顺层震裂斜坡降雨触发灾变机制及稳定性分析——以三溪村滑坡为例

 震裂斜坡作为震后灾区潜在的高危地质灾害承载体分布广泛,尤其在雨季突发失稳的现象突出。针对该类灾害,以三溪村滑坡为例,通过现场详细调查,采用Seep模块探寻降雨作用下斜坡的水响应规律,并通过室内试验获取不同条件下的强度参数。在此基础上,对降雨触发型震裂斜坡变形破坏的机制模式进行归纳,参照滑坡所处实际情况建立相应的水力学模型,量化计算斜坡稳定性系数。研究表明：(1) 顺层震裂斜坡灾变过程可分为原始斜坡–地震损伤–蠕变弱化–降雨触发–滑坡失稳5个演化阶段。(2) 降雨是岩体形成深部裂隙、节理扩展从而切割岩体呈条块状的重要原因,同时裂隙的贯通促进了降雨入渗,导致滑带饱水软化、加速蠕变变形至失稳。(3) 降雨与震后蠕变效应的耦合作用是影响坡体稳定性的主要因素,经历前期的降雨饱水软化以及同期的蠕变累计变形,最终在暴雨形成的水动力触发下失稳破坏。研究成果为降雨型震裂斜坡稳定性机制分析及工程治理提供参考。     

红层软岩顺层滑坡临滑预报的强度控制方法*

 我国西部地区侏罗系、白垩系、第三系红层软岩广泛分布,红层软岩岩体强度低、抗风化能力弱、水敏感性强、工程地质性质较差、滑坡灾害严重。红层软岩顺层滑坡赋存的地质环境条件是形成滑坡的控制性因素,岩体强度特征决定滑坡的力学变形机制。不同变形、破坏条件影响红层软岩滑坡运移机制与特征。红层软岩岩体强度各向异性规律性强,岩层层面在各种地质营力的长期作用下逐步演化为滑动面。在研究红层软岩不同破坏条件下岩体强度特征与岩层层面抗剪强度变化规律,分析红层软岩滑坡的蠕动变形与滑动面形成机制的基础上,通过对典型红层软岩顺层滑坡临滑预报实例分析,提出了一种红层软岩顺层滑坡临滑预报的强度控制方法。     

川东红层地区降雨入渗模式与岩质滑坡成因机制研究

川东红层地区在强降雨条件下极易产生群发性平缓岩层滑坡,其成因一直存疑。采用现场降雨入渗观察、室内试验等手段重点探讨川东红层岩质斜坡降雨入渗规律和滑坡成因机制。研究发现:以裂缝为主的通道为降雨入渗提供途径,雨水进入潜在滑面后会对滑带土形成软化作用。室内软化试验结果表明:原状滑带土饱水软化10 d后,黏聚力和内摩擦分别由天然时的20.76 k Pa和21.2°衰减至11.39 k Pa和4°,当泥化夹层重塑样含水率配至50%时,其抗剪强度仅为1.28 k Pa和1.24°。以此为基础归纳2类滑坡失稳模式:蠕滑–拉裂型是由于滑带土软化后强度降低引起的,平推–滑移型则主要是在后缘静水压力、底滑面扬压力和滑带土软化综合作用下发生失稳的。推导的极限平衡公式可为红层滑坡稳定性评价和防治工程提供有益参考。     

川东红层原状滑带土饱水软化试验研究

四川东部由紫红色砂泥岩构成的红层斜坡属于地质灾害多发易发区。斜坡内的软弱夹层(尤其是泥化夹层)容易遇水软化导致其力学强度降低,形成潜在滑动面。选取川东红层岩质滑坡原状滑带土进行室内饱水软化试验,揭示滑带土软化后微观结构和力学性质的变化规律。试验结果表明:滑带土饱水后内部结构变得疏松,颗粒间连接方式由面–面接触转化为面–边、边–边接触;黏聚力和内摩擦角随饱水浸泡时间呈指数衰减,直至浸泡10 d左右才逐渐趋于稳定。以试验获得的滑带土力学参数为基础,采用极限平衡法分析滑带土软化效应对研究区内斜坡稳定性的影响。计算结果表明,随着滑带土饱水时间的延长,斜坡稳定性系数不断降低,某些斜坡即使无后缘静水压力和底滑面扬压力的作用,斜坡也可能失稳破坏。由此认为,滑带土饱水软化后力学强度的大幅降低是导致红层地区某些岩质滑坡的重要因素。研究成果为认识四川红层地区滑坡机制和灾害防治提供了重要依据。     

