库水升降作用下灰岩岸坡稳定性数值研究

基于现场调研与采样,采用室内力学试验测定灰岩力学参数与干湿循环下强度劣化规律;基于UDEC建立库岸边坡数值模型,研究了三峡库区反倾岸坡、顺层岸坡、近水平层状岸坡及含危岩体岸坡在库水升降作用下的失稳演化过程及消落带劣化深度与岩层厚度对岸坡稳定性的影响规律。结果表明:库水升降作用下岸坡的失稳过程可以分为裂隙萌生发育、裂隙发展贯通和坡体失稳破坏阶段;随着消落带劣化深度的增加,4种岸坡稳定性系数降低;随着岩层厚度的增加,4种岸坡的稳定性系数升高。近水平层状岸坡稳定性系数受以上2种因素影响最大,而随着干湿循环次数增加发生的变化最小;当劣化深度大于10 m以及岩层厚度大于5 m时,含危岩体岸坡稳定性系数随影响因素水平变化而产生的变化量较小。长远来看,受库水影响的4种典型岩质岸坡稳定性从大到小依次为反倾岸坡、近水平层状岸坡、顺层岸坡、含危岩体岸坡。

三峡库区碳酸岩岸坡消落带岩体劣化特性

岸坡消落带是库水位升降形成的干湿交替作用区域。与岸坡其他地段相比,岸坡消落带水岩作用强烈,不断改造库岸的形貌特征,影响岸坡的整体或局部稳定性。消落带岩体劣化研究在劣化特征、劣化分类,以及劣化评价方法、指标研究方面存在不足。本文以三峡库区秭归和巴东干(支)流碳酸岩岸坡消落带岩体为研究对象,采取调(勘)查与试验、“比拟法”等综合分析方法,对碳酸岩消落区岩体劣化特征、过程及机制进行了系统研究,得到以下结论。(1)基于岸坡消落区岩体劣化的宏观效应,可划分为4种劣化类型;库水和地下水联动作用影响消落区岩体劣化的范围,沿深度方向呈现逐渐减弱的趋势,根据岩体劣化程度,可划分为3个区。(2)岩体各类结构面劣化最为严重,尤其是裂隙结构面,控制着岩体劣化的主要特征和类型。(3)库水作用方式和水的溶蚀性强弱影响岩体劣化的进展和演化发展模式。(4)根据库水与岸坡地下水联动程度,结合工程应用,提出了碳酸岩岸坡消落带岩体劣化的评价指标和评价方法。研究成果对消落带岩体劣化评价及岸坡稳定性演化评价具有一定的参考意义。

含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤机制研究

对消落带劣化岩体及水库诱发地震共同影响下三峡库区某典型危岩边坡的稳定性进行了研究,设计并开展了几何相似比为1:100的振动台模型试验,探讨了含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤—失稳破坏演化全过程及其动力响应规律。研究表明:含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤—失稳破坏全过程可归结为坡体内部损伤累积—裂隙发育—次级节理与深大裂隙贯通—失稳倾倒,同时伴随消落带岩体表层松动—掉落—破坏及内部出现渗流网—形成渗流通道—形成“凹腔”的复合破坏模式;随着地震动的持续,危岩体内部动力响应规律具有典型的“趋高”及“趋表”效应,危岩边坡表面累积位移不断增加,消落带处孔隙水压力整体增加,危岩边坡内部水平向及竖直向土压力在全阶段中整体均呈先增大后减小的规律;危岩边坡自振频率及阻尼比在全阶段整体呈减小和增加的趋势;在小震结束前阶段及强震阶段,危岩边坡损伤度曲线分别呈“S”型分布和指数型分布。

三峡库区消落带岸坡岩体劣化特性测试及质量评价

三峡库区自2003年首次蓄水以来,在库水位周期性升降作用下,消落带岸坡岩体的物理力学性质逐渐劣化,从而引发多次岩质岸坡的失稳破坏,严重影响和威胁库区航道运营安全。以三峡库区典型的泥质粉砂岩、泥灰岩、灰岩岸坡为研究对象,应用地质雷达、回弹仪对消落带及高水位以上的岩质岸坡进行岩体质量测试,采用钻孔取芯及室内声波测试进行验证,对岩体劣化性质进行了质量评价。研究认为三峡库区岸坡岩体的劣化模式分为溶蚀塌落型、层面龟裂型、层间碎裂型和侵蚀剥落型4类,并提出了水库岸坡岩体质量劣化性质的现场评价方法与指标体系。研究成果对于大型水库岩质岸坡岩体质量劣化评价及稳定性分析具有指导和参考价值。

消落带岩体劣化下顺层岩质边坡动力响应规律试验研究

三峡库区蓄水后导致的消落带岩体劣化和水库诱发地震对岸坡稳定性具有重大影响。采用振动台模型试验探究了消落带岩体劣化下顺层岩质边坡受持续地震荷载作用时的动力响应规律。研究表明:坡体加速度响应具有显著的“高程效应”和“趋表效应”特性,且历经多次地震荷载作用后坡体PGA放大系数衰弱明显,而坡体累积位移、孔隙水压力及土压力随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、增大及减小的变化趋势;坡体阻尼比、自振频率及损伤度随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、减小及增大的变化趋势,且微小地震和强震作用阶段的坡体非线性累积损伤力学模型可分别采用“S”型三次函数和“陡升”型指数函数表征;坡体累积损伤—失稳破坏演化过程表现为坡顶后缘(次级节理和层面)起裂—扩展—贯通、岩体沿复合滑动面整体滑移及完全破坏后岩体呈多尺度破碎块状堆积于坡脚,且消落带岩体受震动、溶蚀及冲刷耦合作用后破碎较严重,并近乎产生整体滑移而形成显著的“凹腔”。

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。

消落带劣化下含锯齿状结构面岩质边坡动力响应机制研究

基于振动台模型试验,探究地震荷载持续激励和消落带劣化共同作用下含锯齿状结构面岩质边坡动力响应机制。研究表明:边坡动力响应具有“高程效应”和“趋表效应”,坡体PGA放大系数随地震荷载持续作用逐渐衰弱,而坡体累积位移、土压力及消落带孔隙水压力分别呈不断增大、减小及增大的变化规律;坡体渐进破坏演化过程表现为微裂隙萌生发育→宏观裂隙扩展贯通→宏观复合滑裂面形成后失稳破坏;坡内低、中及高起伏度锯齿状层面的滑移损伤痕迹不同,分别呈爬坡、爬坡–啃断、啃断破坏;消落带岩体地震和水冲蚀作用下预制节理张开度、劣化深度及范围不断增大并形成少数脱裂型空腔;结合坡体自振频率和阻尼比分别呈逐渐增大和减小响应规律,建立边坡岩体非线性累积损伤数学模型,将微小地震和强震作用阶段的坡体损伤度演化过程分别采用“S型”函数和“上凹型”函数表征。