考虑消落带岩体劣化影响的典型危岩岸坡稳定性研究

三峡库区周期性水位升降引起的消落带岩体劣化对典型危岩岸坡稳定性具有重大影响。基于野外调研及地勘资料,采用通用离散单元法程序(universal distinct element code,简称UDEC)研究了消落带劣化区形态对近水平层状高陡危岩岸坡的稳定性影响。研究表明:目前三峡库区巫山段的近水平层状危岩岸坡消落带岩体劣化严重,在不同消落带劣化区存在紧密层状、松散碎裂状、溶蚀凹腔状、含挤压碎裂带等典型消落带劣化区形态;含有第1种消落带劣化区形态的危岩岸坡稳定性较好,危岩体位移较小,失稳模式为滑移破坏;含有第2种消落带劣化区形态的危岩岸坡危岩体先向坡内偏移,其后随着消落带岩体支撑强度弱化向坡外倾倒破坏;含有第3种消落带劣化区形态的危岩岸坡危岩体向坡外位移较大,失稳模式为倾倒破坏;含有第4种消落带劣化区形态的危岩岸坡稳定性主要受挤压破碎带的力学性质控制,易产生沿破碎带切割面的旋转滑移破坏;通过对以上4种劣化区形态的危岩岸坡增加防治加固措施,危岩体的变形位移得到了不同程度的有效控制。

乌长高速金旗特大桥高陡岸坡稳定性分析研究

贵州省乌长高速公路金旗特大桥跨越猫跳河,两岸岸坡危岩体及崩塌堆积体等不良地质条件较发育,严重影响桥梁选址及其安全。为研究该桥高陡岸坡的稳定性,该文通过空天地一体化综合勘察,查明了桥址区主要不良地质条件。结合数值分析及InSAR等技术手段,定量表征了岸坡危岩体的运动威胁范围,阐明了岸坡堆积体在内外动力作用下的稳定性及变形失稳模式。结果表明:①桥址区不良地质主要表现为陡崖卸荷带、危岩体和崩塌堆积体,危岩体的失稳破坏模式为拉裂‒倾倒式;②W1、W3和W4危岩体失稳后的运动距离分别为65 m、57 m和320 m,影响乌当岸桥台和长顺岸桥墩;③乌当岸坡堆积体在天然、降雨、降雨+地震3种工况下均处于稳定状态;长顺岸坡堆积体在天然和降雨条件下较稳定,在降雨+地震工况下上部堆积体与基岩接触面处剪切塑性区完全贯通,处于不稳定状态,其失稳破坏模式为蠕滑‒拉裂式。该研究结果可为贵州省深切峡谷及陡崖地区桥梁高陡岸坡的综合勘察和稳定性分析提供参考和借鉴。

基于AutoBank分析高土石围堰边坡稳定影响因素

高土石围堰的边坡稳定关系到水利水电工程的安全施工和施工进度。影响高土石围堰边坡稳定的因素众多。本文基于Auto Bank软件,采用控制变量法,分析堰体参数、边坡坡比、围堰高度、围堰基础、防渗体、排水措施等因素对高土石围堰边坡稳定的影响,可供工程应用参考。

三峡库区秭归碎屑岩岸坡消落带岩体劣化特性研究

岸坡消落带岩体劣化对岸稳定性演化和岸坡再造具有不利影响.三峡库区岸坡消落带长期处于145~175 m库水位升降环境,以三峡库区碎屑岩岸坡消落带岩体为研究对象,采取野外调查与测绘、室内试验、消落带岩体与未受库水位影响的自然风化区岩体的“比拟法”等综合方法,总结了碎屑岩岸坡消落带岩体劣化特征,基于消落带岩体劣化宏观现象,提出了碎屑岩岸坡消落带岩体的劣化模式,分析了碎屑岩岸坡消落带岩体劣化水动力作用机制.结果表明:岸坡消落带岩体劣化与岸坡结构、工程地质岩组和岩性具有明显的相关性.库水位升降水动力作用是诱发消落带岩体劣化的主要水动力条件.

