灰岩地区群发性崩塌体运动特性研究

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三峡库区大面积的灰岩分布,结构面十分发育,其发育的陡高边坡易形成危岩群,群发性崩塌体运动具有大体量、高速度和运动距离远等特性,影响范围广、致灾严重,一直是受到科研和工程人员的关注,但灾害依然不断。如2009年重庆武隆县鸡尾山发生大规模群发性崩塌,造成巨大人员伤亡和财产损失。为了减少崩塌灾害对人和财产的影响,加快国家防灾减灾工程的发展,目前对群发性崩塌体的解体运动特性和规律的研究显得尤为重要。本文运用力平衡原理、室内空气气垫效应试验、模拟试验等手段,结合鸡尾山群发性崩塌体实例,对群发性崩塌体解体与运动特性进行了研究,取得的成果如下:1、不考虑群发崩塌体落石间的相互作用,运用Rocfall软件,对不同工况下群发行崩塌体中的影响较大型的单体落石进行了模拟,结果表明:1)坡面角度、切向恢复系数和法向恢复系数对落石运动状态影响较大,摩擦角对其影响较小;2)结合实例,落石运动状态大致分为:初始运动状态、飞行运动状态、碰撞运动状态和滑动摩擦运动状态,不同的运动状态对落石的运动特性有不同影响;3)通过对不同质量的落石进行模拟,得出落石对坡下的学校和公路的影响概率为100%。2、结合国内外已有文献研究,利用力的平衡原理,在考虑气垫效应的影响下,崩塌体与破面之间的摩擦系数会减小,并对崩塌体起到润滑作用,使群发行崩塌体的运动速度更大和运动距离会更远,并推导出摩擦折减系数。为了探索气垫效应的影响,沟谷圈闭空气,通过室内试验对U型槽、不同角度的V型槽谷进行了气垫效应探究,获取了气垫效应支撑力,对比不同角度的V型谷可以看出,同一高度,角度越大,即下部谷腔体积越大,圈闭的气体越多,形成的空气压缩力越大,圈闭气体对上部坠落物的反作用力越大。通过对比V型谷和U型谷,可以看出,U型谷圈闭气体的效果没有V型谷明显,相同高度下,虽然U型谷谷腔体积更大,但形成的空气压缩力没有V型谷大,笔者认为这是由于U型谷更有利于空气的外泄。3、运用离散元软件PFC2D,对鸡尾山群发性崩塌体解体与运动全过程进行了模拟,结果表明:1)鸡尾山解体属于一个连续的过程,首先在自重作用下整体前移,并产生滑动面和后缘裂缝,之后在张拉力的作用下不断解体破坏,并在很短的时间内充分解体,呈碎屑流向下运动;2)从模拟结果看,由于凌空面的影响,前缘上部监测颗粒更易获得较大速度,运动距离也更远,而后部颗粒由于受前部颗粒的影响,位移和速度相对更小,崩塌体运动路径长2100m左右,监测颗粒最远运动距离大致为1300m;3)由于下部刮铲区的影响,崩滑体最终堆积体量远大于实际崩塌量,增大了其影响程度,堆积长度约在1000m。4、试验模拟不同摩擦折减系数下的崩塌体运动特性,研究表明:1)摩擦系数越小,崩塌体运动速度和运动距离越远,且颗粒的黏结破裂程度更大,残余黏结越少;2)当摩擦折减系数取0.8,即摩擦系数取0.291时,模拟崩塌体运动特性与实际情况更相符。
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