采动作用下含深大岩溶结构面坡体裂隙扩展及变形破坏规律

中国西南高陡岩溶山区崩滑灾害频发,长期地下采矿活动是该区域崩滑灾害的重要诱因之一。采动作用下,坡体后缘深大结构面扩展演化控制着高陡岩溶坡体稳定性和失稳破坏模式。在野外地质调查基础上,结合室内物理模型试验和离散元数值模拟,揭示了地下开采扰动下覆岩裂隙扩展演化规律,阐明了深大结构面对边坡稳定性的控制作用,讨论了坡体变形的破坏模式。结果表明：地下开采扰动对斜坡体稳定性的影响主要表现在地下采动卸荷引起覆岩应力重分布、山体变形诱使裂隙扩展;地下采空后,斜坡体在二维剖面上形成类似“悬臂梁结构”,坡体原有深大结构面控制坡体稳定性;下行开采条件下,采空范围在断层之前,山体高度较小,在自重作用下“悬臂梁结构”岩层向断层及采空区方向协同变形,不会产生大量离层裂隙,煤层顶板仅发生断裂坍塌并充填采空区,采空至断层后,左侧山体已发生塌落,山体应力重分布,覆岩在自重作用下形成大量张拉裂隙,直接顶塌落高度与裂隙带高度也随采空区范围增加而增加。其变形破坏演化过程可概化为：地下开采卸荷–应力重分布→覆岩断裂下沉–裂隙扩展→坡体裂隙贯通–悬臂破坏→坡中变形挤出–岩桥剪断→坡体整体失稳破坏。     

粘土矿物与斜坡失稳

作为微米级材料，粘土矿物的单晶尺寸及特殊晶体结构使其集合体-粘土呈现低渗透性、分散-凝絮性及粘滞性等重要工程特性。除沉积岩斜坡含粘土矿物外，76％以上的斜坡岩石造岩矿物还可形成次生粘土矿物。粘土矿物广泛分布于原生沉积岩、三大岩类风化带及第四系松散堆积物构成的斜坡中。泥屑岩因含粘土矿物而易于失稳，且水稳定性差。次生粘土矿物的形成将引起源矿物、矿物集合体及岩块的强度与变形特性的显著变化，诱发岩石向松散介质转化。宏观结构面是粘土矿物最主要的形成和聚集场所，结构面及其内侧一定范围内不同成因粘土矿物的淀积将导致结构面及岩体强度的衰减。粘土矿物是滑坡滑带的常见矿物组分；粘土滑带可以在滑体与滑床之间起到润滑作用。滑带中粘土矿物的含量越多，其润滑效应越显著。粘土型滑带还具有隔水边界之功效，可将滑体与周围介质隔离，使之成为独立水文地质单元，提高坡体拦截、吸收渗入水的能力及斜坡稳定对降雨过程的敏感度。粘土矿物可以促进斜坡时效变形，甚至成为斜坡破坏的关键因素，对斜坡演化及失稳的贡献是显著的。     

华南典型巨厚层红层软岩边坡降雨失稳的模型试验研究

 针对华南巨厚层红层软岩边坡在强降雨条件下极易致灾的问题,采用相似理论,通过制备可表征软岩遇水软化特性的相似材料,构建巨厚层红层软岩边坡相似模型,研究其在中小雨(雨强Id＜25 mm)、大雨(25 mm≤Id＜ 50 mm)、暴雨(50 mm≤Id＜100 mm)等降雨模式下的灾变过程和规律。结果表明：(1) 该类型边坡的变形破坏受降雨模式的影响较大,大雨和暴雨等强降雨条件下边坡岩体逐渐崩解软化,在坡脚处首先达到饱和,产生初始裂缝,在重力及渗透力作用下,裂缝进一步扩展贯通,产生局部破坏,这样,坡脚之上的部分失去支撑,导致整个坡体产生牵引式滑坡。(2) 降雨入渗主要分为无压渗流、有压渗流与饱和渗流3个阶段,边坡表面裂缝主要出现在无压渗流阶段并在有压渗流阶段逐渐扩展贯通、在饱和渗流阶段发生破坏;降雨过程中超孔隙水压力的累积和消散改变了边坡有效应力场的分布,从而引起其位移。(3) 临滑阶段,有效应力和孔隙水压力比位移、位移变化速率等参数对边坡的破坏响应更敏感,因此提出基于应力监测的边坡灾变过程安全预警新思路。     

