制双裂纹的试样进行了实验研究.结果表明,裂纹扩展过程中,脆性破裂的声发射前兆不明显,在主破裂发生之前有小规模声发射现象,但释放的能量不多,只有在主破裂发生时产生大量声发射,特别是岩爆类型的破坏.试样破裂过程中有红外异常现象,在破裂处会出现明显的高温区和高温条带,并指出斑状花岗岩在破裂前主要表现为高温前兆.     

考虑渗透力作用的危岩主控结构面断裂力学求解

危岩失稳的本质是主控结构面在荷载作用下产生的断裂扩展。从宏观力学角度来看,复合型危岩主控结构面受力机理可概括为压剪、拉剪两种形式。通过介绍主控结构面内渗透力的计算模型,应用线弹性断裂力学的最大周向应力准则,建立了在渗透力作用下两种受力形式的危岩主控结构面应力强度因子和断裂角的计算方法。以重庆万州首立山危岩为例计算结果表明,渗透力的存在使得应力强度因子明显增大,并分别就动、静水压力的影响作了分析。     

省道S233线焦作方庄段危岩体特征、成因及其治理

通过调查研究省道S233线焦作方庄段内地质环境条件和所发育危岩体特征,共发现危岩体37处.根据危岩体形成的主控因素,研究区危岩体划分为3段:第一段主控因素为断层;第二段为重力卸荷和人类活动;第三段为两组节理的风化和人类活动.在此基础上,运用模糊综合判定的方法对研究区危岩进行了稳定性和危险性评价,并根据3段内危岩体各自的特征提出了相应的治理方案.     

新疆沙尔布尔山早二叠世卡拉岗组火山岩岩石化学及其构造环境分析

本文通过该区火山岩的岩石化学特征分析和研究，确定了此火山岩的碱性程度为碱性─钙碱性，岩石系列为高铝玄武岩系列，拉斑玄武岩系列及碱性玄武岩系列，求得钙碱指数为52，属张性环境，并且在TAS图上样品落入玄武岩区及流纹岩区，在火山岩DI频率曲线图上表明具有大陆拉张的双峰式特点，并进而得出该区早二叠世卡拉岗组火山岩为双峰式大陆拉张构造环境的结论．