反倾层状岩体倾倒变形的力学机制分析及其早期识别指标体系研究

摘要

受青藏高原挽近期以来持续隆升的影响，导致我国西部环青藏高原的广大地区河谷深切，地形坡度大、地质构造复杂、地震活动频繁，众多高陡斜坡成为孕育大型地质灾害、工程边坡大规模失稳的主要区域，尤其是分布面积较广的层状岩体地区，岸坡岩体倾倒变形，孕灾、成灾的问题更为突出，如黄登水电站岸坡、苗尾水电站岸坡等。大规模、深层倾倒变形岩体的发现，极大地激发了研究者的热情，也掀起国内倾倒变形研究的热潮。本论文依托国家重点基础研究发展规划(973)项目《西部山区大型滑坡致灾因子识别、前兆信息获取与预警方法研究》，以倾倒变形破坏形成的机制及对其进行早期识别为研究主题，在了解国内外研究现状和广泛收集前人研究资料的基础上，分析了倾倒变形破坏的形成和孕育条件，并以多个典型的边坡为例，对变形体的地质特征、坡体结构类型及失稳破坏模式等进行了系统归纳和总结。并建立了倾倒变形破坏的力学模型，从力学角度分析了倾倒变形破坏的过程。综上，结合大量典型边坡实例，采用工程地质、数理统计、数值模拟等多种理论和方法，建立了对边坡倾倒变形破坏的早期识别指标体系，实现了对边坡的倾倒变形的早期识别，并采用模糊数学对边坡变形破坏的稳定性进行综合评判。研究主要取得以下成果:
　　(1)对典型实例的地质概况及变形破坏特征进行了深入的剖析，总结出边坡发生倾倒变形破坏的成因控制条件具有如下特点:①边坡高陡，一般坡度:＞40度。②坡体由薄层状～中厚层状板岩、炭质板岩、千枚岩、绢云母片岩组成，或与中-薄层砂岩互层组成，还有特殊板裂化的花岗岩或块裂的火成岩组成等。③岩层倾向坡内，倾角中陡，一般大于50-65°。④具有软弱基座。在这些地质结构的组合下，边坡的倾倒变形主要有块状倾倒、压缩倾倒、浅层倾倒、深部倾倒四种失稳模式。
　　(2)建立了边坡倾倒变形的地质概化模型，对倾倒变形所产生的驱动力及变形破坏过程进行了分析。并提出了边坡产生倾倒变形需要临界高度的概念，结合现代力学，推导出边坡发生倾倒变形的临界高度的公式:
　　临界高度H1=h1 sinα sin(β-θ)/cos(α+β-θ);
　　临界高度H2=(h1+h2)sinα sin(β-θ)/cos(α+β-θ);
　　临界高度H3=(h1+h2+h3)sinαsin(β-θ)/cos(α+β-θ);
　　(3)在结合大量典型实例与力学分析的基础上，建立了边坡倾倒变形早期识别体系，选取了主控因素（岩层厚度、岩层倾角、坡体高度、坡体角度、岩性组合）和显现因素（坡顶拉裂缝、反坡台坎、折断面）共8个识别指标。并针对于主控因素，采用了UDEC数值模拟对定量指标的取值进行了分析，采用统计与理论分析结合对定性指标对倾倒变形的影响程度进行了探讨，并得出了边坡倾倒变形早期稳定性识别量化表。
　　(4)基于边坡的变形破坏的模式或机理总是取决于不良地质结构的组合特征这一概念。引入模糊数学综合评判方法，针对主控因素，建立评价因子的隶属函数，得到各个评价指标的权重值A={0.4231，0.3741，0.4116，0.2564，0.6677}。

目录

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摘要

第1章 引言

1．1 选题依据与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 边坡倾倒变形机理研究

1．2．2 边坡倾倒变形影响因素研究

1．2．3 边坡变形稳定性早期判别研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 倾倒变形体基本特征分析

2．1 边坡倾倒变形的动力源

2．1．1 表生改造阶段

2．1．2 时效变形阶段

2．1．3 累进性破坏发展阶段

2．2 边坡倾倒变形的成因控制条件

2．3 边坡倾倒变形破坏模式

2．4 典型反倾层状倾倒变形破坏实例分析

2．4．1 黄登水电站坝址区岸坡1#倾倒变形岩体

2．4．2 澜沧江苗尾电站岸坡倾倒变形体

2．4．3 其他关于坡倾倒变形的实例

2．5 本章小结

第3章 反倾层状岩体边坡倾倒变形破坏机制分析

3．1 倾倒变形破坏的地质过程分析

3．2 深层倾倒变形空间展布特征

3．3 倾倒变形破坏的力学机制分析

3．3．1 边坡倾倒破坏模型及渐进破坏过程分析

3．2．2 层状岩体发生多级倾倒变形的判据

3．2．3 岩层倾倒最大弯折深度的判据

3．4 边坡倾倒变形折断面位置与空间展布的关系

3．5 本章小结

第4章 岩体倾倒变形早期识别指标取值研究

4．1 边坡倾倒变形早期识别阶段

4．2 边坡倾倒变形早期识别指标分类

4．3 边坡倾倒变形早期识别指标取值标准研究

4．3．1 指标取值方法概述

4．3．2 定量指标取值研究

4．3．3 定性指标取值研究

4．4 本章小结

第5章 岩体倾倒变形早期识别体系研究

5．1 模糊综合评价基本原理

5．2 隶属函数的确定

5．3 各因子权重值的确定

5．4 模糊综合评价模型

5．5 实例分析

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得学术成果