巴东组泥岩大断面隧道开挖面大变形滑塌失稳机制与防治措施研究

隧道穿越富水软弱地层时易发生开挖面滑塌失稳破坏,为此,本文以郑万高铁巴东隧道为工程依托、以巴东组紫红泥岩为研究对象,开展系列室内试验,揭示泥岩遇水软化的力学特征。综合考虑围岩节理发育及施工扰动等因素的影响,基于Hoek-Brown强度准则将室内试验获取的完整岩体的强度参数转化为现场岩体参数,并采用两相单质点流固耦合物质点法(MPM)对隧道开挖面滑塌失稳大变形全过程进行模拟,并结合现场评价超前帷幕注浆预加固措施的有效性。研究结果表明:开挖面滑塌失稳过程可大致分为开挖面隆起变形、开挖面局部失稳及滑塌体加速运动、滑塌体稳定这3个主要阶段。随着开挖面前方滑塌体的加速运动,围岩的渗流场发生明显的变化,渗水形态呈“漏斗状”,水流向开挖面“缺口”汇集;滑塌体稳定后呈锥体状堆积,滑塌体坡脚与开挖面的距离约25 m,与现场滑塌体最终形态较吻合。采取超前帷幕注浆预加固措施后围岩稳定性较好,确保了隧道施工安全顺利推进。流固耦合物质点法可动态再现地下水渗流作用下软弱地层隧道滑塌失稳破坏全过程,可为类似工程研究提供参考。

湖北巴东组滑坡精细化识别方法研究

为提高地质灾害风险早期识别能力,开展地质灾害隐患点在哪里的识别工作是建设预警信息化工程的基础。以宣恩地区巴东组滑坡为研究对象,分析评价不同空间尺度的滑坡危险性大小,在此基础上概化巴东组滑坡工程地质模型,实现巴东组滑坡从“县域—重点区域—单点滑坡”的精细化过程识别。结果表明,万寨乡中部、珠山镇与椒园镇接壤区、长潭河乡西南部、李家河乡和沙道沟镇南部及两镇接壤区域等5处为县域滑坡高—极高危险区,面积合计674.71 km^(2),占宣恩县域面积的24.65%;万寨乡北部、椒园镇和珠山镇接壤区域等处是巴东组重点区域巴东组滑坡高—极高危险区,面积合计59.72 km^(2),占重点区域总面积的46.99%;影响巴东组滑坡发育的因子互权重排序为:岩层倾角>斜坡结构>高差>坡度>水系密度,由此概化的4类工程地质模型包含巴东组区域近80%的巴东组滑坡。研究成果对精细化识别区域地质灾害隐患点在哪里有理论和工程指导意义,也为滑坡的早期识别方法提供了思路。

软岩地区三叠系中统巴东组岩体完整性评价方法

依托奉节地区某试验场地三叠系中统巴东组(T2b)岩体,通过抽样法布点取芯,统计岩芯获得率,并与传统波速测试方法进行相关性分析,研究岩芯获得率与岩体完整程度间关系,评价工程地质勘察中的岩体完整性。根据岩芯获得率指标将岩体完整程度分为5级,结果表明:岩芯获得率法能直观并量化的反映岩体完整程度,尤其对于岩体完整程度变异性大,或岩体完整程度难以判定的工程场地较为适用。

鄂西南巴东组红层边坡夹层成因及特性

针对鄂西南地区三叠系巴东组红层边坡中存在的软弱夹层,从地质沉积历史入手,通过区域构造力学分析,并结合矿物分析和粒度分析,对夹层的成因及其形成过程中矿物成分和粒度成分的变化进行了分析研究,同时结合相关室内试验对夹层的膨胀性和强度特性进行了分析研究,对该地区巴东组红层边坡夹层从成因到特性有了系统的认识,可为同类型地区工程建设的设计和施工提供参考。

