三峡库区消落带溶蚀岩体劣化指标研究

三峡库区水位消落带岩体劣化松动使得部分岸坡加速朝不稳定方向演化,给溶蚀岩体岸坡带来了工程灾变效应问题。本文提出了利用高程175 m附近区域的岩体替代未受蓄水影响的岩体的"比拟法",统计分析岩体劣化情况。定义、改进和统计了岩体劣化变量Det、岩体体积节理数增量ΔJ_(v)和地质强度指标变化值ΔGSI。通过对库区10个典型溶蚀岩体的劣化程度及地质强度指标的研究,提出溶蚀岩体劣化程度的量化指标,并建立其与地质强度指标的相关关系。岩体劣化造成了地质强度指标的下降;强烈劣化时,ΔGSI≤-4.0;ΔGSI与Det满足指数函数关系,ΔGSI和ΔJ_(v)满足线性负相关。提出了岩体劣化随时间演化的三种模式,其中两种模式最终会进入加速劣化状态;岩体结构经由两条路径演变为碎裂结构。同时,讨论了岩体劣化与岸坡亚稳定阶段的关系。研究成果为系统开展三峡库区峡谷段消落带岩体劣化程度勘查、监测和风险防控提供了新的方法。

三峡库区高陡岸坡溃屈失稳机理及防治研究

本文对三峡工程蓄水运行期间岩体损伤劣化导致高陡岸坡失稳机理进行了研究。三峡峡谷地段岩体具有上硬下弱的二元易滑地质结构,位于水库消落区的相对脆弱岩体易于出现损伤劣化并导致强度下降。在现场调查及监测基础上,本文建立了水位下降干燥状态、水位上升饱和状态及过渡状态下消落区劣化岩体的损伤本构模型,提出了采用水位周期涨落后劣化带的峰值应力与劣化带有效应力之比作为高陡岸坡危岩溃屈失稳稳定系数的定量评价方法。对巫峡段箭穿洞危岩进行了应用研究,结果表明,本文所提出的稳定性评价方法可以很好地表征高陡岸坡宏观塌落、变形和基座应力非线性增加等演化状态,弥补了常规极限平衡稳定性分析方法不能准确刻画溃屈失稳演化过程的缺陷。针对高陡岸坡的溃屈失稳破坏模式,提出了基座劣化岩体补强加固的防护方案,为三峡库区高陡危岩的风险管控提供了支撑。

三峡库区黄南背西危岩体变形机理研究及失稳模式预测

自三峡库区2009年蓄水至175 m以来,库水位常年在高程145-175 m间波动,形成了高差30 m的水位变动带(消落带)。由于该变动带上岩体长期在饱和浸泡-风干曝晒的循环作用下,其物理力学强度不断减弱,于是大量的新生危岩和滑坡塌岸相继形成,此类地质灾害不仅点多面广,且破坏频率高,诱发因素甚多。本文以黄南背西危岩体为典型案例,基于影像资料、原位测试数据以及离散元数值模型深入分析了该危岩体未来失稳的破坏模式和变形成因机理,重点对该危岩体的应力场、形变场和基座岩体受水位作用影响展开研究。研究表明黄南背西危岩体发生失稳破坏的三种因素:1)底部岩体出现压溃破坏,2)底部破碎岩体受水影响劣化加剧,3)基座角砾岩岩体遇水水解。危岩体发生破坏将从其底部岩体出现压溃开始,上部岩体随后下错滑移,失稳岩体发生倾倒、滑移和坠落的复合型破坏。

三峡库区巫峡箭穿洞危岩体稳定性分析及防治工程设计

箭穿洞危岩体壁立于三峡库区巫峡左岸,区内属神女峰风景旅游区,每天有大量的船舶从危岩体前方航道通过,潜在涌浪威胁到长江航道安全。箭穿洞危岩体的后缘高程为305 m,基座高程为155 m,平均高差为135 m,平均危岩横宽约50 m,平均厚度约55 m,崩塌体体积约3.575×105m3。箭穿洞危岩体基座为泥质条带灰岩,在库水波动下基座岩体劣化强烈;干湿循环试验表明基座岩体强度下降约20%~30%,危岩体可能发生基座压裂滑移或倾倒破坏。箭穿洞危岩体在145 m、175 m静水位工况条件下为稳定,暴雨+162 m洪水位工况下为基本稳定状态,在考虑基座岩体劣化的工况下处于极限平衡状态。箭穿洞危岩体防治工程等级为Ⅰ级,设计方案采用基座软弱岩体补强加固+锚索锚固。基座岩体在持续劣化,建议尽快启动箭穿洞危岩的治理工作。

