库水作用下深层倾倒变形体的失稳软化机制研究

在高山峡谷地貌和复杂脆弱的地质环境下,库岸边坡深层倾倒变形破坏现象成为了威胁水电工程安全运转的重大工程地质问题。近些年来随着越来越多大型、巨型水电工程建设与蓄水运行,深层倾倒变形体破坏问题逐渐凸显。这些深层倾倒变形体具有长期饱水(王雅雯,2016)、发育岩性为于遇水软化作用明显的软岩之中、滑坡演化时间长以及变形破坏模式为牵引式破坏(张成强,2018)等特点。综合以上特点.

雅砻江上游深层倾倒体发育特征及形成演化机制

深层倾倒是雅砻江上游层状斜坡变形破坏的主要模式。利用基于演化过程的工程地质研究方法,分析深层倾倒体工程地质特性和内部变形破坏-力学机制,进行工程地质分区评价,并从变形过程和演化阶段上定性认识斜坡的整体稳定性。研究表明:区内深层倾倒体发育规模巨大、变形程度剧烈,且具有明显的分区性,为典型的互层倾倒;软硬相间的岩性组合、陡倾的岸坡结构,加之垂直层面密集节理的切割是深层倾倒体形成的控制性因素。在叠加有残余构造应力的自重应力场中,互层倾倒是受节理面和层面控制的复合倾倒模式,即:硬岩发生块状-弯曲倾倒,而软岩发生弯曲倾倒;受河谷演化控制,深层倾倒体主要经历4个演化阶段:卸荷回弹陡倾面拉裂阶段,初始变形阶段,板梁根部折断、剪切面贯通阶段以及破坏阶段,并最终转化为蠕滑-拉裂模式形成滑坡;变形破坏模式的转化是深层倾倒体进入累进性破坏阶段的重要标志,该滑动面受倾向坡外结构面控制,主要发生在强变形岩体中,而并非沿最大弯折带发育。

基于演化过程的互层斜坡深层倾倒稳定性评价

互层倾倒是一类典型的深层倾倒模式,为准确评价其稳定性,开展互层倾倒的工程地质特性及稳定性评价研究。以雅砻江上游发育的深层倾倒体为典型实例,利用基于演化过程的研究方法,在构建倾倒体工程地质模型的基础上,从变形过程和演化阶段上定量评价斜坡整体稳定性。研究表明:互层倾倒是由块体倾覆和板梁弯曲形成的复合倾倒模式,即:硬岩发生块状-弯曲倾倒,而软岩发生弯曲倾倒;空间上,一个发育完备的倾倒体可划分为:滑动区(A区)、强倾倒区(B区)、弱倾倒区(C区)以及原岩区(D区)。基于实测数据提出的斜坡倾倒定量描述体系,可以作为岩体倾倒变形识别和变形程度分级的基本依据;时间上,互层倾倒演化过程主要经历4个演化阶段:卸荷回弹陡倾拉裂面阶段,初始变形阶段,板梁根部折断、剪切面贯通阶段以及破坏阶段,并最终转化为蠕滑-拉裂模式形成滑坡。该滑动面受强变形岩体中倾向坡外结构面控制,而并非沿最大弯折带发育;滑动区(A区)的出现意味着斜坡最终破坏的发生,对应于演化的第三阶段,为斜坡的极限平衡状态,稳定性系数介于1.0~1.05之间。基于演化过程的评价方法,能有效解决互层倾倒稳定性评价问题。

河流下切对陡倾层状岩体深层倾倒变形的影响

为了研究岩体倾倒变形的形成机理及演化过程,以澜沧江古水水电站坝前倾倒变形体为例,对研究区地质概况、澜沧江下切情况及岩体倾倒变形特征进行调查和分析,并采用底摩擦试验与数值分析方法对其进行探讨。结果表明:澜沧江下切致使岸坡陡倾,使得岩体临空范围扩大,这成为岩体在重力作用下发生倾倒变形的有利条件;澜沧江持续下切促使岩体倾倒变形逐步向坡体下部和深部发育,最终形成深层倾倒;岩体变形处于极强倾倒、强倾倒及弱倾倒3种状态并呈中部变形强而上、下部变形弱的特点;平硐显示倾倒变形体处于卸荷范围且底界未揭穿,表明该区域岩体倾倒变形与澜沧江下切中岩体卸荷作用有关。

澜沧江深层倾倒体演化过程及失稳机制研究

为研究澜沧江流域某深层倾倒体演化过程及失稳机制,采用底摩擦模型试验及通用离散单元程序数值试验模拟其在河谷演化进程及水库蓄水作用下的变形失稳全过程,通过数字图像相关法(DIC)及粒子图像测速法(PIV)获取斜坡不同阶段的速度、位移矢量场及特征点的位移变化规律。结果表明:(1)深层倾倒体变形失稳模式为加速变形–减速蠕变–坡脚牵引–整体滑移,滑坡是倾倒变形发展到极致的产物;(2)受河谷演化控制,深层倾倒体主要经历剪切错动、初始弯曲、自稳蠕变、统一剪切面形成和破坏5个演化阶段;(3)水库蓄水加速了涉水深层倾倒体从蠕变阶段向累进破坏阶段过渡的演化进程,建议做好坡脚防渗处理工作;(4)深层倾倒体诱发滑坡主要发育于强倾倒区,下挫陡坎的形成是倾倒体演化逐渐进入累进性破坏阶段的重要标志。

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的离心试验研究

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。