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大型高陡危岩崩塌初始失稳过程短暂,难以在现场进行及时观测并获取有效数据,为此引入离心模型试验。以重庆甑子岩陡崖高陡危岩崩塌为原型,对危岩崩塌启动机制展开研究,获取关键数据,定量化验证甑子岩危岩失稳的关键影响因素,探索危岩崩塌的离心模型试验方法。试验较好地完成了对岩质崩塌初始失稳过程的模拟,当危岩模型底部区域抗压强度为60 kPa时,失稳时刻离心加速度为73g;当抗压强度降至40 kPa时,失稳时刻离心加速度仅为18g;对照组试验证明高陡危岩底部区域强度对其整体稳定性起控制性作用。试验模型中上部岩体的失稳方式与原型具有一定差异,分析认为其原因除试验因素引入外力作用之外,主要是由于模型材料没有考虑原型的节理裂隙与抗拉强度所致,这表明高陡危岩崩塌模式除受底部岩体强度控制外,还与中上部岩体性状密切相关。研究结果可为高陡危岩压裂溃屈失稳机制提供试验依据与数据支撑,对崩塌灾害机理研究具有重要参考。 相似文献
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为分析不同饱水条件下露天矿坑边坡稳定性,基于尖点突变理论,考虑矿坑水位变化对滑坡面岩体的劣化作用,构建饱水条件下边坡稳定性分析尖点突变模型。结果表明:不同饱水条件下对边坡岩石力学性质产生损伤,损伤演化方程符合负指数变化规律,并根据弱化规律建立非线性饱水弱化函数;对饱水滑面介质建立本构方程,引入饱水弱化函数,构建不同饱水条件下边坡稳定性分析尖点突变模型;根据尖点突变模型判别式得到,饱水作用对岩石损伤越大,判别值逐渐趋于0,边坡状态由稳定向失稳方向转变。研究成果可为边坡体内部含有的地质构造,如软弱结构等,以及受水位影响的库岸边坡稳定性分析提供有益思路。 相似文献
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差异风化型危岩多形成于由砂岩和泥岩等软、硬岩性组成的互层陡倾岩质边坡中,其崩塌破坏属地质灾害中的常见形态。以普洱渡危岩高边坡为例,推导出差异风化型危岩岩腔后壁泥岩压应力随岩腔深度增加而增大的计算公式。据普洱渡危岩高边坡地形地貌和地质构造特征建立了两类4种差异风化型危岩力学模型：第1类为主控结构面贯通率等于1时的泥岩基座压裂破坏型和转动破坏型危岩;第2类为主控结构面贯通率小于1时的坠落型和倾倒型危岩。利用岩石强度理论推导出研究区砂岩的二次抛物线型摩尔强度包络方程,以极限平衡理论和摩尔强度理论推导了4种危岩体在自重、地震力和裂隙水压力共同作用下的崩塌破坏判别表达式,并由此反演出危岩体的临界崩塌边界方程,得出危岩体崩塌边界（岩腔深度、危岩体厚度和高度、主控裂隙深度）之间的关系,为现场预测和判别危岩体的稳定性和崩落时序提供简便可靠的依据。 相似文献
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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。 相似文献
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拉裂-滑移式黄土崩塌是黄土地区高速公路建设过程中常见的一种崩塌灾害。根据土体极限平衡方程,得到黄土斜坡后缘最大竖直拉张裂隙深度。引进水致弱化函数,分别建立了竖直裂隙面介质及潜在滑移面介质的本构方程。根据崩塌体能量守恒原理及尖点突变理论,建立了拉裂-滑移式黄土崩塌隐患的尖点突变模型。根据该模型,探讨了拉裂-滑移式黄土崩塌的形成机制。认为黄土斜坡开挖后,后缘形成拉张裂隙,在裂隙充水的作用下,竖直拉张裂隙的剪切模量增大,潜在滑移面的剪切模量减小,当黄土含水饱和度达到一定程度时候,系统发生突变,滑裂面形成,土体重心不断向临空面移动。其重心一旦滑出陡坡,就会产生崩塌。根据极限平衡方程,结合摩尔-库仑定律,建立了拉裂-滑移式黄土崩塌隐患体的稳定性计算公式。研究结果对黄土崩塌治理的设计与施工具有重要参考价值。 相似文献
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在地质调查和现场监测的基础上,研究了望霞W1危岩体变形-演化的动力学过程。危岩体位于重庆市巫山县两坪乡,受裂隙切割成柱状。岩性为中厚层硅质、泥质灰岩夹燧石层,危岩体下部基座为粉砂岩、粘土岩及煤线,形成上硬下软的地层结构。研究表明:危岩体局部变形失稳过程与整体失稳过程的位移变形曲线表现出相似性,可划分为前期累积变形、匀速变形、加速变形和临界加速变形等四个阶段。望霞危岩的特殊地质结构、地质环境为危岩的孕育和破坏提供了地质基础。人为活动和降雨对危岩的变形破坏具有显著的影响。 相似文献
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在地质调查和现场监测的基础上,研究了望霞W1危岩体变形-演化的动力学过程。危岩体位于重庆市巫山县两坪乡,受裂隙切割成柱状。岩性为中厚层硅质、泥质灰岩夹燧石层,危岩体下部基座为粉砂岩、粘土岩及煤线,形成上硬下软的地层结构。研究表明:危岩体局部变形失稳过程与整体失稳过程的位移变形曲线表现出相似性,可划分为前期累积变形、匀速变形、加速变形和临界加速变形等四个阶段。望霞危岩的特殊地质结构、地质环境为危岩的孕育和破坏提供了地质基础。人为活动和降雨对危岩的变形破坏具有显著的影响。 相似文献
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塔状岩体是中国西南灰岩山区常见的地质灾害隐患.这类岩体点多面广,破坏频率极高,诱发因素甚多.以甑子岩危岩体为例,基于影像资料,详细剖析了塔状岩体的崩塌失稳过程,重点对其失稳过程中的运动特征开展了研究.认为甑子岩危岩失稳可分为启动、加速、碰撞3个运动阶段,塔状岩体的破坏从底部开始,在上覆岩体下坠过程中,呈现出由下至上、裂缝扩展、破坏传递、空中崩解的特点.研究发现甑子岩塔状岩体的加速度曲线在下降阶段表现出类似缓冲现象的连续负向波动,且不同位置测点的运动特征曲线具有显著的时效差异性,表明塔状岩体在失稳下坠过程中同步发生着破裂、碰撞、解体等变化. 相似文献