三峡库区碎屑岩岸坡岩体钻孔成像特征及质量评价方法研究

三峡库区地层岩性复杂,岩体赋存环境差异性明显,影响岩体质量的因素较多,在周期性水力作用下碎屑岩岸坡岩体已形成独有的结构特征,对岸坡的长期安全与稳定性不利。在调查统计库区碎屑岩特征的基础上,开展了大量原位钻孔测试,分类总结了库区碎屑岩岸坡岩体典型的钻孔成像特点,详细分析了不同裂隙特征岩体钻孔岩芯的块体尺度与断裂特征。基于岩芯断裂特征与钻孔成像裂隙特征的对应关系,建立了岩体质量评价指标RQ,并与传统的岩石质量指标RQD和声波测试结果进行对比,验证了该指标的适用性。研究结果表明,三峡库区碎屑岩库岸影响岩体质量的钻孔成像特征主要有沉积分层结构、软弱充填结构、原生破碎带及钻孔轴向裂隙切割4种结构类型,RQ考虑了不同结构类型划分块体的长度区间,量化了不同区间岩体占比对岩体质量评价值的贡献,基于岩体内部结构特征可以更客观地评价碎屑岩岸坡的岩体质量,避免了钻孔取芯过程机械损伤引入的误差。研究成果有助于分析三峡库区碎屑岩岸坡岩体的质量分布特征,并为岩体质量演化的量化描述提供理论方法与技术思路。

库岸边坡消落带水-岩作用研究进展与展望

消落带岩体的损伤劣化直接影响库岸边坡的长期变形稳定.近年来,相关模拟库岸边坡消落带的水-岩作用的试验设备和测试技术逐步发展,消落带水-岩作用劣化效应及机理研究逐步完善,相关研究进展主要体现在如下4个方面:库岸边坡消落带水-岩作用试验方法从干湿循环逐步发展到考虑库水压力变化以及应力和水-岩耦合作用,但相关模拟复杂应力条件和库水环境耦合作用的专用仪器设备和方法亟待进一步研究完善;水-岩作用下各类岩石的劣化规律和微细观结构损伤演化特征得到系统研究,并建立了多种损伤劣化模型,但复杂赋存条件下库岸边坡消落带岩体损伤劣化与地层岩性、坡体结构的相关关系,以及消落带岩体的损伤劣化机理及模型亟待完善;在消落带岩体劣化现场测试方面,声波、回弹、探地雷达和钻孔成像技术逐渐得到应用,但相关适用于大范围、长周期的消落带岩体劣化现场测试及分析技术亟待完善;消落带岩体劣化已经逐渐成为影响岸坡长期变形稳定的因素之一,但消落带岩体损伤劣化诱发岸坡局部或者整体变形失稳的临界条件、变形破坏模式分析还不够系统.

三峡库区消落带岩体劣化下危岩体长期变形破坏机理——以冠木岭为例

三峡库区水位周期性变动导致消落带岩体劣化,加速了库区部分危岩体朝不稳定方向发展,潜在涌浪灾害威胁长江航道。本文以冠木岭危岩体为研究对象,阐述了冠木岭危岩体下部软弱层在收到上部荷载作用及库水波动影响下,岩体强度不断减弱,最终演化为倾倒滑移或基座压裂座滑的破坏模式。使用抗剪强度折减法计算了5种工况下随水位周期该危岩体的稳定性系数,结果表明:在现状自然工况下危岩体处于基本稳定状态,稳定性系数大约在1.3;在劣化工况下,强度以每个周期下降1%的速率进行折减,岩体劣化与强降雨+岩体劣化两种工况下,在20个水文周期的库水变动影响下,稳定性系数维持在1.1以上,处于基本稳定状态;库水+岩体劣化工况下稳定性系数由1.3下降到1.0,稳定性状态也从稳定状态过渡到极限平衡状态;库水+强降水+岩体劣化工况处于极限平衡-不稳定状态,在此种最不利条件下,危岩位移量达到11 m,稳定性系数下降到0.76,危岩处于不稳定状态;在经过长达20个水文周期的库水位变化后,考虑岩体劣化工况下的冠木岭危岩已处于极限平衡状态或不稳定状态,建议开展专项岩体劣化防治,提高危岩体稳定性,以保障航道安全。