三峡库区巫山金鸡岭滑坡成因机制与变形特征

三峡库区新城区迁建多采用就地后靠方式,工程扰动叠加强降雨往往诱发滑坡失稳。基于重庆巫山江东小区金鸡岭滑坡,对其影响因素和成因机制进行探讨。工程扰动不仅是传统认为的后缘加载、前缘削脚作用,更重要的是坡体表层土方堆填阻断了滑坡体地表水泄流通道,使地表水向地下水转化。强降雨作用下滑坡体内地下水位明显升高,导致金鸡岭滑坡2018年8月1日前后发生较大变形。采取降水井抽排地下水等应急处置后,滑坡变形明显趋缓,可见工程扰动导致的地下水升高是该滑坡诱发的关键因素。数值模拟表明,工程扰动后稳定系数明显降低,对应堆填区渗流场变化明显,渗流加剧,孔隙水压力、水力梯度、总水头上升,结合达西定律与有效应力原理可知渗透力增加,抗剪强度削弱,诱发滑坡变形。

三峡库区大型单斜顺层新生滑坡变形特征与失稳机理研究

以三峡库区巫山轿顶峰2号滑坡为例,结合库水位变化、地质环境条件资料,通过现场调查测绘、无人机航空摄影测量、工程地质钻探、地表及深部位移监测等方法,详细分析了该滑坡的变形特征、成因机制与发展趋势。该滑坡体积约250×10^(4)m^(3),为大型单斜顺层新生岩质滑坡。滑坡前后缘高差约380m,前缘剪出口高陡临空,位于库区蓄水位以下。深部监测数据显示消落带发育两条滑动错动面,分别位于距坡面深度12.0~17.0m和25.0~30.0m之间。滑坡目前处于蠕滑变形阶段,受地形地貌、地层结构、消落带劣化以及水的影响,垂直方向变形持续增大,前部劣化带发生崩滑破坏失稳可能性较大,并且存在滑坡涌浪灾害链风险。建议持续开展库区消落带劣化系统观测研究,提升库区新生滑坡灾害识别与预警能力。

三峡库区青石-抱龙段顺层灰岩库岸坡变形破坏机理

三峡库区基岩顺层滑坡大多以砂/泥岩或泥/泥灰岩互层滑坡为主,力学机制以顺层滑移剪切为主。新近发现的青石-抱龙段顺层灰岩库岸,岸坡岩性以灰岩、白云岩为主。在21个顺向斜坡中9个斜坡存在岩层弯曲现象,高程分布在145~175m,且大量层面有擦痕,局部岩层强烈弯曲形成了类似逆断层的现象。这些变形破坏现象受控于重力作用下沿层面的滑移-弯曲力学机制。通过连续-非连续数值分析方法研究表明,在这一带岸坡中约200m的主动平直滑移段下滑力驱动了约30m的被动弯曲隆起段变形,被动弯曲隆起段位移地形变缓、岩层增厚。当前青石-抱龙一带顺层灰岩库岸岩层隆起和松动较小,处于滑移-弯曲变形的早期阶段,主要以累进性变形为主。建议对该段库岸进行专业监测,并开展进一步的调查研究工作。

