河谷区采空诱发缓倾岩质斜坡变形破坏模式研究

为研究采空区变形对河谷区岩质斜坡变形破坏过程的影响,以贵州省清镇市小二岩斜坡为研究对象,运用底摩擦物理模型试验,将物理模型分别设置为预制裂隙组和无预制裂隙组,研究采空区变形影响下岩质斜坡破坏过程,并探讨该类斜坡的变形破坏模式。初步研究发现:(1)两组试验共同点是由于采空区导致小二岩斜坡出现变形,小二岩斜坡为缓倾上硬下软型结构,采空区上覆顶板在重力作用下发生弯曲变形导致采空沉陷。(2)无预制裂隙组模型总的变形演化过程为采空沉陷-坡体中产生拉裂缝-裂隙拓展延伸至坡顶。(3)预制裂隙组模型总的变形演化过程为采空沉陷-卸荷裂隙贯通至坡脚-发生滑塌。(4)分析认为在对斜坡体预制卸荷裂隙后,卸荷裂隙对于斜坡的变形模式有较大影响,小二岩斜坡变形破坏的地质力学模式可分为表生改造和拉裂-滑塌(或拉裂-倾倒)2个阶段。     

地震作用下岩质斜坡破坏机制研究

以地震作用下的非贯通节理岩质斜坡为研究对象,利用大型有限元软件ANSYS建立数值模型。数值模拟结果表明:地震作用下非贯通节理岩质斜坡的稳定系数受结构面的长度、密度、贯通率、展布方向等因素影响;节理面的位移放大效应和变形积累效应明显;岩桥的破坏在地震初期比较剧烈,之后在地震作用下继续发生破坏,在经过地震波波幅较大的波段后,斜坡的变形破坏才稳定下来;地震作用下,岩桥内部应力波动剧烈,拉剪共同作用导致了岩桥的最终破坏;层间节理位移和层间摩擦应力分布很不均匀,不同位置的节理的动力响应也有较大不同。     

地震荷载作用下含节理岩质边坡的破坏机理

以汶川地震为背景,采用UDEC数值模拟,以什邡八角镇实测的"5.12"汶川地震波作为原始波形,对地震荷载作用下,含一条节理面岩质边坡滑移、拉裂破坏的过程进行了研究。结果表明:岩石边坡破坏模式为块体沿节理面的滑移破坏,并伴随着上方岩体拉裂破坏;节理刚度主要影响边坡前期相对位移大小及塑性区的产生,其后期拉裂区的扩展模式基本是一致的;节理面倾角较小时,边坡岩体仅在节理与坡顶、坡面交叉区域产生小范围的拉裂破坏,随着倾角的增大,边坡的相对位移及拉裂塑性区都显著增大。     

陡倾顺层岩质斜坡动力倾倒变形机理研究

通常认为顺层岩质斜坡动力变形破坏以滑移—拉裂、滑移—弯曲模式为主,但是通过现场调研发现,在陡倾顺层斜坡中存在一类特殊的动力变形破坏方式——倾倒变形。为了得出该类型斜坡动力倾倒变形机理,以四川汶川县水磨沟陡倾软硬相间顺层斜坡在"5.12"汶川地震作用下失稳为例,在充分总结滑坡区工程地质条件和分析其动力破坏特征后,利用二维离散元数值模拟方法开展研究。结果表明:在地震荷载作用下,在斜坡表面PGA放大系数随着高程的增加总体表现节律性变化,在坡肩呈现峰值;斜坡失稳机理为坡内软岩和硬岩差异式拉剪破坏导致层面抗剪强度急剧降低,岩土体沿优势层面下滑;由于坡体下部岩层锁固作用,坡体向下滑动受阻,坡脚附近岩土体翘曲隆起,而坡顶震裂松弛岩土体在巨大地震惯性力下沿优势结构面滑动剪出过程中,受坡肩"关键块体"阻挡而向临空面发生倾倒变形,整个斜坡发生滑移—下部弯曲—上部倾倒式失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。     

层理压剪特性及裂纹沿层与穿层破坏数值模拟及其机理研究

针对岩石工程中的节理缺陷,基于统计损伤理论,对含裂隙及层理情况下的小尺寸试样进行了单轴压缩数值模拟。结果表明: 不含预制裂纹的节理模型裂隙顺着节理产生,含裂隙及节理模型裂隙沿预制裂纹尖端及节理产生,仅含预制裂隙模型裂隙沿预制裂纹尖端产生; 节理倾角较小时,节理发生剪切破坏,预制裂隙的翼裂纹主要发生穿层破坏,节理倾角较大时,节理发生拉伸破坏,预制裂纹的翼裂纹主要发生沿层破坏,且靠近预制裂纹的节理破坏更加剧烈; 随着节理倾角的增大,峰值荷载先减小后增大,当节理倾角为 45°时试样的峰值荷载最小,含预制裂纹及节理下的模型峰值强度最低,仅含节理的模型峰值强度较大,仅含预制裂隙下的模型峰值强度最高。基于声发射规律推导了层理压剪损伤过程的本构方程,结合数值模拟结果,得到加载过程中岩样的损伤变化一共分为四个阶段,即线弹性变形阶段、裂纹萌生阶段、裂纹加速扩展阶段及损伤平稳发展阶段。同时,讨论了层理裂隙沿层及穿层破坏的理论解释,认为层理抗拉强度及倾角是影响裂隙的沿层及穿层破坏的关键因素。     