黄河堤防丁坝(垛)水下根石动态监测预警系统研究

根石走失是黄河岸坝根石堆稳定性研究的关键问题。以黄河下游典型弯曲性河段的王窑险工和葛店险工为案例,研发黄河堤防丁坝(垛)水下根石动态监测预警系统,利用物联网感传知一体化分析技术、多要素监测数据分析技术和视频识别技术,通过智能感知终端和视频监控,实现对水下根石运行状态的全天候24小时监测,为黄河堤防安全运行提供可靠的依据。

干湿循环条件下岩石蠕变本构模型研究及应用

库水位周期性涨落使库区边坡岩石反复经历干湿循环过程,岩石蠕变特性发生显著变化,直接影响边坡稳定。针对干湿循环条件下岩石蠕变特性,将非线性阈值元件与西原模型串联,建立了考虑干湿循环作用的岩石蠕变本构模型。将该模型嵌入FLAC 3D分析程序中,并用于锦屏一级水电站左岸边坡蠕变分析。研究结果表明:提出的非线性蠕变本构模型可以准确描述岩石蠕变的全过程,通过二次开发分析程序能准确计算岩石蠕变位移,将其用于模拟分析不同干湿循环次数下边坡蠕变效果良好,能直观给出边坡蠕变位移显著增大区域的位置和范围,可为采取合理工程措施以保持边坡稳定及保障库坝运行安全提供参考。

基于岸坡稳定性的深切峡谷区桥墩选址研究

岸坡的整体稳定是深切峡谷区高速公路建设的关键因素,文中以某特大桥主墩选址为背景,根据国标中岩体结构的划分与Jcond 89对结构面等级划分方法,结合RMR 89分类法中考虑地下水对结构面条件评分的影响,构建新的GSI量化取值表。基于Hoek-Brown强度准则,获取岩体在一定应力条件下的非线性强度参数取值。计算主墩的稳定性,并通过离散元数值分析方法进一步分析岸坡的变形与位移情况。结果表明,当主墩位于K39+030与K39+580时,两岸岸坡稳定性均满足安全控制标准,且桥基处竖向位移均为毫米级别,适宜桥基修筑。

饱和-风干循环过程中砂岩次生孔隙率变化规律研究

三峡工程竣工后,库水每年将在145 m和175 m水位之间或缓慢或快速的升降,在库水位大幅度涨落的情况下,库岸边坡部分岩体处于"饱和-风干"的循环动态,水-岩循环作用将造成岩体性质劣化。据此,以三峡库区库岸边坡变幅带的砂岩为研究对象,设计了"饱和-风干"循环作用试验。试验结果表明,与常规浸泡试验相比,水压力的升、降变化和"饱和-风干"循环作用对岩体的损伤有累积放大作用,浸泡时水压力变化越大,对离子浓度和次生孔隙的影响越大,而且,"饱和-风干"循环次数越多,岩体的损伤越严重。提出了基于离子浓度变化计算岩石中次生孔隙率变化规律的方法,与实测次生孔隙率变化规律基本一致。因此,可以把这种方法应用到现场监测中去,通过长期监测离子浓度的变化来推测岩体中水化学反应发生的程度,以及次生孔隙率的发育情况。分析成果为研究库岸边坡岩体在"饱和-风干"循环过程中的岩体性质劣化规律奠定了一定的基础。

