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岩石力学与工程学报 2019年第10期38卷 1954-1963页

作者：郑达王沁沅毛峰苏杭成都理工大学环境与土木工程学院

以古水水电站坝前倾倒变形体为研究对象,基于地质认识及相似理论建立边坡物理模型,采用预制模块、分级开挖的方式模拟河谷下切作用。通过5阶段离心模型试验,揭示在重力作用下反倾层状岩质边坡深层倾倒变形关键致灾因子及成灾模式。研究... 详细信息

以古水水电站坝前倾倒变形体为研究对象,基于地质认识及相似理论建立边坡物理模型,采用预制模块、分级开挖的方式模拟河谷下切作用。通过5阶段离心模型试验,揭示在重力作用下反倾层状岩质边坡深层倾倒变形关键致灾因子及成灾模式。研究结果表明:(1)反倾层状岩质斜坡深层倾倒变形的发生、发展至破坏要经历漫长的地质历史时间,其能量和变形的积累是一个较长的过程,而变形的加剧与外界条件(如开挖、地震等)的变化密切相关。(2)岩性条件(相对软弱的岩体)、结构条件(合适的层厚与倾角)与外界条件(河谷下切或者坡脚开挖)等是发生深层倾倒变形的关键因子,而临空条件是深层倾倒变形破坏的关键致灾因子。(3)深层倾倒变形在经历多次河谷下切(多级开挖)作用后内部可能会形成多处深度不一的弯折带,且弯折带由坡脚至下而上渐进贯通,最终成为边坡破坏边界,弯折带的发展和贯通可能造成边坡发生沿弯折带的整体剪切破坏。

关键词：边坡工程离心模型试验深层倾倒变形关键致灾因子成灾模式

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反倾层状岩质边坡深层倾倒变形关键致灾因子及成灾模式研究

反倾层状岩质边坡深层倾倒变形关键致灾因子及成灾模式研究

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作者：王沁沅成都理工大学

学位级别：硕士

在重力的作用下,在强度低、单层厚度小的岩体形成的反倾层状边坡中,岩体会发生向临空方向的弯曲变形,形成深度较大的倾倒变形,即深层倾倒变形。此类变形发育时间长、岩体倾倒深度大,最终会形成大规模的地质灾害。开展深层倾倒变形演化... 详细信息

在重力的作用下,在强度低、单层厚度小的岩体形成的反倾层状边坡中,岩体会发生向临空方向的弯曲变形,形成深度较大的倾倒变形,即深层倾倒变形。此类变形发育时间长、岩体倾倒深度大,最终会形成大规模的地质灾害。开展深层倾倒变形演化的研究,分析深层倾倒变形关键致灾因子及成灾模式,对全面了解深层倾倒变形的产生机制及演化规律具有指导意义。因此,本文收集了典型深层倾倒变形边坡相关资料,分析了深层倾倒变形影响因子。在野外调查及资料收集的基础上,以澜沧江古水水电站坝前倾倒变形体为研究对象,通过室内离心模型试验与离散元数值模拟软件,模拟了自然条件下反倾边坡在河谷下切作用下的变形演化过程,研究了深层倾倒变形的关键致灾因子及成灾模式。取得的研究成果如下:(1)阐述了深层倾倒变形工程地质模型。对于深层倾倒变形体,可根据相关指标(岩板倾倒角、层内最大拉张量、层内单位拉张量、岩体的卸荷变形、岩体的风化程度、纵波波速、岩体变形特征)将深层倾倒变形体划分为四个区域:极强倾倒变形A区、强倾倒变形B区(强倾倒变形上段B1区、强倾变形下段B2区)、弱倾倒变形C区、原岩D区。(2)结合典型深层倾倒变形边坡相关资料,将深层倾倒变形影响因子归纳为孕灾背景因子、致灾诱发因子两类。孕灾背景因子包括地质环境、地层岩性、边坡坡脚、岩层倾角,致灾诱发因子包括临空条件、地震、蓄水、降雨、人工扰动。利用离散元数值分析,得到临空条件是深层倾倒变形关键致灾因子。(3)以澜沧江古水水电站坝前倾倒变形体为研究对象,采用预制试块、逐级开挖的方式模拟自然条件下河谷下切作用,通过5阶段边坡室内离心模型试验,研究了深层倾倒变形的成灾过程,结果表明:(1)反倾层状岩质边坡深层倾倒变形的产生及发展过程可分为线性变形阶段、加速变形阶段、稳定变形阶段;(2)在深层倾倒变形的发育过程中,坡体内部能够形成多级弯折带,弯折带的发育及贯通会影响边坡的最终演化;(3)临空条件是深层倾倒变形的关键致灾因子,其影响着反倾边坡的变形模式、变形范围、岩体变形特征;(4)反倾边坡深层倾倒变形的成灾过程可概化为:岩层倾倒弯曲–多级弯折带形成–岩体沿某级弯折带剪切失稳。(4)选择与室内离心试验相同的地质剖面,通过离散元软件模拟了古水水电站坝前倾倒变变形体的演化过程,研究了边坡临空面角度与岩体倾倒变形程度及变形破坏模式的关系,通过选择定量指标(边坡变形特征、岩体结构特征、宏观破坏迹象)及定性指标(最大倾倒角、后缘拉裂缝长度、层内最大拉张量)对数值计算结果进行分析,得到了岩体倾倒程度、岩体倾倒折断深度与开挖角度的关系,通过定量指标统计得到了岩层最大倾倒角、后缘拉裂缝长度、层内最大拉张量、最大倾倒折断深度随开挖角度的回归关系,选用岩层最大倾倒角、后缘拉裂缝长度、层内最大拉张量和开挖角度,建立边坡深层倾倒变形成灾模式表。