三峡库区巴东组地层的发育特征及其空间变化规律

根据大量的野外实际观察、室内岩石标本的薄片鉴定及化学成分分析结果,作者详细论述了三峡库区巴东组地层(T2b)的发育特征及其空间变化的规律性。巴东组地层在秭归、巴东、巫山、奉节等4个地区的总厚度最小约为830m,最大约为1420m,自东而西地层总厚度具有逐渐增大的趋势。红色与灰色是巴东组地层的两大基本色调,红色系列的岩层(第二、四段),多见为碎屑或砂泥质岩类,而灰色系列的岩层(第一、三、五段),多见为碳酸盐岩类。由其发育特征可知,巴东组为典型的易滑岩组。

重庆石柱中三叠统巴东组沉积相研究

重庆石柱中三叠统巴东组有3种主要岩相类型:①紫红、灰绿色泥页岩,②褐黄、紫红、灰褐色岩屑石英砂岩,③浅灰色碳酸盐岩;并见有水平层理、平行层理、沙纹层理、板状交错层理等层理构造;划分出障壁海岸相,以及潮坪亚相、湖亚相和5种微相;建立了沉积相序,指出海平面变化对该区巴东期沉积物类型起着控制作用。

三峡库区区域构造及巴东组构造变形特征

通过分析大量资料并结合野外地质工作,对三峡库区的区域构造背景及巴东组的主要构造样式进行了总结,分析了这些地质要素对三峡库区变形斜坡形成和发展的影响。三峡库区位于大巴山弧形构造带与八面山弧形构造带的接合部,构造变形强烈,构造样式多样。三峡库区特定的历史构造条件为巴东组深厚层松散斜坡的发育准备了变形条件。造成三峡库区发育深厚层松散斜坡的构造主要包括褶皱、多层次的顺层滑脱构造、强烈发育的劈理等。

巴东组易滑地层异性层面剪切特性及水致劣化规律研究

异性层面剪切特性及水致劣化规律是巴东组地层岩体稳定性及地质灾害致灾机制研究的基础。以巴东组3类典型异性层面(粉砂质泥岩/泥质粉砂岩、泥质粉砂岩/泥灰岩、泥灰岩/泥岩)为研究对象,首先开展了3类典型异性层面的壁岩电镜扫描试验、天然及饱水状态下的壁岩单轴压缩试验,分析了巴东组典型异性层面壁岩微观特性及壁岩宏观力学性质的水致劣化规律。在此基础上,开展了天然和饱水状态下3类典型异性层面的室内直剪试验,研究了巴东组典型异性层面剪切特性,提出了异性层面基本摩擦角的预测公式。基于上述试验结果,分析了巴东组典型异性层面的水致劣化规律。研究表明:(1)巴东组异性层面壁岩黏土矿物含量及微观结构对异性层面剪切特性的水致劣化规律具有重要影响;(2)异性层面的基本摩擦角介于两侧壁岩对应的同性结构面的基本摩擦角之间,且更接近强度较低一侧壁岩同性结构面的基本摩擦角;(3)异性层面的水致劣化系数主要受控于强度较低一侧壁岩的软化系数;(4)巴东组粉砂质泥岩/泥质粉砂岩、泥质粉砂岩/泥灰岩及泥灰岩/泥岩间异性层面的劣化系数分别为0.915、0.951和0.731。

三峡库区巴东新城区库岸三叠系巴东组层间软弱带

巴东新城区发育有黄土坡滑坡、赵树岭滑坡、太矶头滑坡、童家坪滑坡等多处大型古滑坡,研究库岸斜坡岩体结构特征对滑坡的治理有着至关重要的作用。本文基于巴东新城区白土坡和西壤坡两段库岸深300余米监测剖面的地质勘探资料,根据岩芯颜色、岩性和结构将巴东组第三段划分为24段;通过薄片鉴定、X射线衍射和岩芯精细测量分析库岸斜坡岩体处于滨海环境的海陆过渡相,岩性组合、岩层厚度、矿物组成及强度具有复杂的垂向分带特征;探讨了层间软弱带和大型滑坡的关系。研究表明:巴东新城区库岸斜坡巴东组第三段内发育有13层贯通的软弱带,表现为为富含泥质、结构破碎的泥质软弱夹层、构造碎裂岩、溶蚀改造带和软岩软弱带。在沉积成岩时经历了滨海相反复的海侵海退,软弱带多分布在沉积环境动荡的开阔台地(陆棚泻湖)和局限台地(潮间带)。巴东组第二、三段岩性及沉积环境属缓慢过渡,在构造作用下未发生明显的滑脱。沉积结构和后期构造共同作用形成了贯通软弱带,为大型滑坡发生提供了有利条件。三峡水库全面蓄水后,软弱带在地下水长期作用下必将加剧库岸斜坡的深部形变。