三峡库区巫峡段消落带碳酸盐岩强度弱化研究

三峡库区175m蓄水以来,巫峡段碳酸盐类岩溶岸坡在周期性水位变动下岩体劣化强烈,新生或加速形成了大量地质灾害。为探讨在周期性水位变动下碳酸盐岩类岸坡的强度弱化规律,文章从岩石(体)物理结构、化学性质、力学性质等方面开展研究,通过在巫峡最具代表性的6处库岸段开展原位岩体回弹强度测试、原位点荷载试验以及室内干湿循环试验、岩石矿物成分分析、岩石表观裂隙扫描等试验,获取水位变动条件下碳酸盐类岩石(体)的强度弱化数据。原位岩体回弹强度测试结果表明,原位岩体单一年度的强度弱化率为0.3%~25.9%,岩体强度弱化主要沿结构面产生;室内干湿循环试验结果表明,在50次干湿循环后,岩石强度弱化率为16.4%~23.9%,变形模量弱化率为17.1%~24.9%;岩石矿物成分分析结果表明,在100次循环后,CaO的溶失量为0.5%~5.6%;岩石表观裂隙扫描结果表明,岩块表面裂纹发育位置发生了水蚀痕迹加重、溶孔变大、裂纹延伸等变形现象。基于干湿循环试验数据,建立岩石强度弱化函数,推导出各点位上的指数函数弱化计算模型。该计算模型可用来预测岩石强度、变形模量与水位循环次数间的数值关系。最后以曲子滩危岩“溃屈”式破坏计算为例,探讨了岩体强度弱化后的灾变效应。研究提出的工作方法和通过试验所得到的数据可为三峡库区岸坡劣化带的防治提供数据和技术支撑。

三峡库区箭穿洞危岩体变形破坏模式与防治效果分析

本文以三峡库区箭穿洞危岩体为例,对涉水厚层危岩体的变形破坏模式和防护措施进行了研究。根据现场调查和长期监测数据可知,干湿循环作用下基座岩体的劣化是加速箭穿洞危岩体变形破坏的主导因素,并判定其破坏模式为基座滑移式崩塌。在此基础上,将危岩体的防护治理定为两部分,分别是基座软弱岩体的补强加固,以及中上部危岩体的锚索加固。通过数值模拟对防护前后危岩体的位移场以及应力场进行了分析,结果表明危岩体上部的锚索加固能够有效控制岩体的变形,基座补强能够有效控制危岩体的最大剪应力,综合防护可以显著提高箭穿洞危岩体的稳定性。该防护措施的理念及方法,可以为库区涉水危岩体的治理提供重要的参考价值。

顺层岩质滑坡防治方案研究——以重庆市石柱县龙井滑坡为例

顺层岩质滑坡已对人类造成难以量计的灾害及损失,滑坡的防治方案研究对减少此类灾害发生意义重大。为了对顺层岩质滑坡的防治方案进行研究,以重庆市石柱县龙井滑坡为研究对象,通过方案对比的方法得出了更适合该滑坡的防治方案,并利用数值模拟对此方案进行了治理效果评价。结果表明,“两级抗滑支挡+地表排水+地裂缝封闭”更适用于龙井滑坡,根据治理效果模拟,滑坡最大水平位移减少58.9%,最大竖向位移减少58.1%,最大剪切应变增量减少52.9%。两级抗滑支挡能改善顺层岩质滑坡应力分布,提供抗滑力,减少塑性区范围以及减缓下滑趋势。

三峡库区巫峡剪刀峰顺层岩质岸坡破坏模式分析

剪刀峰岸坡位于三峡库区巫山县巫峡左岸,全长2.1 km。受北侧神女峰箱状背斜及南侧神女溪—官渡口向斜影响,岸坡为陡倾顺层岩质岸坡。岸坡坡度45°~89°,整体为陡坡与的陡崖复合地貌;岸坡出露的第四系地层主要为崩坡积碎块石土,出露的基岩含三叠系大冶组三段、四段及嘉陵江组一段至四段地层,地层多元化;岩组类别主要为大冶组及嘉陵江组碳酸盐溶岩组成的坚硬岩组及嘉陵江组二段岩溶角砾岩组成的较软岩组;岩体结构从极薄层至巨厚层状,岸坡地形、地层、岩组及结构复杂。岸坡上游至下游,2.1 km范围内,坡体结构变化大,岸坡变形破坏特征差异大,成因机制及破坏模差异大。根据岸坡不同的地质条件及特征,划分为6个大段、6个亚段。研究从岸坡宏观变形、破坏特征出发,将岸坡目前的变形、破坏总结为“构造切割及卸荷”“局部压裂、滑移”“地表溶蚀”“消落区岩体劣化”四个方面,并从岸坡成因机制上分析了各段的破坏模式。此外,本次研究还分析了库水位以上岸坡及库水位消落区的岩体劣化特征,从岩体劣化的角度提出了沿层面渐进式松脱滑移、沿软弱夹层溃屈滑移、沿“X型”节理滑移、沿层面倾倒溃屈四种岩体劣化及破坏类型。

