大光包滑坡滑带岩体碎裂特征及其形成机制研究

 大光包滑坡是“5•12”汶川地震触发的最大规模滑坡,滑坡南侧暴露长约1.8 km顺层滑带,其岩体高度碎裂,引起广泛关注,6 a来对此开展了持续研究。在前期工作基础上(工程地质测绘、坑槽探及浅孔钻探(钻孔声波)等),对滑带岩体的碎裂特征进行了充分的揭露和系统的描述,结果表明,滑带发育的地质基础是滑前坡体内部发育的层间剪切错动带。强震过程中,由于靠近发震断层的强烈垂向地震动,从而导致坡体沿相对软弱的层间错动带分离,并产生垂向振冲或夯击效应,导致层间错动带的进一步碎裂化。对滑带的细观分析表明,这种强震滑带碎裂化现象不仅存在,而且还表现出伴随碎裂过程的扩容效应。采用物理模拟和PFC数值模拟,进一步验证了强震过程中滑带的碎裂和扩容过程,揭示其产生的内在机制。研究表明,滑带岩体碎裂化及扩容现象具有特殊的工程地质和岩体力学意义：一方面滑带岩体的进一步碎裂、细粒化从物理上降低了滑带的摩阻力;另一方面,也是更为重要的是,由于滑带的夯击扩容,地下水将强力挤入扩容空间,从而可能激发水击作用机制,导致孔隙水压力激增,滑带抗剪能力急剧降低,从而促使滑坡骤然启动,产生高速滑动。     

不同应力路径下岩桥试验的声发射特征研究

 岩质边坡中岩桥贯通是导致边坡失稳的重要因素,通过开展不同岩桥长度岩样的常规三轴加荷、三轴卸荷以及三轴加卸荷试验,研究在不同应力路径下岩桥贯通破坏过程中的声发射特征,以及围压和岩桥长度对声发射特征的影响。结果表明：岩石压密阶段与线弹性变形阶段声发射事件较少,塑性阶段声发射事件明显增多,破坏阶段声发射计数率、累计能量以及幅值均达到峰值。声发射特征的明显变化可为紧接的岩样破坏提供预警作用,幅值变化较其他指标更为敏感,因此幅值的监测对于各阶段演化以及破坏预警更有效。本试验中,岩桥试样达到峰值强度后不会立即跌落至残余强度,而是出现2次应力跌落,应力跌落均对应声发射特征达到峰值,2次应力跌落中会出现“平静期”或“峰后回升”现象,其声发射特征与塑性阶段相似,但幅值、计数率与累计能量均大于塑性变形阶段,表明在这一阶段岩样裂纹仍以较快速率扩展,最终导致岩桥贯通破坏。不同应力路径下累计能量由大到小依次为：三轴加卸荷、三轴卸荷和常规三轴。随着岩桥长度与围压的增加,声发射计数率峰值和累计能量逐步增长,破坏程度更加剧烈。     

倾斜面上岩体结构面加权节理密度(wJd)的获取

 考虑结构面与观测面间夹角大小修正的岩体wJd指标,理论上能更为合理地评价岩体结构特征;其操作的关键和难点(尤其是在倾斜斜面上),在于两面夹角的确定。基于wJd原始定义,根据结构面迹线侧伏特征,采用其侧伏角、倾角、及其与测面的倾向夹角等实测要素,导出倾斜斜面上wJd指标的等价形式,并探讨各要素所引起的修正精度的误差分析和控制。以此为基础,通过对3个实例的岩体结构精细测量数据挖掘,初步尝试整网法、叠网法、细单元法等取样方式的wJd值求解。与Jv值(条数法)统计类似,其结果以1 m × 1 m细单元的方式平均取值最理想,可缓减迹长差异所引起的分歧。研究表明,倾斜斜面上wJd指标的等价定义严格、数据基础详实,统计结果可靠,为一般方位观测(坡)面上的wJd取值提供了一项理论支撑和推广空间。     