层理压剪特性及裂纹沿层与穿层破坏数值模拟及其机理研究

针对岩石工程中的节理缺陷,基于统计损伤理论,对含裂隙及层理情况下的小尺寸试样进行了单轴压缩数值模拟。结果表明:不含预制裂纹的节理模型裂隙顺着节理产生,含裂隙及节理模型裂隙沿预制裂纹尖端及节理产生,仅含预制裂隙模型裂隙沿预制裂纹尖端产生;节理倾角较小时,节理发生剪切破坏,预制裂隙的翼裂纹主要发生穿层破坏,节理倾角较大时,节理发生拉伸破坏,预制裂纹的翼裂纹主要发生沿层破坏,且靠近预制裂纹的节理破坏更加剧烈;随着节理倾角的增大,峰值荷载先减小后增大,当节理倾角为45°时试样的峰值荷载最小,含预制裂纹及节理下的模型峰值强度最低,仅含节理的模型峰值强度较大,仅含预制裂隙下的模型峰值强度最高。基于声发射规律推导了层理压剪损伤过程的本构方程,结合数值模拟结果,得到加载过程中岩样的损伤变化一共分为四个阶段,即线弹性变形阶段、裂纹萌生阶段、裂纹加速扩展阶段及损伤平稳发展阶段。同时,讨论了层理裂隙沿层及穿层破坏的理论解释,认为层理抗拉强度及倾角是影响裂隙的沿层及穿层破坏的关键因素。     

直立岩质切向边坡岩体原位直剪试验研究

针对岩质切向边坡发生剪切破坏时其剪切面难以预测,同时在强风化作用下造成岩体性质差异使得岩体强度参数难以准确获得的问题,本文以遵义市花台坡高边坡为工程背景,开展直立岩质切向边坡岩体原位直剪试验研究。得出切向边坡岩体剪切过程受到走向与坡向垂直的结构面控制,剪切面首先沿此方向上的节理裂隙扩展,硬岩剪切过程中剪切面呈现"台阶"型破坏面,粗糙度小;较硬岩剪切破坏面呈现"波浪"型,起伏剧烈,粗糙度大;软岩发生整体剪断,剪切面较为平整;而含贯通性倾坡外结构面的岩体则沿结构面发生剪切破坏,剪切面顺直平滑。与室内三轴试验对比后发现,现场原位直剪试验结果很好地反映了工程实际情况,特别是对于薄层软硬相间的岩体,能提供更为准确的岩体强度参数。     

采空区位置对高陡硬质岩斜坡变形影响研究

地下采矿是影响斜坡变形的因素之一,采空区的位置影响斜坡变形程度。通过对3个采动斜坡坡体结构和采空区位置进行总结分析,并以永晟煤矿为研究对象,采用颗粒流软件(PFC^2D)模拟2次开采形成采空区的过程,研究了采空区右侧边界距坡肩不同距离D（向坡内为负）对高陡硬质岩斜坡变形的影响。研究结果表明：采空区覆岩沉降曲线近似“U”型,随着D的增大,沉降范围先不变后扩大,覆岩面向临空面的横向变形更明显,且覆岩受扰动范围逐渐增大;随着第二次开采的进行,陡崖部位岩体迅速变形,D>-50 m时陡崖部位岩体产生的变形远远大于D≤-50 m时产生的变形。研究提出永晟煤矿后续开采应满足D<-50 m,同时为此类高陡硬质岩斜坡下的开采区间提供参考依据。     

考虑围压效应的块状节理岩体变形破坏数值模拟

节理岩体变形模量是深部岩体工程设计及稳定性分析的重要设计参数,开展围压对节理岩体变形特征及破坏形态的研究具有重要意义。采用离散元数值模拟与室内试验测试相结合的研究方法,开展不同围压条件下含两组预制节理的块状节理岩体三轴压缩变形破坏数值模拟研究,主要结论如下：（1）块状节理岩体的变形模量随着围压的增大而增大,当围压超过4 MPa时,变形模量的变化趋于平缓;（2）块状节理岩体的破坏模式分为两种：一是产生沿着已有节理面的滑动破坏;二是产生穿过整个岩体的剪切破坏,且随着围压的增大,块状节理岩体的破坏模式由节理滑动破坏向岩块剪切破坏转变;（3）对于1+2、2+3、3+5和5+7块状节理岩体模型,发生破坏模式转变的围压分别为0.5、1.0、4.0和4.0 MPa。     

