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近年来,岩溶工程地质问题越来越突出,特别在三峡库区,巴东组泥灰岩的溶蚀作用,使岩体性质弱化,边坡稳定系数降低,各地在移民迁建中形成的边坡失稳等灾害事件时有发生。经观察,泥灰岩的溶蚀方式和溶解速率并不弱于纯灰岩,而且在风化和卸荷作用下,其溶蚀作用具有透入性特点,能深入边坡岩体内部广泛发育,边坡或地基相当大范围的岩体同步弱化,岩体作为地基的承载力显著降低。这些已经发生和潜在的岩溶地质灾害,成为影响库区社会稳定和经济发展的重要制约因素。因此论文主要内容研究巴东组泥灰岩溶蚀过程与溶蚀机制、岩体力学参数在溶蚀过程中的弱化特征以及边坡岩体结构变形破坏失稳模式。
论文首先根据野外不同的岩溶现象及边坡破坏方式,分析研究区岩溶作用发育的条件及影响因素。其次通过室内溶蚀试验,分析岩溶作用对岩体成分、结构变化的影响。通过试验,观察各种溶蚀现象差异,分析泥灰岩溶蚀机理。引入损伤理论解释泥灰岩的溶孔发育特点和裂隙扩展规律。通过镜像分析,并结合前人资料,证实泥灰岩溶蚀过程分为岩石成分损伤和岩石结构损伤,定义泥灰岩溶蚀体积百分比为损伤因子,来定量描述泥灰岩的溶蚀程度。
通过岩石力学试验,测试岩石在不同溶蚀阶段的力学性质。以损伤力学原理为基础,分析试验成果,总结泥灰岩的溶蚀程度与力学性质弱化之间的关系,并通过数值模拟方法对溶蚀岩体的力学性质进行研究。得出结论:泥灰岩岩体溶蚀损伤后的力学性质变化规律是,变形模量、内聚力、内摩擦角随溶蚀体积的生长近似呈负指数的规律下降,而泊松比随溶蚀体积的生长近似呈指数的规律上升。受试验数据以及试验条件的限制,推导公式有一定的局限性。在三峡库区一般溶蚀条件下,试验成果及结论是适用的,但针对其它地区的泥灰岩溶蚀作用还需要大量的试验研究工作。
通过野外泥灰岩边坡的破坏类型,分析泥灰岩岩体变形破坏的演化规律。提出三峡库区泥灰岩边坡以溶蚀结构沉陷式破坏为主要特征。溶蚀结构沉陷式破坏过程表现为边坡岩体在风化、卸荷、溶蚀等综合作用下,坡表岩体内部出现较多的孔隙和空洞,使岩体质量下降,岩体结构发生改变,原有的岩体结构在重力作用下崩溃,发生压密和沉陷的破坏方式。
最后采用两个实例,验证三峡库区溶蚀泥灰岩岩体参数随溶蚀过程逐渐降低的特点,并建立边坡稳定状态与溶蚀时间的非线性关系,预测边坡稳定性随溶蚀时间下降的趋势。