四川省青川县麻柳沟斜坡形成演化机制及失稳运动特征

论文摘要

麻柳沟斜坡是典型的软弱基座型逆向层状岩体斜坡，其特殊的坡体结构决定了独特的形成演化机制，其前缘往往形成规模较大的危岩体或局部崩塌，带来比较严重的灾害问题。深入研究对麻柳沟斜坡形成演化机制及失稳运动特征，对有效防治该类斜坡工程灾害具有重要的理论价值和实际意义。本文系统地研究了麻柳沟斜坡坡体结构、岩体变形破坏特征及其空间分布特征，建立了斜坡四种变形破坏模式。在深入分析斜坡形成演化影响因素的作用机理的基础上，建立了斜坡形成演化的地质力学模式，运用二维离散元动态模拟斜坡形成演化过程，建立斜坡形成演化机制模式，进而评价预测斜坡危岩体稳定性。结合落石运动学计算理论及落石风险统计分析软件，深入研究落石在自重作用与强震抛射作用下的运动特征。具体内容及成果如下：1）研究区斜坡为软弱基座型中～缓倾逆向坡，上部陡崖出露白云岩，下部缓坡出露钙质绢云千枚岩。随着河谷下切及各种内外营力作用，引起斜坡应力重分布及应力集中效应，软弱基座产生弯曲、压缩、蠕变变形，致使白云岩产生倾倒拉裂或整体滑移下错破坏，根据已有变形破坏迹象及空间分布位置，将其划分为四个危岩单体。“5.12”汶川地震致使危岩Ⅰ东侧表层岩体发生楔形体抛射破坏，体积达5.0×103m3，崩塌总方量90%以上的落石停积于距离崖脚10m～140m范围内。2）建立了研究区斜坡岩体四种变形破坏模式：①滑移式破坏；②倾倒式破坏；③坠落式破坏；④强震抛射破坏。3）研究区斜坡形成演化地质力学模式为压致蠕变—拉裂—倾倒型，将其形成演化过程分为卸荷回弹陡立裂缝形成、前缘（压致蠕变—拉裂—倾倒）变形及深部（压致蠕变—拉裂）变形三阶段。采用二维离散元软件模拟沟谷下切至1300m高程时，斜坡岩体拉裂—倾倒的动态成因过程。4）研究区危岩稳定性的定性分析和定量计算评价预测结果一致，即危岩Ⅰ与危岩Ⅳ稳定状态良好，一般不会发生整体失稳，而危岩Ⅱ与危岩Ⅲ在强震等不利作用下会产生局部破坏甚至整体失稳。5）运用落石运动学计算理论，计算研究区落石在自重作用与强震抛射作用下，分别沿四条典型剖面的初始运动、碰撞过程及坡面运动各阶段运动特征：①落石与坡面碰撞使其运动特征急剧改变，斜坡总体较缓，落石运动速度和弹跳高度逐渐衰减，运动方式从跳跃转化为滚动直至停止；②缓坡平台对减小落石运动速度及弹跳高度起到良好缓冲作用；③落石主要停积在距离崖脚10m～140m范围内，符合现场调查结果；④强震抛射作用下的落石初始作斜上抛运动，其速度经历先减小后增大的变化过程，与自重作用相比，同坡段落石速度与弹跳高度均较大，且运动距离较远。选取运动轨迹2为典型剖面，采用落石风险统计分析软件，对自重作用与强震抛射作用下落石运动特征进行模拟分析，为使模拟运动特征更加接近实际，设定计算参数取值范围内进行动态取值，模拟结果与运动学计算基本符合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 斜坡形成演化机制
• 1.2.2 斜坡变形破坏机理
• 1.2.3 危岩体破坏模式
• 1.2.4 落石运动特征
• 1.3 研究内容、思路及技术路线
• 第2章 研究区自然地理与工程地质条件
• 2.1 研究区自然地理条件
• 2.1.1 交通位置
• 2.1.2 气象水文
• 2.2 研究区工程地质条件
• 2.2.1 地形地貌
• 2.2.2 地层岩性
• 2.2.3 地质构造
• 2.2.4 新构造运动及地震
• 2.2.5 水文地质条件
• 2.2.6 岩土体特性
• 第3章 斜坡变形破坏特征及形成演化机制
• 3.1 斜坡坡体结构
• 3.2 斜坡变形破坏特征
• 3.2.1 危岩Ⅰ变形破坏特征
• 3.2.2 危岩Ⅱ变形破坏特征
• 3.2.3 危岩Ⅲ变形破坏特征
• 3.2.4 危岩Ⅳ变形破坏特征
• 3.3 斜坡变形破坏模式
• 3.3.1 倾倒式破坏模式
• 3.3.2 滑移式破坏模式
• 3.3.3 坠落式破坏模式
• 3.3.4 强震抛射破坏
• 3.4 斜坡形成演化机制
• 3.4.1 斜坡形成演化影响因素
• 3.4.2 斜坡形成演化机制分析
• 3.4.3 斜坡形成演化数值模拟
• 第4章 危岩体稳定性评价与预测
• 4.1 危岩体稳定性评价方法
• 4.1.1 地质过程机制分析法
• 4.1.2 岩体结构分析法
• 4.1.3 工程地质比拟法
• 4.1.4 静力解析法
• 4.2 危岩体稳定性评价标准
• 4.2.1 定性评价标准
• 4.2.2 定量评价标准
• 4.3 研究区危岩体稳定性评价
• 4.3.1 危岩体稳定性定性评价
• 4.3.2 危岩体稳定性计算分析
• 第5章 斜坡失稳后运动特征分析
• 5.1 落石运动特征影响因素
• 5.1.1 落石的大小、形状及强度的影响
• 5.1.2 斜坡形态、物质组成及坡面起伏度的影响
• 5.2 落石运动轨迹计算理论
• 5.2.1 落石运动状态
• 5.2.2 落石初始运动
• 5.2.3 落石碰撞过程
• 5.2.4 落石坡面运动
• 5.3 研究区落石运动轨迹分析
• 5.3.1 “5.12”汶川地震落石停积特征
• 5.3.2 “5.12”汶川地震落石运动轨迹
• 5.3.3 落石运动轨迹计算结果分析
• 5.4 研究区落石运动轨迹模拟
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果