红层缓倾岩质斜坡地下水作用机制及稳定性分析

强降雨条件下地下水作用对川东缓倾岩质滑坡大规模的爆发起到关键作用。以川东典型红层缓倾岩质斜坡为例,通过现场调查和数值模拟等方法分析地下水渗流规律,并从地下水的物理作用和力学作用两方面研究其变形破坏机制。研究结果表明:地下水在层状和块状岩体斜坡中主要是通过原生层面和节理裂隙运移,孔隙水压力主要集中在斜坡后缘,靠近前缘水压力逐渐降低。川东缓倾岩质滑坡是在地下水的静水压力和物理软化泥化共同作用的结果,降雨入渗形成的水平推力、扬压力及软弱结构面强度的降低导致滑坡的启动;其形成演化过程可分为:1结构面形成与贯通阶段;2泥岩夹层软化阶段;3强降雨启动破坏阶段。     

小湾水电站枢纽区工程地质条件

小湾工程枢纽区地震地质条件复杂，地震基本烈度为Ⅷ度。坝址区地层呈单斜构造。横河展布。陡倾上游，岩性主要为黑云花岗片麻岩、角闪斜长片麻岩。两岸山体雄厚，地下水丰富，埋藏较浅；崩塌作用普遍；卸荷作用强烈，边坡稳定条件较差。岩体中高岭土化蚀变现象较普遍，陡倾角破裂结构面发育，且分布有顺坡中缓倾角节理，存在坝基(肩)抗滑和变形稳定问题。工程区属中高地应力区，地下洞室埋藏深度大，围岩以微风化一新鲜岩体为主，总体稳定条件较好。     

夹岩工程硬脆灰岩力学特征及数值试验研究

针对贵州省夹岩水利枢纽工程引水隧洞灰岩开展高围压三轴力学试验,结合声发射测试技术,探讨灰岩在达到峰值应力前的力学特性和裂纹发展规律,并利用自主开发的CASRock数值模拟软件进行了验证.试验结果表明:工程处灰岩在5～ 70 MPa围压作用下形成单一宏观剪切裂缝,无分支裂缝产生,峰后阶段具有明显的脆性特性,同时弹性模量和...     

具有复杂变形特征的倾倒变形岩体分带及稳定性

倾倒变形是河谷地区层状岩质边坡一种典型的变形破坏方式。星光三组倾倒变形岩体位于溪洛渡水电站库区,变形体范围内地层从寒武系筇竹寺组至志留系连续分布,碎屑岩与碳酸盐岩表现出复杂的倾倒变形特征。为全面评价变形体的稳定性,借鉴《水力发电工程地质勘察规范》,建立倾倒变形分带标准并确定各带的岩体质量级别;在此基础上,综合各类岩体的岩石室内试验成果和坝基岩体力学参数经验值,采用工程类比方法确定出各变形带不同岩性的物理力学参数;选取岸坡强变形区,运用极限平衡方法进行稳定性计算,其结果与蓄水后岸坡表现出的变形迹象吻合。研究结果对倾倒变形岩体的稳定性评价有一定的借鉴意义。     

大型抽水蓄能电站地下厂房围岩变形时效特征和反馈分析

丰宁抽水蓄能电站地下厂房洞室群的施工期围岩变形具有量值大、时效特征明显、不同深度围岩均可能发生变形的特点。为研究该地下厂房围岩变形时效特征,基于工程地质条件和监测数据,开展围岩变形机制研究。分析结果表明:地下厂房围岩变形的分布特征和时效特性,既与围岩在开挖卸荷后所出现的岩体质量下降、围岩强度减小、岩体蚀变现象有关,也与围岩内存在节理裂隙或断层等不连续地质结构在开挖卸荷作用下易发生张开或错动有关。采用由伯格斯流变模型与带拉伸截止限的摩尔-库伦塑性屈服准则组合而成的复合黏弹塑性模型,进行围岩流变力学参数反演,获得了与监测值吻合较好的围岩变形和变形时程曲线计算结果。根据洞室群围岩开挖支护稳定性分析结果,可知截至主厂房第V层开挖支护完毕,洞周围岩局部变形和塑性区深度均较大,且塑性区贯穿主厂房和主变室洞间岩柱,围岩稳定性总体较差。因此,主厂房在第V层开挖完毕后暂停继续下挖,专门进行洞室群的系统性加强支护是必要的。     