关键词：深层倾倒变形离心模型试验关键致灾因子成灾模式

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河谷下切过程中陡倾层状岩体深层倾倒形成机理及演化过程 ——以古水水电站坝前深层倾倒变形体为例

河谷下切过程中陡倾层状岩体深层倾倒形成机理及演化过程 ——以...

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作者：张银成都理工大学

学位级别：硕士

深层倾倒破坏是我国西南深切河谷地区陡倾层状岩体中一种常见的不良地质现象。因其规模巨大,存在进一步演化成大型滑坡的可能性,常常对邻近区域的生产建设活动构成威胁。但其形成机理、演化过程及其与该地区大型河流的演化过程的关系等... 详细信息

深层倾倒破坏是我国西南深切河谷地区陡倾层状岩体中一种常见的不良地质现象。因其规模巨大,存在进一步演化成大型滑坡的可能性,常常对邻近区域的生产建设活动构成威胁。但其形成机理、演化过程及其与该地区大型河流的演化过程的关系等仍需要进一步探索和研究。本文以澜沧江上游古水水电站的坝前深层倾倒变形体为例,对其倾倒变形、破坏特征进行了详细地调查和研究,在此基础上,采用物理模拟、数值模拟等手段对其形成机理、演化过程进行了深入地探索和研究,取得了以下主要成果:(1)调查结果显示,深层倾倒变形体主要发育在澜沧江上游古水水电站坝前上游河段纵向谷左岸,高程2100-2600m范围内。倾倒变形岩体最大深度超过150.3m,顺河方向长度超过1公里,总方量约为6×10～6m3。岩体倾倒程度随高程变化呈现以下特征:高程2100m以下岩体几乎没有产生倾倒变形;高程2100-2300m范围内,岩体倾倒程度随高程增加而逐渐增大;高程2300m以上,岩体倾倒程度随高程增加而逐渐减弱。(2)深层倾倒变形体内结构面发育密度较高,多为顺层或沿原软弱结构面发育;地表岩层倾角随高程不同而出现变化(区域内原始倾角约为75-85°),高程2100m以下,河床以上,岩层倾角约为60-85°;在岸坡中部高程2100-2300m范围内,岩层倾角约为20-50°;在岸坡上部高程2500-2600m范围内岩层倾角约为52-62°;深层倾倒变形体内发育有多个倾倒折断带,平硐内岩层倾角在倾倒折断带附近出现急剧波动。(3)根据研究区深层倾倒变形体的具体发育特点,以岩层倾角、倾倒折断破碎带发育情况、卸荷程度、纵波波速这四个因素作为分级依据,将深层倾倒变形体分为极强倾倒、强倾倒、弱倾倒三个等级。(4)第四纪以来,研究区澜沧江下切了600m以上,尤其是从高程2300m至现今河谷经历一个快速的下切过程,形成了两岸陡峻的河谷地貌。这种地形地貌条件为区内陡倾层状岩体的倾倒变形和破坏提供了良好的外部条件。区内岩层呈反倾陡立状,层面走向基本与坡面一致,岩层厚度在2-20cm之间,构造演化过程中强烈的挤压作用,使得岩体变质作用较明显,从而使得区内岩体呈现出典型的薄层-中厚层层状结构,岩层力学性能表现出明显的各向异性特点,这是区内发育深层倾倒变形、破坏的内在因素。(5)河谷快速下切导致两岸斜坡应力场出现强烈重分布,河谷下切导致的卸荷作用,进一步破坏了岩体结构,在岩体内形成大量卸荷破裂现象。因此在河谷两岸形成较大深度的应力松弛区,使得河谷应力在水平方向上可以划分为三个区,即应力松弛区、应力集中区和原岩应力区。在松弛区内,岩体应力主要受重力场控制。这是促使区内陡倾层状岩体出现深层倾倒变形、破坏的重要原因之一。(6)区内深层倾倒变形是河谷下切过程中长期地质作用的结果,是岩体伴随河谷下切在重力长期作用下的产物。其演化过程可概括为:在河谷早期发育阶段,卸荷作用和应力重分布在河谷两岸形成一个相对深度较浅的应力松弛带,促使松弛带内的陡倾层状岩体在重力作用下向临空方向产生一定程度的倾倒变形;伴随河谷的进一步下切,河谷两岸的应力松弛带进一步向深部和低高程扩展,从而在河谷形成一个更大范围和更大深度的应力松弛带,促使陡倾层状岩体的倾倒变形向深部和斜坡下部进一步扩展。