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在调查重庆南川甑子岩-二垭岩段88处近水平层状大型危岩形成的地质环境背景基础上,分析了危岩发育特征、影响因素以及稳定情况,查明了危岩体结构与失稳模式的相关性,分坠落式、倾倒式、滑移式三种失稳模式进行稳定性分析。研究表明该危岩带是金佛山向斜核部经长期地质演化形成的近水平层状厚层灰岩陡崖,受降雨、岩溶、底部软弱层及大面积地下采空影响形成的,属特大型危岩带。其中,危岩带内的塔状岩体是西南缓倾层状灰岩山区典型的危岩类型,破坏机理复杂,易形成崩塌碎屑流。通过稳定性计算并综合考虑现场调查结果,认为带内危岩体在天然工况下整体稳定性较高,但暴雨工况和地震工况下稳定性骤降,尤其是危岩分布集中的甑子岩、和尚帽以及二垭岩区段,具有较高的成灾可能性,亟需开展监测预警工作。 相似文献
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基于边坡系统能量的原理,借助FLAC3D有限差分法内嵌FISH语言进行了三维露天矿边坡模型在开挖过程中能量计算的二次开发。将能量与突变理论相结合,以边坡系统的总耗散能作为状态变量,构建了边坡系统的能量耗散突变判别准则。以大孤山露天矿西北帮边坡为例,通过能量耗散突变分析、塑性区演化分析、安全系数变化分析及关键点位移分析可知,以上分析得到的边坡稳定性演化规律具有一致性,验证了提出的突变判别准则的适用性,研究结果表明：能量突变特征值 是露天矿边坡在第ki步开挖后发生失稳的充要力学条件;当进行至第6～8步开挖时,边坡局部岩体系统发生了失稳,且第7、8、9三个台阶受开挖扰动的影响较为严重,与现场的实际开挖情况相符,为预防露天矿边坡在开挖扰动过程中的局部围岩系统失稳提供了一定的理论支持。 相似文献
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Sun Bing Yang Haowei Zeng Sheng Luo Yu 《Geotechnical and Geological Engineering》2022,40(11):5577-5591
The effect law of deformation and failure of a jointed rock mass is essential for underground engineering safety and stability evaluation. In order to study the evolution mechanism and precursory characteristics of instability and failure of jointed rock masses, uniaxial compression and acoustic emission (AE) tests are conducted on sandstones with different joint dip angles. To simulate the mechanical behavior of the rock, a jointed rock mass damage constitutive model with AE characteristic parameters is created based on damage mechanics theory and taking into account the effect of rock mass structure and load coupling. To quantify the mechanism of rock instability, a cusp catastrophe model with AE characteristic parameters is created based on catastrophe theory. The results indicate that when the joint dip angle increases from 0° to 90°, the failure mechanism of sandstone shifts from tensile to shear, with 45° being the critical failure mode. Sandstone's compressive strength reduces initially and subsequently increases, resulting in a U-shaped distribution. The developed damage constitutive model's theoretical curve closely matches the test curve, indicating that the model can reasonably describe the damage evolution of sandstone. The cusp catastrophe model has a high forecast accuracy, and when combined with the damage constitutive model, the prediction accuracy can be increased further. The research results can provide theoretical guidance for the safety and stability evaluation of underground engineering.
