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危岩崩塌是山区常见的地质灾害之一。近年来以高铁为代表的基础设施建设不断向山区推进,路线两侧往往存在较多危岩与崩塌落石,对铁路安全建设及运营造成较大威胁。本文以郑万铁路宜万段铁路沿线危岩落石为研究对象,以现场调查为基础对研究区内危岩落石分布规律统计分析以及根据危岩运动模式进行分类,从细观角度出发分析研究典型危岩裂隙发育扩展进而研究危岩变形破坏机理,根据不同失稳机理采用考虑损伤的断裂力学方法对危岩进行稳定性评价,通过运动学与离散单元相结合的方法对危岩失稳后运动特征进行分析,为减小防灾损失提供技术支撑。具体成果如下: (1)通过前期现场地质调查并对资料的整理,查明研究区内危岩所处的工程地质条件,总结铁路沿线危岩发育分布规律并分析危岩稳定性的影响因素,主要有内在因素(地形地貌、地层岩性、岩体结构、地质构造)和外在因素(降雨和地下水作用、风化与卸荷作用、地震以及人类工程活动),其中地质构造起主导作用。 (2)将三维激光扫描技术运用到危岩调查方法过程中,得到高陡危岩体的具体尺寸、重要结构面的产状以及剖面图。根据危岩失稳模式将研究区内危岩分为压剪滑移式、拉剪倾倒式、压剪坠落式、拉裂坠落式、孤立式危岩五类,并针对不同类型危岩分析潜在的失稳机理。 (3)通过用数值实验对岩石室内试验的参数拟合,分析了不同阶段内部微裂纹发育扩展情况,总结出弹塑性阶段岩石开始产生微裂纹,到强度丧失过程微裂纹迅速发育,完全破坏阶段中微裂纹贯通,并从颗粒之间的法向接触力和切向接触力方面分析其微裂纹发育过程。将对应的微观参数应用于危岩变形破坏过程中,根据数值实验中微裂纹累积曲线,将危岩变形破坏过程主要分为裂纹初步发育阶段、快速发育阶段、裂纹贯通破坏阶段,从裂纹发育扩展方向分析典型危岩变形破坏失稳机理。 (4)危岩的稳定性受后部贯通或断续的岩体结构面控制,其损伤断裂过程是失稳崩塌的根本原因。本文采用陈洪凯等运用考虑损伤的断裂力学方法,分析研究在荷载作用条件下,危岩主控结构面尖端裂纹发育扩展行为,建立危岩稳定性评价方法评价研究区范围内危岩稳定性。分析结果表明:区内危岩在天然状态下处于基本稳定状态,在暴雨或地震条件下稳定性出现不同的折减,稳定性降低。制定防治措施时需考虑暴雨与地震作用力的影响。 (5)从运动学的角度分析危岩失稳后运动过程中初始滑动阶段、抛射阶段、碰撞阶段以及滚动阶段,分别对各个阶段建立运动学公式。通过分析对比理论计算方法和PFC模拟神龙架大桥B-B工程地质剖面为边坡模型计算落石运动过程路径与总结运动过程特征表明:由于理论过程中将落石简化为球状,忽略了块体碰撞过程中对其影响,计算后碰撞速度与弹跳高度偏大。