刍议地质分析中的工程地质勘察

我国工程地质勘察专业经过近二十年的努力,已实现了向岩土工程勘察方向发展,技术人员的知识得到了更新换代,岩土工程技术不管从勘探手段、测试设备、试验仪器、计算机技术的应用还是技术人员知识的广度和深度都有了很大的提高,促进了地质学和岩土力学理论为基础的近代工程地质的发展。

论当前水工环地质勘察中的技术及应用范围

随着科技水平的提高,本文结合水工环地质研究的发展情况,应用高技术手段对提高水工环地质勘察工作效率具有重要的意义。

三峡库区大型斜倾顺层滑坡失稳机理分析--以石柱县龙井滑坡为例

长江三峡库区位于我国地形第二、三级阶梯过渡地带,地质环境复杂,斜倾顺层基岩滑坡较为发育。本文以重庆石柱龙井滑坡为例,详细分析了大型斜倾顺层基岩滑坡的变形特征、成因机理和破坏模式、并采用极限平衡法计算了滑坡在四种工况条件下的稳定性。结果表明:(1)龙井滑坡位于扬子准地台石柱向斜北西翼,体积约1.42×10^(6) m^(3),主滑方向162°,前缘发育两个次级滑坡;(2)受地形地貌、地层构造、地下水和降雨等因素影响,滑坡目前处于蠕滑变形阶段,变形方式主要为拉张裂缝、剪切裂缝和局部鼓胀变形;(3)滑坡同时处于暴雨和前缘次级滑坡滑动条件下,稳定性为1.03,处于欠稳定状态,滑坡易沿软弱夹层发生整体滑动破坏。

三峡库区巫山县龚家方至独龙斜坡地质灾害特征与稳定性评价

三峡库区边坡堆积体的稳定性,对长江航运运行及其上居民安全影响至关重要。以三峡库区巫山县龚家方至独龙斜坡为例,针对该工程地质与水文地质、工程灾害基本特征等资料进行分析,采用极限平衡法进行稳定性分析,对边坡地质灾害体稳定性进行评价和预测,研究成果可为三峡库区边坡灾害的整治和防护提供参考和依据。

盆缘山区长江袭夺作用孕灾规律分析

为研究长江袭夺作用对支流地质体孕灾规律的影响,以重庆市巫溪县为研究区,通过分析长江地质历史资料,研究了长江的形成及其对研究区内大宁河袭夺作用的地质过程;运用点核密度统计等方法,分析了袭夺作用的孕灾规律;此外,对比了在相似的河流规模及地质背景下,被袭夺的大宁河与区内另外2条主要河流在灾害体发育数量和密度上的显著差异。结果表明:地质灾害呈沿主要河流条带状分布、溯源发展的发育规律;地质灾害密集发育区与大宁河沿线高度重合;大型河流的袭夺作用为地质灾害营造了环境条件,是重要的地质灾害风险评价因子。研究成果可为地质灾害风险评价区划及风险管控措施制定提供参考。

基于膨胀力的缓倾顺层泥岩滑坡启动机制分析

近年来重庆发生了大量缓倾顺层泥岩滑坡,造成了较大的经济损失。在对重庆綦江新炉村滑坡进行分析过程中,发现泥岩具有较强的膨胀力。本文通过室内岩体膨胀力试验,揭示了膨胀性泥岩在吸水情况下的膨胀规律,确定了其最大膨胀力大小约为180kN。以此试验为基础,初步探讨了在缓倾顺层泥岩滑坡启动过程中膨胀力所提供的作用,结合重庆綦江新炉村滑坡稳定性计算进行了数值模拟分析,提出在缓倾顺层泥岩滑坡勘查中,应加强岩矿分析和膨胀力试验分析,以对滑坡做出正确的评价。