水-岩作用对砂岩卸荷力学特性及微观结构的影响

库岸坡岩体在工程建设中不可避免要遭遇开挖卸荷作用的影响,以三峡库区典型岸坡的层状砂岩为试验对象,设计开展了模拟库水位升降变化和浸泡-风干循环的水-岩作用试验,重点分析了水-岩作用对砂岩卸荷力学特性和微观结构的影响。研究表明:在10次水-岩作用过程中,砂岩的三轴卸荷强度、抗剪强度总体呈先陡后缓的劣化趋势,前4次水-岩作用的劣化速度较快,占总劣化度的70%左右,而后,劣化趋势逐渐趋缓;随着水-岩作用次数的增加,同一围压下岩样卸荷前的变形模量逐渐降低,围压卸载过程中变形模量的线性缓变阶段逐渐变短,非线性突变阶段逐渐变长、变缓,岩样的脆性特征逐渐减弱,塑性逐渐增强;水压力的反复升降变化和浸泡-风干循环作用对岩样造成了不可逆的渐进累积损伤,微观上岩样微裂纹、裂隙、孔隙逐步发育、汇集,宏观上就表现为孔隙率增加、三轴卸荷强度、抗剪强度的劣化。相关研究结论可为库岸边坡岩体开挖卸荷变形稳定分析提供参考。

某含软弱夹层顺层岸坡应力位移特征数值模拟

以三峡库区某含软弱夹层顺层岸坡为例,通过三维有限元数值模拟,研究未蓄水和蓄水至175m高程时,软弱夹层对岸坡岩体应力、位移的影响以及软弱夹层的位移特征。数值模拟结果表明:1)库区蓄水至175m时,该岸坡岩体水平方向位移增大0.097～0.005m,竖向位移增大0.055～0.025m;2)由外向里,岸坡4层软弱夹层的水平方向最大位移分别增大0.099m、0.097m、0.092m和0.075m,竖向最大位移分别增大0.080m、0.079m、0.071m和0.057m;3)第四层软弱夹层以外的岸坡岩体变形较协调,这一软弱夹层是岸坡潜在的最危险的破坏面;4)岸坡沿不同软弱夹层破坏时的最危险剪出高程分别在145.0m、125.0m、101.5m和101.5m附近。

红层水岩作用特征及库岸失稳过程分析

为了研究三峡库区红层岩土体水岩作用特征,分析库岸失稳的过程,通过统计获得三峡库区红层滑坡的分布规律,并通过X射线衍射对矿物进行分析,结合崩解试验观察和滑带土微观结构扫描,分析红层岩石遇水崩解、软化(泥化)和膨胀的水岩作用特性。以三峡库区典型库岸为例,分析红层水岩作用引起库岸失稳的过程。研究结果表明:富含亲水膨胀性矿物是红层岩土体具有特殊水岩作用特征的关键,红层岩石崩解首先沿缺陷发生,在干湿循环过程中不仅存在失水收缩的拉破坏,还存在吸水膨胀微裂隙尖端压应力集中引起的压剪破坏;红层滑带土在遇水膨胀前、后其矿物自身无明显变化,但矿物间连接结构被破坏,孔隙数量和孔径均有所增加,致使滑带土强度极低;巴东城区北侧库岸太矶头—旧县坪段巴东组第2段(T2b2)崩滑堆积体是互层状红层岩体差异崩解所致;红层膨胀性滑带土的抗剪强度极低,以及后缘水压力的推动作用使万州区近水平地层古滑坡群形成,古滑坡前缘堆积体具有多期活动的特点。