武隆鸡尾山滑坡发生机制与裂缝成因分析

由于鸡尾山向山体内斜倾岩体发生滑坡有其特殊性,必须搞清楚滑坡发生岩体的地质环境、地质结构与几何形态的特殊性、以及岩体与滑面的力学性质,进行滑体的稳定性与裂缝成因分析。在考虑滑体几何形态特征、地质结构与构造特征、岩体的岩溶裂隙发育性质、具有较大压缩性条件下,推导新的稳定性分析与岩体蠕滑压缩的弹性模型公式,计算弱层滑面与前侧壁面的等抗剪强度参数,估算滑动岩体的压缩量(即T0裂缝的内外侧宽度),从而证明T0裂缝是由滑体压缩发生的扩张裂缝,而不是有些研究中主张的拉裂缝,也证明蠕滑是由滑动岩体压缩而发生。根据滑体的几何重心靠外,产生偏心压与外侧压缩量大等原因,分析T1裂缝属拉张裂缝。分析计算结果表明,由于蠕滑导致滑体前部应力、应变最大,达到岩体压缩破坏强度,发生滑体前部岩体压碎并剪断前侧壁,从而解释了滑坡失稳原因。利用岩体蠕滑的弹性压缩模型公式,估算该岩溶裂隙灰岩滑体不同地段的压缩应力、前部岩体破坏应力、压缩量以及压缩模量和方向裂隙率。     

降雨条件下折线型滑面的大型滑坡稳定性离心模型试验

以大型土工离心机为技术依托,采用离心模型试验,研究开挖和降雨对滑面为折线型的大型滑坡变形破坏和稳定性的影响。试验中采用变形标志点、颗粒图像测速技术(PIV)和可承受高离心力的传感器,在获取坡体土压力、孔隙水压力和位移矢量场的基础上,综合分析开挖和降雨诱发大型滑坡变形破坏的特征及失稳模式。试验结果表明,在滑面形态变化大的部位开挖卸荷容易引起折线型滑面大型滑坡的局部复活;受开挖卸荷和降雨影响,滑坡后缘的开挖斜坡位移最大且最先失稳;受降雨的影响,滑坡前部位移较大,坡体表面变形破坏严重,开挖斜坡下部发育一条次级滑裂面,滑坡后缘和开挖平台前沿滑面坡度突变处各形成一条潜在主滑裂面。离心模型试验显示折线型滑面的滑坡受开挖和降雨的影响可表现出分级分块滑动的变形破坏特征。稳定性分析表明,降雨使折线型滑面的大型滑坡不同滑段稳定性系数不同程度降低,滑坡后缘、开挖斜坡和滑坡前缘处于不稳定状态。     

含裂隙水围岩巷道变形破坏数值模拟

巷道围岩在地下水渗透作用下慢慢软化,使得围岩内部的裂隙不断发生扩展,在这些裂隙达到贯通或者通过损伤演化扩展形成新的裂隙后,就成为了宏观状态下的裂缝,当这些裂缝不断的发生积累演化,最后导致岩体失稳破坏。这种失稳破坏改变了围岩应力分布状态,影响到围岩位移场分布及破坏范围,从而大大降低了围岩的稳定性,给煤矿的安全生产带来了隐患。结合断裂力学和损伤力学的相关理论,笔者建立了FLAC3D二次开发模型并进行了验证,将此模型应用于工程实践的稳定性分析。     

新近系红层岩体力学参数与隧道围岩分级探讨

红层软岩的强度与变形特性在很大程度上控制着隧道围岩的稳定性及其支护强度,对公路隧道工程造价和安全运营有很大影响。借助于开挖的试验平硐,本文采用原位剪切试验和刚性承压板法等,测试分析了红层岩体抗剪(断)强度、变形参数及岩体声波特性,并探讨了研究区新近系红层软岩的围岩分级方法。结果表明,研究区红层岩体剪切破坏基本属于塑性破坏,剪切曲线表现为应变软化型,变形曲线具有明显的塑性变形和回滞环。依据岩体力学参数及声波特性,结合红层岩体开挖后的围岩特征,笔者指出红层软岩的隧道围岩定量分级结果与实际情况存在差异,认为施工期和使用期不遭受饱水浸泡的粘土质软岩应采用天然抗压强度作为其岩石强度的代表值,并提出了软质岩的BQ值计算修正方法,其计算结果与围岩实际开挖情况基本吻合。     

