论文摘要
危岩(Perilous rock)是指位于陡崖或陡坡上被岩体结构面切割且稳定性较差的岩石块体,其形成、失稳与运动属于边坡地貌动力过程演化的主要形式之一。位于陡崖上的危岩崩塌具有群发性和规律性。本文分别从地貌学和力学角度解释了群发性危岩崩塌的规律。本文主要内容为:(1)基于现场调查,根据几个典型的陡崖地貌形迹结合地貌分析原理,验证了三峡库区危岩链式规律,包括危岩从坡脚向坡顶逐渐崩落的微观链和从临空面向山体内部后退的宏观链;危岩链式规律可分为仅有一个宏观链简单模式和多个宏观链同时发育的复合嵌套模式;陡崖坡脚岩腔的形成过程及其卸荷效应是三峡库区危岩链式规律的孕育源。(2)根据构造应力场与结构面的关系揭示了危岩主控结构面的形成机制。基于断裂力学基本原理得到了危岩主控结构面应力强度因子计算方法。通过定义主控结构面裂端损伤区,运用损伤力学方法建立了裂端损伤区的即时泊松比和即时弹性模量的计算方法,并据此构建了主控结构面裂端损伤模型。由11种不同贯通率砂浆试件做直剪试验,获得了C、φ值与贯通率之间的非线性实验曲线,据此建立了考虑不同贯通率和防治工程安全等级的危岩主控结构面C、φ值计算方法,即贯通率法。(3)危岩体的形成时间主要由岩腔的形成时间和主控结构面的贯通时间决定。根据现场观测发现泥岩风化具有显著的压裂特点,泥岩压裂风化速度是自然状态下风化速度的2～7倍;运用地貌分析法提出了岩腔后壁平行后退的演化模型,通过有限元数值模拟初步揭示了岩腔后壁顶部竖向位移及脚部压应力随岩腔深度增加而近似线性增大的规律。危岩主控结构面的临界长度形成时间包含自重作用下的蠕变扩展时间和裂隙水疲劳作用下的疲劳断裂时间。(4)为了研究群发性崩塌规律的力学过程将其分为微观链的相互作用力学机制研究和多个宏观链耦合作用下的陡崖后退力学演绎。对于单个宏观链中采用危岩块体的转角衡量危岩块之间的相互作用,首先计算出不考虑相互作用时危岩块的转角,然后运用能量守恒原理得到各个危岩块相互作用后的实际转角计算方法,据此由转角建立了各个危岩块的等效弯矩计算公式。基于断裂力学和损伤力学原理得到了各危岩块崩落时间的计算方法。对于多个宏观链耦合作用下的陡崖以各层危岩体挠度为中间变量,基于极限平衡理论建立了各层危岩体之间相互作用荷载的计算方法;引入广义kelvin蠕变断裂模型,建立了考虑危岩蠕变效应的危岩断裂强度因子计算方法,根据危岩体破坏判别因子可判别危岩体所处的力学性态。经过实例分析表明,本文建立的岩质陡坡后退力学分析方法与实际情况基本一致。