巴东组岩石能量耗散规律的实验研究

岩石变形和破坏可以看作能量耗散和释放的过程,基于巴东县城西壤坡库岸巴东组岩石压缩实验数据,利用岩石能量学分析理论,分析了巴东组岩石能量的耗散规律,并探讨了巴东组岩石的破坏模式和库岸斜坡失稳机制。结果表明:(1)压缩试验得到了4类破坏模式,其中楔形剪-张破坏模式的平均能耗最大、沿弱面剪切破坏的能耗最小;(2)峰值前外荷输入能(E1)、峰值前岩块损伤能(ED)及单位长度裂纹耗能率均表明,巴东组岩石在垂向上硬度不均。在构造作用下,岩体内部广泛发育顺层滑脱带;(3)硬度高的岩石常表现为脆性破坏,破裂时能量耗散速度快。硬质岩斜坡在破坏前所集聚的弹性能,远大于破坏时所需的破裂能,易发生剧烈滑动;(4)在矿物成分变化处,巴东组岩石能量分析的各项指标表现出明显的波动,灰质高的岩石强度相对于黏土质高者的强度大。研究成果对于解释巴东组岩石强度特征和巴东城区内滑坡的失稳模式具有参考意义。

三峡库区巴东组泥灰岩顺层缓倾高边坡变形破坏模式研究

三峡库区广泛分布的巴东组泥灰岩工程性质较差,分布在此地层中的泥灰岩高边坡稳定性引人关注。结合泥灰岩的工程地质特性,建立了巴东组泥灰岩顺层缓倾岩体工程地质模型。并以此为基础,根据岩性组合特征与结构面特征,分析了其变形破坏模式主要为滑移或者滑移压致拉裂模式。最后,基于UDEC对巴东白岩沟高边坡进行了变形演化过程数值模拟,结果显示白岩沟高边坡变形破坏经过了2阶段:坡脚开挖使切坡产生了蠕变,而降雨使得边坡稳定性态发生突变,发生滑移破坏,这给此类型高边坡的治理一个启示,做好边坡地表防水、地表与地下排水,对边坡十分重要。

三峡库区消落带巴东组软岩抗剪强度劣化机理

三峡水库蓄水后,库区岸坡的消落带岩土体在库水周期性升降的作用下处于一种"干燥-浸湿"的循环状态。这种干湿循环作用将造成岩土体强度的劣化,并且随着劣化效应的增加,引起岸坡失稳,进而引发严重的地质灾害。以三峡库区巴东县巴东组第二段和第四段软岩为研究对象,在详细的野外调研基础之上,通过不同干湿循环次数下的软岩抗剪强度试验,模拟库水升降对软岩的水岩相互作用过程,探讨了巴东组软岩受库水"干燥-浸湿"循环作用下抗剪强度的劣化规律,利用X射线衍射方法对软岩的矿物成分进行分析,探讨消落带软岩的风化崩解机理。研究发现,巴东组第二段和第四段软岩分别在经历第1次和第3到5次干湿循环时,抗剪强度发生严重劣化;第二段软岩抗剪强度的劣化是由于蒙脱石遇水膨胀造成,第四段软岩抗剪强度的劣化是由于岩石中楔裂压力的发展造成。研究结果可以为岸坡稳定性评价提供理论依据。

巴东组紫红色泥岩三轴压缩试验及本构模型研究

采用MTS压力试验系统对巴东组紫红色泥岩进行了4个不同级别围压的三轴压缩试验和单轴试验。得到了巴东组紫红色泥岩在这5个围压下的全应力-应变曲线。根据试验结果,把全应力-应变曲线分为4个主要阶段,并分析了屈服强度、峰值强度、残余强度随围压的变化规律,结果表明,它们与围压成线性增大关系,满足库伦-莫尔强度准则。同时,根据试验曲线,利用双线性-线性软化-残余理想塑性模型来模拟巴东组紫红色泥岩,并给出了每一段的本构方程,确定了相关参数,可供类似的工程参考。