典型红层软岩软弱夹层剪切蠕变性质研究

 红层软岩边坡岩体中软弱夹层发育且具有蠕变性,很多边坡岩体的失稳破坏都是沿软弱结构面的滑移失稳,软弱夹层剪切强度参数的选取是边坡工程勘察中的关键问题。通过2个典型红层软岩边坡工点软弱夹层样品室内剪切蠕变试验研究,表明红层软岩软弱夹层具有显著的蠕变特性,在边坡剪切强度参数选取中应考虑软弱夹层蠕变的影响。通过软弱夹层长期强度与短期强度试验资料分析,建议软弱夹层长期剪切强度可取短期剪切强度的75%。     

不等厚互层顺层磷矿高边坡变形机制研究

以云南晋宁磷矿东采区顺层高边坡为研究对象,通过现场勘察,对现场滑坡形态、破坏情况、滑面及滑体特征等进行分析,并从地质、力学角度上分析滑坡变形破坏特征、力学机制及滑坡演化形成过程。最后采用离散元分析验证。研究结果表明:滑坡变形破坏模式为滑移—拉裂破坏,降雨及磷矿开采是滑坡滑动的重要诱因。磷矿层开采坡前缘切断岩层,形成临空面,岩体卸荷松弛发育裂隙,雨水下渗到全风化粘土层面附近富集,层间含水化强的物质,在长期浸泡软化、不等厚互层差异风化等作用下,岩体力学性质大幅衰减,滑体沿软弱层面向临空方向滑动,坡体后缘岩体被拉开,形成张拉裂缝,软弱滑动面贯通,边坡发生变形破坏,主要是以岩石的拉张破坏为主,拉应力对岩石的破坏起主导作用。从计算的位移、滑动形态、变形速率及应力分布判断,滑坡的变形机制为滑移—拉裂破坏模式。其研究成果为矿区高边坡稳定性分析及加固设计提供一定参考依据。     

震后暴雨型岩质滑坡启动机理

暴雨是诱发震后岩质滑坡失稳的最重要因素之一,与土质滑坡不同,其相关作用机理还不清楚。在基于对震后受损岩体特征的科学认识前提下,从岩石断裂力学的角度出发,分析了坡体裂缝扩展、降雨入渗和滑面形成机制。继而以极限分析的上限定理为基础,从能量的角度定量研究了裂缝水对岩质坡体稳定性的影响。最后,通过算例表明:震后受损岩坡的裂缝存在一个可在裂缝水作用下自行扩展、贯通软弱夹层的临界深度,同时也存在一个决定滑坡体稳定与否的软弱夹层渗水区域极限长度,即裂缝的扩展贯通和滑面的渗水软化是震后暴雨型岩质滑坡的启动的根本动力。     

崩滑灾害临界位移演化的指数律

基于锁固段概念和重正化群理论,从新的思路和视角出发,提出崩滑灾害临界位移演化的2个指数律,发现斜坡失稳的临界位移与加速蠕变起点的位移和锁固段的个数有关。第一律适用于斜坡的脆性破坏分析,例如岩崩、滚石和岩体倾倒破坏;第二律适用于斜坡的蠕变破坏分析预测,例如岩滑、堆积层滑坡、黄土滑坡以及含锁固段的黏土滑坡。多个典型滑坡实例分析表明上述指数律的广泛适用性与可应用性。所提出的方法能够在崩滑灾害的中期、短期及临阵预报方面发挥作用。     

某变形体特征及形成机理研究

变形体位于贵州省铜仁市凉水井镇,斜坡属于典型的软弱基座型缓倾坡内斜坡。基于斜坡工程地质条件及斜坡基本特征,定性分析了斜坡整体变形破坏模式。通过Geostudio2007数值模拟软件,研究斜坡整体变形破坏特征及模式,结果表明:暴雨与天然状态下,因下部泥页岩的塑性变形导致上部灰岩拉裂,斜坡整体失稳模式为塑流—拉裂;暴雨状态下,水对下部泥页岩的软化作用和裂隙充水静水压力及动水压力,加快了岩体破坏,推进斜坡破坏进程。     

基于离心模型试验的武隆鸡尾山滑坡形成机制研究

采用离心模型试验,查明和重现典型视倾向滑移型滑坡武隆鸡尾山滑坡的形成演化过程。试验模型采用重晶石粉、石英砂、石膏、甘油、水泥和水按一定比例,分别制作包含鸡尾山滑坡模型的基座、岩溶带和滑体的地质力学模型,布设相关仪器设备,按照相关规范运行离心试验。试验成果表明,武隆鸡尾山滑坡前部岩溶带的"易压缩性"为滑源区的蠕滑提供了"准临空面"作用,第二破裂面的形成是武隆鸡尾山滑坡失稳的前提,离心模型试验重现了武隆鸡尾山滑坡"蠕滑→拉裂→压缩(压碎)→剪切滑出"的致灾机制。结果表明,岩溶带"易压缩性"是坡体演化的关键条件之一,土工离心模型试验是一种研究岩质滑坡的有效方法。     

