三峡库区近水平厚层斜坡滑动稳定性研究——以重庆巫山箭穿洞危岩为例

以重庆巫山箭穿洞近水平巨厚层危岩体为例,通过地质环境条件、基座位移及应力监测数据等分析,总结归纳了危岩体目前的变形和受力状态,发现危岩体的强度仍在持续降低。同时,运用FLAC2D模拟手段,设置了初始天然、初始饱和、临滑、失稳4种模拟工况,研究了危岩基座岩体及泥质条带灰岩层面对危岩体阻滑规律。研究结果表明,基座泥质条带灰岩层强度的持续降低将会使得危岩体处于临滑乃至失稳状态。该稳定性分析也为进一步的防治设计提供了依据。

基于岩体损伤的大型高陡危岩稳定性评价方法

大型高陡危岩在自重荷载及人类工程活动等多因素共同作用下,其底部区域损伤劣化速度更快,成为影响危岩整体稳定性的“薄弱环节”,易发生底部压裂,引发整体失稳。传统方法将这类大型危岩视作整体,忽略了薄弱区域对危岩整体稳定性的影响,可能导致计算结果与实际情况不符。基于此,文章针对高陡岩体底部压裂失稳模式,引入损伤理论,提出了考虑底部薄弱区域损伤演化的稳定性评价方法。以三峡库区左岸箭穿洞危岩为例,采用规范推荐的倾倒与滑移工况稳定性评价法和本文提出的基于损伤的底部压裂破坏稳定性评价法进行了对比计算,前者算得稳定系数分别为5.49和1.82,后者得到压剪与压张稳定系数分别为1.11和1.06,表明考虑底部薄弱区域岩体损伤的评价方法与实际情况更加相符。研究还发现当高陡危岩高度一定时,底部薄弱区域范围越小(即高占比越大),其受到的上覆荷载越大,当高占比大于10后对上覆荷载的影响明显减弱。当高占比一定时,底部薄弱区域上覆荷载增长率与危岩高度呈线性相关。研究结果可为大型岩质崩塌防灾减灾提供一种新的分析思路与参考。

基于蒙特卡罗法的崩塌涌浪分析方法

因目前国内外研究涌浪大多采用确定性的计算方法,忽视参数的随机性。故构建蒙特卡罗法求解崩塌涌浪的基本思想,并引入涌浪计算状态函数。以三峡库区箭穿洞危岩体为例,分析水深、崩塌体入水速度和崩塌体入水体积等随机变量的概率分布,利用蒙特卡罗法分析随机变量的敏感性及涌浪值的概率分布。研究结果显示,箭穿洞危岩体形成涌浪的计算变量敏感性强弱排序为入水速度、入水体积和水深;产生的涌浪值分布符合正态分布,其均值为7.02 m。产生涌浪红色预警区的概率为90.8%,建议对其进行治理,以降低涌浪风险。基于蒙特卡罗法的崩塌涌浪分析方法是今后涌浪研究的重要方向,可以更好地理解涌浪风险,并可用于水库地质灾害风险管理和航道风险管理中。

基于地面三维激光扫描的三峡库区危岩体监测

三峡水库周期性蓄水改变了岸坡内的地下水渗流场和应力场,降低岩土体的剪切强度,对库岸边坡、岩体稳定性影响很大。以往库区岸坡岩体形变监测主要通过设置固定点进行观测,难以发现岩体整体变化情况。地面三维激光扫描方法能获取岩体整体表面厘米精度的点云数据,具有无需接触目标、获取速度快、精度高等特点,非常适合库区高陡危岩体表面三维形变监测。以巫山箭穿洞危岩体为例,采用地面三维激光扫描方法对箭穿洞危岩体进行了为期2年(2017—2018年)共3期监测,以第一期观测目标周围稳定岩体数据为基准,对数据进行重叠点云迭代配准,点云配准精度优于±2.7 cm。针对箭穿洞危岩体在观测时段内的变化情况,构建危岩体区域的基准不规则三角网模型,以点到基准面最近距离法结合危岩体变化区间分析其变形。通过对比分析箭穿洞危岩体3期观测数据,发现相对于2017年,2018年箭穿洞危岩体左侧岩体有变形趋势;在库区蓄水阶段,危岩体局部多处存在明显凹陷变化,局部因蓄水影响发生约-0.03~-0.07 m变形。结果证明三维激光扫描技术在库岸高陡边坡形变监测中的有效性,为三峡库区高陡危岩体形变监测及地质灾害防治工作提供了参考。

巫峡岩溶岸坡结构面相似材料试验研究——以箭穿洞危岩体为例

我国西南岩溶山区是世界上最大的连片裸露岩溶地区,地质环境脆弱,人类工程活动强烈,群死群伤的灾难性滑坡频发,巫峡地区的岩溶岸坡发育尤为突出。由于三峡库区蓄水及库水位波动,部分岩溶岸坡(如箭穿洞)发生了不同程度的变形与失稳,极大地影响了水库的安全运行。为了确定巫峡岩溶岸坡箭穿洞地质力学模型试验结构面相似材料的最佳配比,以重晶石粉、石英砂、石膏和水为原料配置结构面相似材料,基于正交试验设计方法开展相似材料配比试验研究。以骨胶比(骨料/胶结剂)、水膏比(水/石膏)、重骨比(重晶石/骨料)为三个控制因素,开展三轴压缩试验,获得不同配比相似材料的力学指标。通过采用模糊综合评判法获得最佳相似材料配比并开展岩体结构面黏结材料相似性模拟试验,同时,在不同正交设计水平条件下各控制因素对不同物理力学参数进行敏感性分析。研究结果表明:不同配比相似材料的力学参数分布范围较大,劣化效应明显,能够满足地质力学模型试验结构面相似材料的基本特征要求;相似材料的密度和内摩擦角主要受骨胶比控制,黏聚力主要受水膏比控制。此研究成果可为后续地质力学模型试验的顺利进行提供一定的理论依据和实践经验,为三峡库区防灾减灾与预警评估提供基础理论支撑,从而提升我国岩溶山区地质灾害防灾减灾的能力。

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。