澜沧江上游哑贡深部倾倒变形体的形成机制及稳定性分析

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近年来,随着基础设施建设的推进,在国内外的道路、轨道交通、水工、矿山工程等方面,层状岩质反倾斜坡倾倒变形及变形体灾变失稳破坏时常发生,对人民生命财产安全及重大工程建设产生了严重的威胁,因此开展深部倾倒变形体的形成机制、灾变失稳机制和稳定性分析极为必要及迫切。本文以哑贡倾倒变形体为研究对象,通过对现场反倾斜坡的实地调查,结合室内物理模型试验,对该倾倒变形体的演化过程和破坏特征进行了深入探究,同时运用PFC软件建立离散数值模型,将其计算结果与物理试验结果进行对比验证。然后对哑贡倾倒变形体典型剖面进行底摩擦试验,分析坡体的灾变机制和失稳破坏特征。最后运用FLAC3D软件模拟分析三维斜坡内应力场特征,并采用3DEC软件进行强度折减,评价其稳定性和稳定性分区,主要取得了以下几点研究成果和结论:(1)通过现场工程地质综合分析,发现哑贡倾倒变形体岩体结构主要以层状结构的砂岩、板岩,块状结构的玄武岩、轻变质岩为主,在澜沧江及木水河的共同快速下切作用及大型构造断裂作用的影响下,向两个不同的临空方向发生倾倒变形,斜坡坡表与深部变形破坏均较为强烈。(2)依据现场边坡特征构建地质概化模型,通过开挖模拟河谷下切,分析倾倒变形演化过程和岩体的响应特征。进一步采用颗粒流软件PFC建立二维分析模型,再现哑贡倾倒变形体的形成过程,将倾倒变形体演化过程总结为卸荷回弹,裂隙产生阶段、剪切变形,裂隙扩展阶段、折断破坏,裂隙贯通阶段三个阶段。认为研究区的倾倒变形体随着河谷下切斜坡浅表部岩体最先出现弯曲倾倒现象,随着变形加剧,大规模倾倒变形体形成,导致坡内形成了三条主要的倾倒折断带,倾倒岩体会沿着最先形成的折断带发生剪切和错动,从而使坡体内前部的岩体被紧紧挤压,甚至使岩层产生“S”型褶皱。同时,倾倒岩体前部的倾倒折断带内裂隙受挤压作用呈闭合状,而倾倒岩体后部的折断带内裂隙在拉张剪切作用下呈张开状。当倾倒岩体演化为滑坡时,挤压紧密的岩体和呈闭合状的倾倒折断带有利于坡体的稳定,但如果坡体前部挤压揉皱的岩体在河流下切的作用下进一步侵蚀破坏,会加速斜坡的失稳破坏。(3)选取哑贡倾倒变形体K-K’与H-H’两个典型剖面,通过底摩擦模型试验结合数字摄影设备和图像处理软件,分析边坡失稳破坏过程中变形破坏特征、速度场和监测线下的模型应变率,结果表明:模型开挖后倾倒岩层呈叠瓦式倾倒坠覆,倾倒折断带从坡底向上发育贯通形成深部滑动面,且滑动面从倾角变化可分为上、下两部分,滑动面以上裂缝在拉张作用下形成呈张开状,倾角值较大;以下部分在挤压作用下形成呈挤压闭合状,滑动面倾角较小。试验中K-K’剖面滑动面倾角均值大于H-H’剖面,对比发现滑动面倾角大小与坡面形态有关,斜坡坡肩曲率越大则滑动面倾角越大。总体来说,哑贡倾倒变形体失稳灾变可能性较大,木水河一侧灾变影响范围大于澜沧江一侧。(4)通过Griddle构建三维地质模型,运用FLAC3D进行应力场数值分析,计算结果表明:哑贡倾倒变形体主应力特征整体在深度方向上均匀分布,以自重应力场特征相同的压应力为主,坡体后部出现拉应力,整体符合河谷高边坡应力分布模式。(5)基于3DEC软件自定义人工强度折减法,开展哑贡倾倒变形稳定性评价及分区工作,依据位移变形收敛特征及其块体变形运动趋势将该斜坡分为极不稳定、不稳定、较不稳定、较稳定、稳定和极稳定等六类分区。并分析主要贯通结构面以及节理面接触强度对该斜坡稳定性的影响,认为哑贡倾倒变形体在两侧河谷持续快速下切作用下,斜坡整体变形以澜沧江一侧变形为主,变形趋势在走滑断层和前部玄武岩的共同作用下向木水河一侧偏转。待斜坡强度折减完成后,考察速度曲线的收敛特征,可确定该斜坡的稳定性系数在1.35~1.45之间,最后将数值模拟结果与现场斜坡的坡表破坏特征进行对比,证明了数值模拟的合理性与准确性。
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