高应力强卸荷条件下大理岩损伤破裂的应变能转化过程机制研究

基于高应力条件下大理岩峰前卸围压试验和能量原理,研究岩样吸收应变能、塑性变形及裂纹扩展耗散应变能、环向变形消耗应变能和弹性应变能储存及释放的能量转化全过程特征,揭示其损伤破裂演化的应变能转化机制。峰前储存的弹性应变能较耗散应变能多,耗散应变能仅在临近峰值强度点附近才明显增加。峰后应力快速跌落伴随着弹性应变能的迅速释放和快速的塑性变形及裂隙扩展所耗散应变能。峰前、峰后应变能转化速率均随卸荷速率的增大而明显增大,特别是峰后转化速率增大得更为剧烈。而初始围压对应变能转化速率的影响与卸荷速率密切相关,快速卸荷时应变能转化速率随初始围压的升高而明显增大,而较慢速卸荷时随围压变化相对不明显,但初始围压增大明显加强峰前弹性应变能储存。峰后弹性应变能释放速率远大于环向变形消耗应变能速率,而吸收的应变能约与耗散应变能基本相等,故高应力强卸荷条件下硬性岩石常表现为近垂直于卸荷方向的张性破裂或劈裂特征,甚至出现岩爆现象。高应力强卸荷条件下大理岩具有峰前快速储存较多弹性应变能和相对较少的损伤耗能,而峰后弹性应变能快速大量释放和耗散,并伴有相对较快速地向卸荷方向的张裂变形消耗应变能的释放与耗散机制。     

强震条件下碎裂岩体崩塌机理及崩塌后壁对堆积体稳定性影响研究

"5·12"汶川地震的强震作用诱发产生了大量崩塌地质灾害,且多发生于碎裂结构岩体中.崩塌后斜坡后缘岩体及前缘堆积体的稳定性和后缘岩体对前缘堆积体稳定性的影响研究同样是震后灾害所面临的问题.以干河沟沟口斜坡为例,在分析该斜坡结构特征及崩塌机理的基础上,采用二维离散元软件UDEC模拟了斜坡在天然或强震条件下的稳定状态和可能失稳过程;运用极限平衡法对陡壁岩体再次崩塌,产生新物质堆载在现有崩塌堆积体后缘前、后分别建立模型进行了稳定性分析.研究结果表明:碎裂岩体崩塌过程可分为应力重分布、潜在崩塌体形成和地震诱发崩塌3个阶段.崩塌堆积体在考虑后缘堆载作用之前,在天然或地震环境下均处于相对稳定状态,考虑堆载作用之后,其可能会在地震条件下失稳.离散元法和极限平衡法的组合使用,对于解决同类斜坡的同类问题切实可行.     

缓倾煤层采空区滑坡形成机制数值模拟研究

以贵州都匀马达岭滑坡为例,采用离散元方法,研究了缓倾煤层采空区滑坡的变形发展过程,提出了该类矿区滑坡防治建议。研究结果表明:采空区顶板塌陷导致上覆岩层弯曲-沉陷,地表产生沉降变形,同时采空区边界部位产生倾倒式拉裂,在地表形成深大拉裂;采空区上部岩体沉陷变形导致坡脚部位岩层往坡外剪切滑移;中部滑面沿变形后倾向坡外的层面和陡倾节理组合形成阶梯状滑面。滑坡形成机制可概括为由采空区顶板变形引发的阶梯状蠕滑—拉裂—剪切滑移式滑坡。缓倾煤层采空区滑坡的防治应从防止采空区顶板塌陷入手,通过回填矸石或加强顶板的永久支护来防治采空区上覆坡体的变形。     

