重庆市金佛山甑子岩厚层软基危岩体稳定性及落石危害分析

摘要

危岩崩落是我国西南地区所面临的主要地质灾害之一，其具有分布范围广、爆发突然、难以预测等特点，给我国带来了严重的经济损失及安全隐患问题。
　　本文以重庆南川区甑子岩危岩体为例，结合现场调查、三维激光扫描等技术，详细调查了该危岩体的基本结构特征及其发育条件。发现该危岩体不但具有厚层软基的特征，其后壁还有一深大拉张裂缝，加之受几组软弱结构面组合，导致该区曾发生过多次危岩崩落现象。
　　本文对该危岩体进行了失稳破坏模式分析，推测其可能存在两种失稳破坏模式，即为滑移失稳破坏及倾倒失稳变形破坏。进而，对危岩体可能存在的两种失稳变形破坏模式均进行了稳定性计算。同时，采用了离散元数值模拟方法，研究了危岩体在天然状态和基座软化情况下的稳定性，模拟结果显示在天然工况下危岩体未发生明显变形，保持整体稳定。而在基座软化工况下，该危岩体发生了整体失稳，其破坏模式为倾倒失稳破坏。最后对危岩体的失稳后的落石运动路径及影响范围进行了预测。该项研究对厚层软基和岩溶地区危岩体的失稳破坏模式以及研究方法进行了补充，同时评价了甑子岩危岩体的稳定性及危险范围，为进一步研究提供基础。本文的主要研究成果包括以下几个方面:
　　(1)通过野外实际调查，并结合三维激光扫描技术详细揭示了甑子岩危岩体的基本结构特征。甑子岩危岩体主体是由坚硬厚层灰岩组成，下部为软弱页岩基座，该软弱基座可能在风化或降雨作用下易软化，导致强度降低;后缘有深大拉张裂缝，构成了危岩体的后缘边界;受多组结构面切割，对危岩块体的稳定性有较大影响。
　　(2)基于对危岩体基本结构特征的调查研究，进行了危岩体失稳破坏模式的判别。考虑到危岩体的结构面发育特征，由于差异风化作用或地下水软化作用，危岩体可能沿着软弱基座发生滑移失稳破坏;在天然状态下，由于危岩体高陡且后缘拉裂缝贯通，因而可能发生倾倒失稳破坏;分析表明该危岩体可能存在倾倒和滑移两种失稳变形破坏模式。
　　(3)在对该危岩体失稳模式判别的基础之上，基于极限平衡理论初步评价了倾倒和滑移两种失稳模式的危岩稳定性。研究表明甑子岩危岩体在天然状态下发生倾倒崩塌时的稳定系数为1.35，属于基本稳定状态，而发生滑移崩塌时的稳定系数为1.50，处于稳定状态，因而判定，在天然状态下该危岩体是处于基本稳定状态的;而在降雨工况下，两种失稳模式下的危岩体均处于欠稳定状态，并且发生滑移失稳的可能性更大，分析原因，是由于危岩后缘拉裂缝发育，在降雨工况下大量雨水沿裂缝灌入岩体内部，对危岩底部的软弱基座浸泡软化，导致基座岩体强度降低，加之裂缝水头压力升高，也对危岩产生一个水平推力，最终导致斜坡的滑移失稳。在地震工况下，两种失稳模式下的危岩体均处于欠稳定状态，且稳定性系数相等，该工况下危岩发生失稳的可能性最大。
　　(4)采用离散元UDEC软件进一步研究了甑子岩危岩体的失稳破坏模式及过程。根据模拟结果可以看出，天然工况下该危岩体未发生明显的失稳破坏，而在基座软化情况下发生了倾倒失稳破坏，表明软弱基座对于该危岩体的稳定性起着重要的控制作用，破坏起始于倾倒支点被压碎进而导致后缘裂缝被逐渐拉开，最终脱离后部母岩，发生整体性的倾倒破坏。
　　(5)最后，对危岩体的运动轨迹及威胁范围进行了预测，分别计算了块体的运动距离、弹跳高度以及瞬时速度，为落石的治理和避让提供了可靠依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 厚层软基危岩体的研究现状

1．2．2 极限平衡法及离散元法的应用现状

1．2．3 类似工程问题的常用分析方法及其缺陷

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 独创或新颖之处

1．3．3 拟采取的研究方法

1．3．4 技术路线

第二章 研究区地质背景及危岩发育特征

2．1 研究区地质背景条件

2．1．1 地理位置

2．1．2 地形地貌

2．1．3 地层岩性

2．1．4 地质构造及地震

2．1．5 水文地质条件

2．1．6 人类工程活动

2．2 甑子岩危岩体发育特征

2．2．1 危岩体的调查

2．2．2 危岩体结构及分布特征

2．3 危岩破坏历史

2．4 危岩体变形破坏模式分析

2．5 成因机制分析

2．5．1 危岩形成内在因素

2．5．2 危岩形成外在因素

2．6 小结

第三章 甑子岩危岩体稳定性分析

3．1 危岩稳定性现状分析

3．2 基于极限平衡理论的甑子岩危岩体稳定性分析

3．2．1 危岩稳定性计算模型

3．2．2 计算工况和荷载组合的确定

3．2．3 计算参数的选取

3．2．4 危岩体稳定性极限平衡计算方法

3．2．5 甑子岩危岩体稳定性计算结果

3．3 基于数值模拟的甑子岩危岩体失稳模式分析

3．3．1 离散元数值分析法

3．3．2 危岩体概化模型

3．3．3 计算工况及参数选取

3．3．4 计算结果分析

3．4 小结

第四章 落石运动特征及危害范围预测

4．1 滚落路径及危害范围

4．2 危害对象预测

4．3 落石运动特征

4．3．1 Rockfall软件介绍

4．3．2 计算模型及参数取值

4．3．3 计算结果

4．4 小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况