论文部分内容阅读
危岩崩塌是我国山区主要地质灾害之一,常见于三峡库区。自三峡水库蓄水以来,受库水调度影响,危岩体基座消落带常年经历干湿循环,岩体破碎软弱,同时,水库诱发地震频发,加剧了消落带内岩体的劣化及上部危岩体卸荷裂隙的发展,致使危岩体稳定性大大降低。目前,库区巫山段危岩崩塌灾害险情突出,对消落带岩体劣化影响下危岩体的地震动力稳定性研究势在必行。本文基于国家自然科学基金项目,在调研巫山段库岸危岩体的基础上,通过地质资料分析、振动台模型试验及离散元数值模拟,分析出库区巫山段危岩体主要破坏模式、基座消落带典型劣化形态及典型危岩体基本特征,并对库岸典型危岩体各项指标的地震响应规律及损伤-失稳破坏过程进行分析,基于此,进一步对微震作用下库岸典型危岩体的动力变形及稳定性变化特征进行探究,结合影响因素敏感性分析,揭示了不同因素对库岸典型危岩体稳定性的影响程度大小。主要研究内容及成果如下:(1)基于现场调查及地质资料,分析了库区巫山段地质环境;在此基础上,将库区巫山段危岩体的主要破坏模式分为倾倒型、滑移型及坠落型,将其基座消落带主要劣化形态分为冲蚀-剥蚀型、崩(滑)塌型及溶蚀-潜蚀型,其中详细描述了各类型的特点及分布区域;选取黄岩窝危岩体作为库岸典型危岩体,阐述了其地质环境及基本特征,为后续模型试验及数值模拟提供实际背景。(2)针对黄岩窝西段危岩体,基于现场调研及地勘资料,对其结构形式进行概化设计,以振动台模型试验为研究手段,对概化危岩体的动力响应及损伤演化进行了探究。其中,详细描述了振动台模型试验的相似设计、试验装置及试验流程,试验结果表明:随着地震作用次数及幅值的增加,加速度放大效应逐渐减弱、坡体变形不断增大、劣化区渗流量不断增加、竖向应力先增加后减小、阻尼比波动增大、自振频率波动减小,且强震作用阶段较微小震作用阶段变化幅度更大;坡体所处位置越高、越靠近坡体表面,加速度、累积位移、孔隙水压力增大效应及土压力减小效应越显著,但临近消落带劣化区位置累积位移也相对较大;地震荷载持续作用下概化危岩体损伤度呈现非线性变化规律,即微小地震作用阶段,先减小后增大,损伤度曲线呈S形,强震作用阶段,则呈指数型增长趋势;概化危岩体动力损伤-失稳破坏过程可归纳为深大裂隙起裂与消落带渗流通道发展→深大裂隙扩展与消落带渗流网加密→深大裂隙延伸贯通与消落带脱腔破碎→整体失稳倾倒,其失稳破坏模式可归纳为受消落带劣化区岩体冲蚀-剥蚀破坏及深大裂隙延伸扩展影响的渐进式倾倒破坏模式。(3)通过UDEC离散元数值模拟,建立了概化危岩体数值模型,利用其内置的静动力、流固耦合分析方法,并结合累积永久位移动力稳定性评价方法,进一步对水库诱发微震作用下概化危岩体的动力变形特征及稳定性变化规律进行了探究,结果表明:随着地震加载次数的增加,概化危岩体累积位移逐渐增大至不收敛,稳定性也逐渐降低;根据裂隙扩展及变形特征,将水库诱发微震作用下概化危岩体的损伤-失稳破坏过程分为三个阶段,同时结合振动台模型试验结果,揭示了其动力失稳破坏机理(分为消落带裂隙扩展—上部危岩块体局部倾倒阶段和消落带剥落破坏—上部岩体整体倾倒阶段)。(4)通过UDEC离散元数值模拟,考虑地震动力、水位及消落带劣化特征影响,依据单因素分析原理,分析了不同因素水平下概化危岩体动力稳定性影响规律,并基于数值模拟计算结果,结合正交试验,探究了不同影响因素的动力稳定性敏感性,结果表明:随着地震振幅、消落带劣化深度的增大,水位高度的降低,消落带劣化形态的破碎,概化危岩体的动力稳定性逐渐降低;各因素的敏感性从大到小依次为地震振幅、消落带劣化深度、水位高度、消落带劣化形态。