三峡水库碳酸盐岩区岩溶作用与斜坡破坏

三峡水库峡谷区矗立着大量岩溶不稳定库岸,危及长江黄金水道安全。采用野外勘查和力学分析,对三峡库区碳酸盐岩区岩溶作用与斜坡破坏关系进行深入研究。野外勘查发现,三峡库区碳酸盐岩库岸存在许多与溶洞、溶隙、溶蚀带、溶槽、溶沟等表层岩溶作用有关的斜坡不稳定现象。巫峡段库岸内共发育岩溶地质灾害及隐患点186处,其中滑坡隐患点37处,大型以上危岩体6个。岩体力学分析表明:强降雨、蓄水和岩体劣化会因为有效应力减少、强度下降而造成破裂的节理/裂隙逐渐扩大。同时,水位变动带岩体劣化的裂缝扩展速率比三峡的平均溶蚀率高出约1300倍,极大地加快了已经进入屈服状态的不稳定岩体的演化进程。溶蚀作用是岩溶岸坡中最基本的作用,库水长期波动加快了岩溶岸坡演化。本次研究将为三峡库区峡谷段不稳定库岸识别和防灾减灾提供技术支撑。

库水作用下公路岩质岸坡稳定性影响因素综合评判

以三峡库区公路岩质岸坡为研究对象,通过对库水作用的影响效应分析,建立了岸坡稳定性评价的参数指标评价体系以及相应的分级标准。在此基础上,应用影响因素综合评判方法,对实例岸坡进行了稳定性分级评价,评价结果与实际情况基本相符。

水-岩相互作用对库岸边坡稳定的影响研究

在三峡水库运营后,将按计划进行周期蓄、排水。对于构成库岸边坡的岩体来说,将受到库水"饱水-风干"水-岩循环作用造成的岩性劣化,进而对坡体稳定性构成严重危害。以砂岩为代表岩体,通过试验模拟了库岸边坡岩体在库水涨落情况下水-岩作用的过程,得出了砂岩受库水"饱水-风干"水-岩循环作用后抗剪强度的劣化规律。结合试验结果,运用FLAC进行了水-岩循环作用下岸坡稳定性的数值模拟,为库岸边坡的稳定性分析提供了有益的依据。

高陡岸坡桥基合理位置确定方法

运用岩体强度准则(Mohr准则和Hoek Brown经验判据),判定天然状态下岸坡的稳定性。用数值方法分析不同桥基位置的坡面岩体应力。以荷载作用对坡面岩体应力最大影响系数小于0 05为依据,确定桥基的安全水平距离。通过对不同位置桥基基底岩体应力的分析,进行桥基位置的验证或修正。用岩体强度准则对桥基位置下岩坡岩体强度进行校核,最终确定桥基合理位置。运用该方法对宜—万铁路野三河大桥万州岸桥基位置进行设计,在取桥基埋深为5m时,该桥桥基合理位置的水平距离为17m。

长江三峡工程库区宝塔坪滑坡前缘塌岸预测及防护

以长江三峡工程库区奉节宝塔坪滑坡为例,介绍滑坡前缘塌岸预测及防护工程设计方法,重点是石笼垫护坡设计。宝塔坪库岸段潜在的塌岸部位是滑坡前缘地带,该处阶地发育,仅第四系松散堆积物厚度即达50m以上。水库塌岸预测首先在滑坡前缘工程地质分带的基础上进行,对不同的分带用卡丘金法分别预测塌岸宽度,并对预测要点给予详细的说明。其次,分析了塌岸对滑坡稳定性的影响。这些工作揭示了滑坡体前缘防护的必要性。最后针对三峡水库运行特点及宝塔坪滑坡工程地质条件,确定滑坡前缘护坡工程方案,即自145～177m高程范围采用石笼垫和石笼挡土墙2类结构型式,并给出具体的设计方法。

水位降落期间土质岸坡稳定性劣化机理及趋势

以三峡库区典型的土质岸坡为研究对象,通过GeoStudio软件对库区岸坡进行数值模拟,计算水库蓄水期间,水位由175 m降落到145 m的工况下,岸坡的饱和-非饱和渗流场的变化趋势,研究土质岸坡稳定性劣化机理。计算结果表明:库水位降落期间,随着渗透系数的减小,土质岸坡稳定系数下降得越快,且岸坡稳定系数曲线有相似的下降趋势。