相似文献13.
三峡库区巫峡段发现多处顺层岸坡滑移−弯曲变形迹象,库水循环涨落加剧了岸坡前缘劣化损伤与失稳破坏。以巫峡段青石 6号坡为例构建室内概化模型,开展顺层灰岩岸坡在消落带岩体劣化下的灾变机制研究。研究结果表明：蓄水前岸坡整体长期处于稳定状态。随着劣化进行,蓄水后岸坡变形加剧直至溃屈破坏,岩体劣化缩短了劣化−溃屈失稳进程。运动学分析显示,溃屈破坏时同一岩层达到速度峰值近似。岩层“弯折点”后部运动特征较为一致,前部较为离散。溃屈破坏点是岸坡能量释放的转折点和顶点;随劣化演变位移、应力逐渐递增,呈现提前破坏征兆,溃屈破坏前后应力产生“集中−释放”。整体来看,应力变化提前于位移,表明应力监测更有效。应力监测的核心在于关键区段的确定,对于劣化−溃屈型岸坡来讲,前缘“挠曲段”处应力陡增可作为岸坡临界失稳的重要表征;“劣化−溃屈”演化进程中后缘推挤始终存在,它是岸坡灾变的前提。但岸坡失稳的主导因素却是消落带岩体持续不断的劣化。青石 6 号坡当前处于向强烈弯曲隆起演化进程中,由于消落带岩体持续劣化,可能由稳定/基本稳定逐渐演变为欠稳定状态。 相似文献
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分岔隧道模型试验与数值模拟超载安全度研究 总被引：2，自引：1，他引：1
超载试验能得到隧道的超载安全度,通过大型地质力学模型对分岔隧道进行了超载试验,模拟了分岔隧道在不同侧压系数下围岩的变形、应力分布和破坏情况。同时,应用三维数值分析软件对模拟区域进行了模拟。模型试验和数值模拟结果分析表明,随着侧压系数K的增加,分岔隧道的侧向位移增加,拱顶位移由向下变为向上;当侧压系数为K=3.5时,应力达到极限;当侧压系数K≥4.0时,位移突变,最终最大位移达到100 mm;塑性区骤增,隧道拱顶围岩开始开裂,且有块体掉落。分岔隧道的拱顶和两帮是最易破坏的区域,隧道超载安全度为3.5。 相似文献
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随着地下工程开挖深度的增加,深部岩体将处于高应力和复杂的地质环境中,产生与浅埋洞室破坏模式迥异的分区破裂现象。深部洞室在动力卸荷作用下,基于应变梯度理论和损伤软化模型,建立了弹塑性损伤软化动力模型,推导了含有应变梯度项的运动方程、平衡方程和边界条件,提出相应的破坏判据,采用Runge-Kutta方法和Matlab数值软件求得不同卸载时刻围岩附加位移场、应力场和开挖后围岩总位移场、应力场,得到深部洞室围岩分区破裂的动态形成过程和发展规律。由理论计算值与地质力学模型试验实测值对比分析得知,围岩的径向位移、径向应力和切向应力出现波峰和波谷交替振荡的变化规律,理论计算得到的破裂区和非破裂区的宽度和数量与试验实测值有很好的一致性,证实了该模型分析分区破裂现象的适用性,对以后深部地下工程围岩变形破坏和支护设计提供理论支持。 相似文献
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高陡岩质边坡危岩体失稳机理与稳定性评价一直是学者们关注的重点问题。相比于以定性分析为主的传统稳定性评价方法, 数值模拟分析方法在危岩体稳定性评价工作中得到越来越广泛的应用。而如何快速准确地建立复杂三维精细化地质模型, 尽可能还原岩体结构特征信息, 并与数值模拟软件进行无损对接, 进而定量评价危岩体稳定性仍是目前急需解决的问题。在野外现场调查结果的基础上, 对浙江神仙居景区神龙瀑景点处的地质灾害隐患点进行高精度三维激光扫描, 基于逆向工程建模软件Geomagic Studio, 对扫描获取的点云数据进行模型重建, 借助有限元网格划分软件Hypermesh对曲面模型进行三维实体化和网格划分处理, 再导入数值模拟软件FLAC3D中进行计算。结果表明, 神龙瀑边坡受拉破坏危岩体后缘裂隙最大拉应力接近抗拉强度, 且存在明显位移, 极有可能发生滑移-坠落。然后通过FLAC3D内置FISH语言进行二次开发, 计算结构面塑性破坏单元数目在总单元数目中的占比, 得出危岩体失稳概率为20%以上。该结果与现场灾害调查、数值分析结果相互印证, 预测了危岩体的潜在破坏范围, 提出了相应的防治措施建议。上述分析结果可为当地旅游管理部门的灾害防治工作提供理论依据和指导。 相似文献
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Microcrack-based coupled damage and flow modeling of fracturing evolution in permeable brittle rocks
Microcracks in brittle rocks affect not only the local mechanical properties, but also the poroelastic behavior and permeability. A continuum coupled hydro-mechanical modeling approach is presented using a two-scale conceptual model representing realistic rock material containing micro-fractures. This approach combines a microcrack-based continuous damage model within generalized Biot poroelasticity, in which the tensors of macroscopic elastic