茨哈峡水电站Ⅵ号变形体破坏机制及稳定性分析

阐述茨哈峡水电站Ⅵ号变形体发育的地质环境,描述该变形体的主要特征:岩层倾角自岸坡水平向里由缓变陡;倾倒、弯曲、拉裂变形显著;弹性波速较低;变形体坡面岩体破碎并经常发生垮塌破坏现象;坡顶发育大型拉裂槽及多达几十条的反向错坎裂缝。根据这些特征,运用地质力学分析法及有限元概念模型阐明了变形体的形成机制。通过有限元对地质原型的模拟研究,进一步验证了该变形体的各种变形破坏现象。     

巴基斯坦N-J水电站地下厂房边墙变形分析

巴基斯坦N-J水电站地下厂房围岩岩性为软硬相间的砂岩与泥(页)岩，围岩类别以Q4为主，且节理裂隙发育；尾水闸门操作室设在主厂房内，局部形成大跨度的洞室，施工开挖过程中下游边墙产生较大的变形。经分析，厂房布置不合理是变形大的主要原因，而地质条件差则是控制因素，加剧了变形的发展。通过调整开挖次序和增强支护措施，围岩已趋于稳定。     

基于声发射和高斯混合模型的灰岩破裂特征识别研究

通过单轴压缩条件下灰岩破裂过程的声发射试验研究,利用高斯混合模型(GMM)对加载过程声发射信号波形特征进行深入分析,探索性识别灰岩破裂失稳过程的裂纹模式及其前兆特征。分析结果表明,灰岩在单轴加载过程中先后主要存在张拉和剪切两种破裂模式。其中,张拉破裂的声发射信号波形特征在AF-RA坐标空间呈现低A_F值、高R_A值分布;剪切破裂的声发射信号波形特征在AF-RA坐标空间呈现低R_A值、高A_F值,且随着应力的增加分布中心向A_F轴靠拢。GMM分析结果揭示了灰岩在整个应力加载过程中以张拉裂纹为主,在加载前中期几乎全为张拉裂纹,临近破坏阶段过渡到剪切破坏为主。剪切裂纹所占比例的最大值出现在(0.8～0.9)σ_c阶段,也是AF-RA坐标轴分布呈现最大A_F值时。研究结果可为预测早期灰岩破裂失稳提供参考,同时为深入研究识别岩石破裂失稳前兆信号特征提供了一种分析方法。     

引江济淮工程软岩及膨胀土边坡锚固现场试验

引江济淮试验工程河道边坡存在膨胀土及软岩,考虑耐久性引入GFRP锚杆加固边坡。为了比较GFRP锚杆和钢筋锚杆的锚固效果,开展现场水位升降试验,观测相同地质条件、不同加固方式下锚杆荷载和边坡位移差异。结果表明:GFRP筋和钢筋框架锚杆加固河道边坡时,水位升降导致的边坡位移相近且均小于2.2 mm,锚杆应力峰值远小于各自抗拉强度,两种锚杆的锚固效果相近;GFRP锚杆承担荷载小于钢筋锚杆,且无水期荷载表现更稳定;在无锚固条件下,水位升降10 m仅影响边坡1 m深度内的软岩,加长锚杆对提高软岩边坡稳定性无明显作用;水位骤降时,5 m长GFRP无框架锚杆应力和加固区边坡位移增量分别为1.21 MPa和1.38 mm,而8 m长GFRP框架锚杆应力和加固区边坡位移无明显变化,框架锚杆加固形式效果显著占优。具有低模量特征的GFRP锚杆与膨胀土和软岩具有较好的变形协调性,控制相同变形量需要承担的荷载较小,更有利于边坡耐久性。     

青川县东山斜坡地震动力响应数值验证

岩质边坡地震动力响应分析对于防灾减灾极为重要,但是以往研究大多仅考虑地形因素影响,鲜有成功定量分析边坡动力响应分析的报道。为此,在充分考虑地形效应的基础上,试图探索以数值方法在考虑结构面因素的情况下,定量分析岩质边坡动力响应的可行性。选取一种离散方法——非连续变形分析(DDA)作为数值分析方法,结构面效应通过改变结构面处DDA罚弹簧值实现,将水平向和竖直向地震荷载同时输入至模型中。计算结果表明,在阻尼选择合理的情况下,DDA能够准确反应水平向放大系数,而竖向只能定性吻合;广泛分布的结构面会由于降低岩层的等效阻抗,增加与周围岩层的阻抗差进而影响边坡动力响应结果,影响程度在40%～70%。另外,结构面产状会使边坡动力响应出现较强的各向异性,而这也是传统基于连续介质力学的数值方法难以反映的现象。本研究结果验证了结构面效应,同时证实了DDA能够准确地反映和验证边坡水平向地震动力响应关系,对岩质边坡抗震设计具有重要意义。