关键词：深层倾倒变形河谷下切岩体卸荷松弛物理模拟数值模拟

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色通变形体深层倾倒演化机制研究

色通变形体深层倾倒演化机制研究

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作者：陈柯宇成都理工大学

学位级别：硕士

深层倾倒变形是我国西南地区深切河谷内的一类典型斜坡破坏模式,其在时空上的演化规模大、机制复杂,最大变形深度能超过200m,是威胁附近水电建设的潜在因素。通过地质调查探明斜坡的岩体结构和倾倒变形特征。基于岩体结构特征与河谷演... 详细信息

深层倾倒变形是我国西南地区深切河谷内的一类典型斜坡破坏模式,其在时空上的演化规模大、机制复杂,最大变形深度能超过200m,是威胁附近水电建设的潜在因素。通过地质调查探明斜坡的岩体结构和倾倒变形特征。基于岩体结构特征与河谷演化历史,开展双轴卸荷试验探究了河谷下切条件下岩体的变形机理。在斜坡倾倒变形特征研究的基础上,借助离散元数值模拟研究了深层倾倒变形的演化过程。在物理试验和数值模拟的基础上归纳总结深层倾倒的演化机制。研究内容及研究成果如下: (1)查明了斜坡的岩体结构特征。斜坡主要发育反倾坡外的薄层夹中厚层结晶灰岩,发育一组倾坡外的结构面,岩层内多有顺层的辉绿岩脉、大理岩蚀变岩脉和断层发育。 (2)色通变形体局部倾倒变形特征明显,主要分为层间剪切错动、层间张拉破裂、切层张-剪破裂、折断-坠覆破裂、剪切-滑移五类。通过3个定量评价指标和3个定性评价指标,将倾倒变形体划分为松动岩体、强倾倒岩体、弱倾倒岩体、完整岩体,并在空间上建立了相应地质模型。 (3)通过物理试验分析了卸荷条件下反倾层状岩体的变形机理:(1)由于卸荷条件的不同,深部的岩体在剪应力作用下以层间错动为主,表层的岩体在张剪复合应力的作用下发生明显的层间、层内的剪切错动和层内的张拉破裂;(2)不同的岩性组合,会加剧岩体的层间错动,并促使岩体向软弱一侧变形(3)想较卸荷方式和岩性组合,原结构面对岩体变形模式影响不大。 (4)通过离散元数值模拟分析了深层倾倒变形的3个阶段:(1)卸荷阶段:岩体向垂直方向卸荷,层间发生剪切错动;(2)倾倒弯曲阶段:随着河谷下切,卸荷量增加,在拉应力和重力的影响下,斜坡表层岩体开始向临空面方向弯曲;(3)深层倾倒阶段:斜坡弯折带发育到较深的位置,受水平剩余应力和岩体自身力学性能影响,岩层表现出较大弯曲后仍未出现整体的弯折和剪切滑移到特征。 (5)分析了斜坡倾倒演化机制,包括:斜坡深层倾倒的形成条件、力学机制以及演化规律。在悬臂梁模型中加入河谷下切这一控制因素,并建立了相关的倾倒弯曲折断判断公式。总结了深层倾倒变形的演化过程:卸荷回弹,层间错动阶段;倾倒弯曲,层间张拉阶段;深层倾倒,岩层整体柔性弯曲阶段。

关键词：河谷下切深层倾倒变形卸荷试验演化机制

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