stiffness, Biot effective stress coefficient and of overall permeability are directly related to microcrack growth. Heterogeneity in both mechanical and hydraulic properties evolves from an initially random distribution of damage to produce localized failure and fluid transmission. A significant advantage of the approach is the ability to accurately predict the evolution of realistic fracturing and associated fluid flow in permeable rocks where pre-existing fractures exert significant control. The model is validated for biaxial failure of rock in compression and replicates typical pre- and post-peak strength metrics of stress drop, AE event counts, permeability evolution and failure modes. The model is applied to the simulation of hydraulic fracturing in permeable rocks to examine the effects of heterogeneities, permeability and borehole pressurization rate on the initiation of fracturing. The results indicate that more homogenous rocks require higher hydraulic pressure to initiate fracturing and breakdown. Moreover, both the fracturing initiation pressure and breakdown pressure decrease with permeability but increase with borehole pressurization rate, and the upper and lower limit of the initiation pressure are seen to be given by the impermeable (Hubbert–Willis) and permeable (Haimson–Fairhurst) borehole wall solutions, respectively. The numerical results are shown to be in good agreement with the experimental observations and theoretical results. This coupled damage and flow modeling approach provides an alternative way to solve a variety of complicated hydro-mechanical problems in practical rock engineering with the process coupling strictly enforced. 相似文献
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金川二矿区多中段开采曾引起了许多研究焦点,尤其是多中段开采导致的围岩变形和灾变问题最为突出。本文以多年地表监测的结果验证了多中段开采至结束期间并没有造成地表岩体变形的异常或突变。研究认为开挖的地质力学模型内所赋存的岩体应变能是一定值,开挖活动是能量耗散和转移的动态过程。因此,在构造应力影响的开挖力学模型中,不能采用外力边界条件而应采用位移边界条件。小步距开采-充填有利于避免大幅度的岩移发生,矿岩才保持了相对缓慢的低能量释放率的松动、破裂,是矿岩未发生大的灾变失稳的关键因素。最后指出,地表岩移速率大小主要与地下开采速度和采充比有关,在金川二矿地下开采速度和采充比基本保持不变的情况下,地表岩体移动、变形速率不会发生突变现象。 相似文献
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在地下深处开挖巷道会诱发应力的急剧调整,无疑会使围岩产生不同程度的损伤。开挖的动态作用虽然持续时间较短,但造成的损伤为后续时效变形和工程扰动影响下的失稳破坏提供了基础条件。为了能够得到开挖作用引起的金川矿区深部巷道损伤区演化规律,从而对巷道损伤破坏进行针对性的防治,本文基于矿区的实际巷道埋深和岩体结构种类,采用等效开挖模拟方法和非均质模型进行了巷道开挖损伤问题的数值模拟研究。模拟结果揭示了在不同水平和岩体结构条件组合情况下开挖损伤区的演化过程和规律。根据研究区巷道的损伤破坏规律,本文提出了深部巷道开挖损伤演化的5种模式,并揭示了各种模式的诱发条件、表现特征、力学机制及发展趋势。相关认识和结论期望为理论和工程实践提供一定的借鉴和参考。 相似文献