四川汶川8.0级地震地表破裂与震害特点

 2008年5月12日四川汶川8.0级地震发生在青藏高原东缘的龙门山构造带上。通过野外实地调查与测量发现,汶川8.0级地震的地表破裂发生在龙门山构造带中的北川—映秀断裂之映秀南西—平武南坝石坎子段,彭县—灌县断裂的都江堰向峨—安县桑枣段也同时发生了同震地表破裂。北川—映秀断裂上的地表破裂长约220 km,表现为逆冲–右旋走滑运动特征,最大同震位错在6 m左右,水平与垂直位错量大致相当,与先期的研究成果一致;彭县—灌县断裂上的同震地表破裂长约100 km,表现为右旋–逆冲运动特征,最大垂直位错在2 m左右,水平与垂直位错量之比为1∶1～1∶3。地震地表破裂的空间分布及同震位错特征表明,汶川8.0级地震系北川—映秀断裂的逆冲–右旋运动所导致,并同时牵动了彭县—灌县断裂发生同震地表破裂。地震灾害的特点主要表现为地震波导致的强地面运动破坏、地震地表破裂带直接撕裂、地震导致的次生地质灾害(如崩塌和滑坡等)摧毁或掩埋建(构)筑物和堰塞湖等。根据地震考察资料并参考InSAR和强震仪记录,勾绘的该次地震等震线长轴方向沿龙门山构造带呈N40°～50°E方向延伸,出现了3个XI度的破坏区,具单侧多点瞬间破裂的典型特征,导致了四川北部、甘肃和陕西南部地区灾害较正常地震衰减破坏的显著加重。     

某水电站高边坡煤系软弱结构面流变特性试验研究

 针对坝区开挖高边坡煤系地层软弱结构面的发育特点,设计和开发饱水条件,软弱结构面剪切流变试验装置,系统开展高边坡煤系地层中软弱结构面的时效变形特性研究,尤其是通过长达近1 a的流变力学试验,应用Burgers流变本构方程,建立各种类型软弱结构面的综合时效本构方程,获取坝区煤系地层软弱结构面的长期强度参数。剪切流变试验结果表明,饱水状态下软弱结构面长期强度参数c值为57～160 kPa,j值为12°～18°,比利用携剪试验所获得的软弱结构面饱水快剪强度参数折减约60%。研究结果为水库蓄水运行期的边坡安全反馈分析、变形机制、边坡加固防治对策的采取及支护设计优化提供重要的理论依据,也为类似工程边坡软弱结构面提供具有参考价值的本构模型。     

非饱和低渗透黏土非线性渗流定律与固结

该文分析了渗流实验结果,得出:非饱和低渗透黏土渗流遵循具起始水力梯度的非线性渗流定律.考虑到在非饱和黏土中气相在含水饱和度大于90%时不能独立运动,基于该非线性渗流定律,分别建立了非饱和黏土定流量单向非线性渗流、定压单向非线性渗流、定流量径向非线性渗流固结数学模型.以黏性边界层思想,构造出了上述数学模型解的结构,以积分方程法,导出了非饱和低渗透黏土非线性渗流平均质量守恒方程、活动边界运动方程、压力分布与平均固结度计算公式.进行了实例计算分析,结果表明:与线性渗流相比,非线性渗流使黏土层同一位置处的无量纲超孔隙水压力增大,使非饱和低渗透黏土固结活动边界运动速度减小、使定流量单向渗流平均固结度增大.该文结果可用于非饱和低渗透黏土地质工程与岩土工程等领域.达西渗流固结计算是具有起始水力梯度的非线性渗流固结计算的特例.     

岩土工程信息技术应用（上）

１概述 岩土工程是把岩体和土体作为建设环境、建筑材料和建筑物组成部分,进而研究其合理利用、整治、改造的综合性应用学科,也是一门理论与实践性都很强的新兴学科。它是由岩土工程勘察、设计、施工、治理、监测、环保评定等组成的一个完整技术体系。人类历史虽然已进入２１世纪,但岩土工程作为一门学科才只有二三十年的历史,然而其发展却十分迅速。现代岩土工程的业务范围很广,主要有基础工程、地基处理工程、土石方工程、地下工程（隧道、洞室）、土结构物、地质病害处理、环境地质工程、地震地质等等,凡是与岩土、地质有关的建设…