高寒地区楔形体滑坡启动机制离心模型试验研究

全球气候变暖背景下，青藏高原冰岩地质灾害逐渐增多。楔形体滑坡是一种典型的高寒地区岩质斜坡失稳形式。针对此类滑坡，基于自主设计的适配土工离心机的温控装置，开展不同冻融循环作用及水力条件下的离心模型试验，对其启动机制与变形破坏过程进行研究。结果表明：(1)寒区楔形体滑坡的破坏过程可概化为4个阶段：裂隙产生阶段、蠕变变形阶段、裂隙加速扩展阶段和楔形体失稳阶段；(2)冰雪融水是寒区楔形体滑坡启动的关键诱因之一，其对滑坡失稳的影响既具有长期性也具有突发性，对岩体结构的劣化作用影响了滑坡的长期稳定性，造成的孔隙水压力激增使滑坡突然失稳；(3)冻融循环作用是寒区楔形体滑坡启动的重要外动力，其在冷冻过程中表现为冻胀作用对岩体结构的冻胀损伤，在融化过程中表现为融水导致岩体结构的劣化和孔隙水压力的升高。采用的冻融离心试验可较为真实地再现冰雪融水与冻融循环作用下的楔形体滑坡演化过程，初步揭示了高寒地区楔形体滑坡的启动机制，为进一步深入探究此类滑坡影响因素的作用规律奠定了基础。     

平缓反倾采动滑坡形成的地质力学模式研究——以贵州省马达岭滑坡为例

 马达岭滑坡是典型的采矿诱发型滑坡,自然斜坡为平缓反倾层状结构。以马达岭滑坡为原型,采用物理模拟方法,研究两层开采条件下采动斜坡的变形过程,并分析该类斜坡变形破坏的地质力学模式。研究表明：煤层开采后采空区边界上覆岩体产生应力集中,导致采动裂隙首先产生于该部位,以陡倾竖向倾倒式裂隙为主,裂隙向采空区中部扩展并逐渐形成离层裂隙和剪切裂隙;变形稳定后采空区上覆岩层弯曲,在地表形成沉陷区;受采空区上覆岩层沉陷的推挤作用,外侧坡体沿煤层向坡外滑移,导致坡体下部隆起。该类斜坡变形破坏的地质力学模式可以分为：弯曲–拉裂(“表生”改造阶段)、塑流–拉裂、蠕滑–拉裂3个阶段。     

增幅疲劳荷载作用下含双裂隙花岗岩空心圆柱破裂演化试验研究

为了揭示裂隙型空心圆柱体在中低应变率应力扰动作用下的破裂演化特征及细观力学机制,探究地下工程中常见的孔洞–裂隙组合型岩体的破裂和失稳物理过程,设计4种不同预制裂隙角度的空心圆柱体试样,采用GCTS-RTR 2000岩石力学试验系统,实时声发射监测和试验后CT扫描相结合的手段,研究预制裂隙方位对岩石在多阶段增幅疲劳荷载作用下的结构劣化特征及岩桥断裂模式。试验结果表明：(1)随着裂隙角度的增大,岩石的疲劳强度、体积变形以及疲劳寿命逐渐增大,且体积变形增长速率越来越快,基于不可逆轴向应变,提出一种描述岩石疲劳损伤的两阶段损伤演化模型。(2)岩石破裂过程中声发射振铃数及能量变化受裂隙角度影响,累计振铃计数与累计能量计数随着裂隙角度的增大而增加,岩石在应力幅值突然增加时刻的累积损伤要大于疲劳加载阶段。(3)试样疲劳力学试验后的工业CT扫描揭示了岩桥段破裂形成的不同缝网模式,且受裂隙角度影响较大,裂隙网络的复杂程度随着裂隙角度的增加而增大,表明裂隙角度越大,岩石越不容易发生疲劳破坏。试验结果有利于深入理解裂隙型孔洞岩体的疲劳破坏机制,可为应力扰动作用下裂隙岩体巷道开挖设计、围岩稳定性控制及岩体长期...