考虑劣化效应的顺层灰岩岸坡滑移-拉裂研究

三峡库区在高程145~175 m之间的周期性水位调控,促使库区巫峡段灰岩岸坡劣化损伤加剧,稳定性衰减。通过引入劣化深度L 0以及岩层滑移厚度H建立了滑移-拉裂计算模型,研究巫峡段顺层灰岩岸坡受侵蚀劣化脱空时的滑移-拉裂破坏。研究结果表明:当L 0不变时,随着H增加,岸坡易于失稳且失稳距离x明显增大;随着L 0变大,同一H岩层面滑移失稳距离x明显变大,可增加约3倍有余,岩层面参数的劣化衰减使顺层岸坡更易发生深厚层、大规模的失稳破坏;当L 0较小时,易沿坡肩后部“滑移-拉裂”破坏,随着L 0逐渐变大,破坏模式变为坡肩前后部同时发生滑移-拉裂失稳。针对岩层面易受库水损伤的顺层岸坡,治理方案建议为:坡肩及后缘滑移块锚索(杆)加固+坡肩前缘岩层出露面“挂网+喷浆+随机锚杆”组合方案,以达到“固头”以及隔绝“劣化损伤”通道的目的。研究成果可为库区内顺层灰岩岸坡岩体劣化稳定性分析以及工程治理提供一定技术参考。

基于岩体劣化顺层灰岩岸坡滑移-弯曲失稳机理和评价

三峡库区在高程145~175m之间周期性水位调控,促使库区灰岩岸坡劣化损伤加剧、稳定性衰减。本文结合巫峡段顺层灰岩岸坡“滑移-弯曲”破坏实例,基于弹塑性板翘曲模型,考虑岩体动态劣化概念,结合广义H-B准则中GSI(t)岩体参数动态指标,推导得临界挠曲段平衡方程。与传统静态计算方法相比,适用性更广,可以考虑岸坡随劣化时间t动态演化过程,更加符合工程实际。结果表明:随着劣化进行临界挠曲段l_(cr)逐步降低,岸坡稳定状态变差,下滑推力F逐步增大,抗弯刚度K逐渐减小,也正是这两方面因素导致l_(cr)快速降低。由于岩体劣化函数GSI(t)为指数劣化形式,故l_(cr)呈现出快速降低并趋缓直至逼近一定值,该区段为岸坡防治的“关键区段”;随着岩层倾角α增大,l_(cr)与相对板长比RPL快速降低,随着岩层厚度h_(i)增大,l_(cr)与RPL缓慢变大,α对l_(cr)与RPL的影响明显大于h_(i)。且岸坡l_(cr)快速下降角α大约在40°~60°,可作为类似顺向岸坡是否容易滑移-弯曲失稳的地质判据。本文推导的考虑岩体劣化的临界平衡方程,以三峡库区青石6号岸坡为例进行了计算、论证。可为其他类似顺层岸坡损伤演化计算提供借鉴,不同之处在于确定具体岸坡损伤劣化的GSI(t)函数式。

三峡库区顺层灰岩岸坡劣化-溃屈灾变机制研究

三峡库区巫峡段发现多处顺层岸坡滑移-弯曲变形迹象,库水循环涨落加剧了岸坡前缘劣化损伤与失稳破坏。以巫峡段青石6号坡为例构建室内概化模型,开展顺层灰岩岸坡在消落带岩体劣化下的灾变机制研究。研究结果表明:蓄水前岸坡整体长期处于稳定状态。随着劣化进行,蓄水后岸坡变形加剧直至溃屈破坏,岩体劣化缩短了劣化-溃屈失稳进程。运动学分析显示,溃屈破坏时同一岩层达到速度峰值近似。岩层“弯折点”后部运动特征较为一致,前部较为离散。溃屈破坏点是岸坡能量释放的转折点和顶点;随劣化演变位移、应力逐渐递增,呈现提前破坏征兆,溃屈破坏前后应力产生“集中-释放”。整体来看,应力变化提前于位移,表明应力监测更有效。应力监测的核心在于关键区段的确定,对于劣化-溃屈型岸坡来讲,前缘“挠曲段”处应力陡增可作为岸坡临界失稳的重要表征;“劣化-溃屈”演化进程中后缘推挤始终存在,它是岸坡灾变的前提。但岸坡失稳的主导因素却是消落带岩体持续不断的劣化。青石6号坡当前处于向强烈弯曲隆起演化进程中,由于消落带岩体持续劣化,可能由稳定/基本稳定逐渐演变为欠稳定状态。