巴东组软岩非饱和碎屑土夹层的长期强度

巴东组软岩碎屑土夹层的非饱和蠕变特性明显、强度时间效应显著,研究其长期强度对含碎屑土夹层软岩路堑边坡稳定性分析有所帮助.为研究非饱和碎屑土夹层的长期强度问题,首先利用GDS非饱和三轴仪开展碎屑土夹层的非饱和强度、蠕变试验,得到其不同基质吸力下的应力应变曲线、应变-时间曲线,分析基质吸力对其强度与蠕变特性的影响;其次基于碎屑土夹层的蠕变曲线,利用等时曲线法确定其不同基质吸力下的长期强度.结果表明碎屑土夹层的长期强度较瞬时强度大幅降低,强度产生折损,损失率在34%～62%之间.碎屑土夹层的基质吸力越小,其长期强度越小,强度损失率越大.即巴东组软岩碎屑土夹层的饱和度越高,其强度越小,在荷载长期作用下的强度损失越大,且强度损失率增加的幅度随饱和度的增高而不断增大.

鄂西巴东组红层泥岩的水理性质研究

针对红层软岩遇水易软化、崩解的特点,以巴东组红层软岩为例,选取泥岩、粉砂岩进行浸水崩解试验、单轴抗压强度试验,分析红层软岩在不同含水率的情况下的崩解性、软化性。试验结果表明,泥岩水理性质与所含的黏土矿物有关,也与含水率的交替变化程度有关。在天然含水率状态下浸水的岩样,其水理性显现程度较小,而发生干湿交替循环的岩样再浸水后,其水理性就变得极其强烈。

湖南石门中三叠世巴东组轮藻化石

该文报道了湖南石门县沿市中三叠统巴东组轮藻化石，计有４属８种２未定种，其中包括３新种，它们是ＳｔｅｌｌａｔｏｃｈａｒａｂｒｅｖｉｓＳｐ．ｎｏｖ．，Ｓ．ｍａｅｄｌｅｒｉｆｏｒｍｉｓＳａｉｄａｋｏｖｓｋｙ，Ｓ，ｈｏｅｌｌｖｉｃｅｎｓｉｓＨｏｒｎａｆＲａｎｔｚｉｅｎ，Ｓ．ｓｅｌｌｉｎｇｉｉＨｏｒｎａｆＲａｎｔｚｉｅｎ，ＣｕｎｅａｔｏｃｈａｒａｍｉｒａＬｕ，ＳｔｅｎｏｃｈａｒａｙｕａｎａｎｅｎｓｉｓＬｕ，Ｓｓｈｉｍｅｎｅｎｓｉｓｓｐ．ｎｏｖ．，Ｓ．ｓｐ．１，Ｓ．ｓｐ．２，Ｖｌａｄｉｍｉｒｉｅｌｌａｈｕｎａｎｅｎｓｉｓｓｐ．ｎｏｖ．化石组合所反映的地质时代为中三叠世。

中扬子区巴东组凝灰岩层的锆石U-Pb年龄约束

印支运动深刻地改变了华南大陆和东亚的古地理格局,导致了大规模的海陆变迁。在扬子北缘发育有以紫红色碎屑岩为主的巴东组及相关地层,代表了从碳酸盐岩为主的海相沉积到碎屑岩为主的陆相沉积的转变。巴东组可划分为三段,即一、三段的紫红色粉砂岩、泥岩夹二段灰岩泥灰岩。由于巴东组三段的化石稀少,其年代归属一直存有争议。本文运用LA-ICP-MS定年方法,对新发现于鄂西秭归地区巴东组二段的凝灰岩夹层进行了锆石U-Pb定年。结果表明,来自于巴东组二段中部和顶部的两件凝灰岩样品分别形成于241.7±1.7Ma和237.5±2Ma。结合凝灰岩层的就位年龄和生物化石记录,巴东组地层时代被限定为中三叠世安尼期至晚三叠世卡尼期。凝灰岩中锆石颗粒多呈长柱状,无磨圆,发育明显的振荡环带,且具有与造山型岩浆锆石一致的微量元素化学特征。以巴东组灰岩为代表的"最高海相层"穿时地分布于鄂东南至川西一线,反映了上、中扬子区由中三叠世安尼期晚期至晚三叠世卡尼期海水大规模向西退去的海陆变迁特征。