顺层陡倾斜坡溃屈破坏机理研究

陡倾顺层不临空滑坡一般难以提前识别其风险,为揭示此类滑坡演化过程和变形破坏机理,阐明其变形运动特征,以重庆市东阳滑坡为例,在详细地质调查的基础上,选取最不利的地质断面建立理论力学模型、地质模型以及陡倾顺层状岩体溃屈长度方程,并基于有限元方法的数值模型进行模拟分析,结合地质调查及数值模拟综合分析了东阳滑坡的破坏机理、演变过程,分解从滑动到堆积的各阶段特征。研究结果表明:(1)东阳滑坡属于典型的顺层陡倾不临空的岩质斜坡顺层失稳破坏,在长期地下水入渗软化条件下,滑动段重力驱动下,滑体顺层蠕滑至锁固段最终剪切溃屈发生整体滑移破坏;(2)滑坡体演化过程符合岩体结构力学中层状岩体板裂破坏理论,并依据其破坏准则建立溃屈段长度方程;(3)通过FLAC^(3D)软件模拟,滑坡演化过程中水平最大位移的部位发生在滑坡体腰部,纵向最大位移发生在滑体顶部后缘,最大主应力方向在滑坡腰部发生偏转,由平行于主滑面方向向垂直于滑面向外偏转;(4)东阳滑坡运动破坏分解为裂缝发展—滑面贯通阶段、锁固段溃屈—滑体启动阶段、快速滑动阶段、制动堆积阶段4个阶段。

三峡工程库区岩溶岸坡消落带岩体劣化特征研究

三峡工程175 m蓄水后,峡谷区内多次发生新生地质灾害事件,岩溶岸坡消落带岩体劣化引起广泛关注。通过野外调查、原位测试和室内试验等大量工作,首次系统阐述三峡库区岩溶岸坡消落带浅表层岩体劣化特征。从岩体宏观劣化现象来看,不同岩体结构和岸坡结构的岩体劣化宏观表现有非常大的差异,包括溶蚀/溶解、裂缝显化与扩展和机械淘蚀等现象。浸泡–风干循环后的灰岩样品力学参数平均每循环下降率约为0.7%;随着循环次数的增加,岩样强度下降可用指数函数形式拟合,相关性系数大于0.84。箭穿洞地表破碎灰岩岩体声波年下降率为11.23%。青石岩溶岸坡浅层岩体多期钻孔声波对穿试验测试明显表明:地下岩体的劣化以结构面的劣化为主,其声波年下降率为10%~60%。这些认识和数据从不同角度展示出岩溶岸坡消落带浅层岩体劣化的独特特征:岩石的低劣化率夹杂结构面的高劣化率,具有不均一性;根据风化界线或岩体裂隙分带,在区内或带内则有相近的劣化率,具有分带性。根据这一特征,建立等效连续模式和结构面模式的岩体劣化力学模型。本研究工作指引了库区岩体劣化方向上未来研究重点,将为三峡库区水位变动带地质灾害隐患点防灾减灾工作提供重要支撑。

大型单斜层状基岩滑坡变形特征与失稳机制研究——以重庆石柱县龙井滑坡为例

以重庆石柱县龙井滑坡为例,采用现场调查测绘、卫星遥感解译、无人机航测、工程地质钻探、深部位移监测、现场与室内试验等手段,详细分析该滑坡的变形特征、成因机制以及三维稳定性。该滑坡体积约142.83×10^(4)m^(3),为大型单斜层状岩质滑坡,具有复合性破坏特征。滑坡前后缘高差约50 m,前缘剪出口近陡立临空,为滑坡高位剪出提供了势能条件。斜坡内发育的2组优势构造裂隙与软弱夹层将中厚层基岩切割成碎裂块体,使岩体具有较好的离散性,为滑坡解体远程滑动提供了有利条件。底部软弱夹层经过长期演化蠕变,剪切强度逐渐降低形成滑带,为滑坡滑动提供了力学条件。运用力学矢量求解法,对龙井滑坡进行三维静力学解析。当滑带的抗剪强度处于饱和残余值时,滑坡安全系数为0.93,滑体将沿软弱夹层顺岩层的真倾向方向发生蠕滑变形,受到西侧稳定山体的阻挡后向SE方向发生小角度偏转滑动。本文采用多种手段较全面地分析龙井滑坡的变形特征以及失稳机制,可为此类受阻转向的楔形体滑坡早期识别与失稳模式判断提供有益的借鉴意义。