三峡库区巴东组岩-土接触面抗剪强度特性研究

以三峡库区巴东组岩-土接触面为研究对象,设计了三种碎石含量(20%、50%和80%)、三种不同基岩(T12b、T22b、T32b)在室内进行了大型直剪试验,研究了碎石土-基岩接触面抗剪强度特性。试验结果表明:碎石土-基岩接触面τ-σ关系曲线分为应变硬化型和应变软化型;碎石土-基岩接触面剪切过程中碎石土中含有的孤石会随着剪切面的起伏发生摩擦、翻滚、平移等物理形态变化,剪切后在剪切面上留下深坑;碎石土-基岩接触面抗剪强度指标c、值与碎石土中碎石含量有关,其内聚力c随碎石含量的增加呈现先递增后递减的趋势,内摩擦角随碎石含量的增加总体呈现递增的趋势;碎石土-基岩接触面抗剪强度指标c、值与选材的地质代表性也有关系,T22b层的紫红色砂岩相对于T12b层和T32b层的灰岩来说具有内聚力c高,内摩擦角低的特点。

巴东组典型红层软岩单轴压缩试验细观组构特征

红色粉砂质泥岩和泥质粉砂岩是巴东组特殊性岩土的代表,具有遇水易崩解特性。根据岩样单轴压缩试验,基于PFC2D程序,建立中硬岩、软岩单轴压缩试验数值模型;模型选用平行黏结颗粒接触模型。根据应力–应变曲线特征,采用分段定量参数标定法对软岩试样的细观参数进行标定;且通过调整法向和切向黏结强度比值σc/τc,控制试样单轴压缩破坏模式;分别对不同风化程度的粉砂质泥岩和泥质粉砂岩在饱和、天然状态下单轴压缩试验过程进行模拟;并分析了试验过程中颗粒法向接触力、切向接触力、配位数、孔隙度等细观组构参数的分布特征和演化规律。研究结果表明:该数值方法能够很好地模拟中硬岩、软岩的单轴压缩试验过程,除中风化粉砂质泥岩外,风化程度和浸水条件仅能影响试样颗粒接触力在统计角度范围的大小,不能影响其分布形式;同时,风化程度和浸水条件延长了配位数显著下降的加载时间,配位数随裂缝数量的增加而减小;浸水条件和风化程度对泥质粉砂岩的孔隙度演化影响较大;风化程度对粉砂质泥岩孔隙度演化影响较大,而浸水条件影响较小。

巴东组紫红色泥岩干湿循环强度弱化特性的试验研究

三峡库区发育有大量三叠系巴东组第四段紫红色泥岩(T 2 b 4,简称为巴东组紫红色泥岩),受库水位升降的影响其强度易弱化而影响库岸边坡的稳定性,开展三峡库区巴东组紫红色泥岩强度弱化特性的研究可为相关工程地质条件的评价提供参考。首先,依次开展了干湿循环试验和三轴压缩试验,分析巴东组紫红色泥岩的强度弱化特性,并通过CT扫描试验观察试样表面与内部的细观损伤特性;其次,基于CT扫描重构模型,开展了考虑试样内部初始损伤的三轴压缩条件下数值模拟试验;最后,基于岩石的变形特征,提出考虑岩石变开过程压密阶段的能量消耗的一种新的能量耗散模型。试验结果表明:0~10 kPa预应力下的干湿循环试验只对试样表面粗糙度有轻微的影响;干湿循环条件下,试样的峰值强度和残余强度与干湿循环次数呈负线性相关;基于CT扫描重构模型的试样三轴压缩数值模拟试验结果与室内三轴压缩试验结果具有较好的一致性,能体现试样内部的初始损伤特性,更符合实际;改进后的能量耗散模型适合于分析考虑岩石压密阶段的变形过程。