大渡河深切河谷段危岩分布与滚石冲击力研究

摘要

危岩是山区常见的地质灾害之一,其发育有其独特的地质环境条件,本文通过大量的野外地质调查和现场试验,对大渡河深切河谷段水电站边坡危岩进行了全面的调查和描述,对危岩体的类型、变形失稳模式、分布特征、发育规律进行了系统的分析;通过坡面缓冲平台装置来研究缓冲平台对滚石冲击力的影响。主要研究成果如下:
　　(1)研究区危岩按外观形态和规模形态可分为三类,分别是一类危岩体:孤立式危岩;二类危岩体:危石、危石群、危岩体;三类危岩体:松动岩带。按变形失稳模式可分为四类,分别是偏心滚落式、倾倒式、贴坡滑塌式、悬挂坠落式危岩。研究区以特大型危岩最为发育,其次为大型危岩,小型危岩发育最少。区内山势陡峻、宏观地形极为复杂导致研究区危岩广泛分布且类型复杂多样,同时,复杂多样和广泛分布的危岩体决定了危岩治理的难度。区内岩体除沿破碎带有局部强风化外,岩体一般无强风化,但研究区岸坡高陡,谷坡形成后在长期应力释放及重力等综合因素作用下,谷坡岩体向临空方向卸荷回弹强烈,变形明显。
　　(2)研究区危岩发育的相关性主要表现为:①绝大多数危岩体发育在50°～80°的陡坡和高高程部位;斜坡的外部形态,即坡形(直线坡、凸形坡、凹形坡、阶梯型坡)对危岩的形成也有一定影响;另外,微地貌形态也是影响危岩发育的另一重要因素。②危岩发育在由坚硬性脆的岩石构成斜坡上的数量明显多于由软弱岩石构成的斜坡;岩性不均是造成危岩发育的重要因素。③断层带岩石十分破碎,岩体被切割成大小不一的块体,为危岩的形成提供了必要条件;向斜和背斜对危岩体的形成有很大影响。④岩体结构比较破碎的地带危岩体发育比较密集,块裂和块裂～碎裂结构岩体区危岩发育密度明显高于块状和块状～次块状结构岩体区。⑤降雨、温差、植物和人类工程活动也一定程度影响危岩体发育。
　　(3)滚石最大冲击力值随滚石形状的改变而显著变化,三种不同形状滚石,球形冲击力最大,柱形次之,方形最小。在球形、方形、柱形三种不同的滚石形状下,最大冲击力值都随滚石质量、滚落高度的增加而增加。引入滚石冲击力形状比例系数,通过试验建立方形滚石、柱形滚石与球形滚石冲击力的系数关系。方形滚石与球形滚石的冲击力形状放大系数为(ξ)方=-0.263Ln(x)+1.125;柱形滚石与球形滚石的冲击力形状比例系数为ψ柱=-0.287Ln(x)+1.161,通过滚石冲击力形状比例系数,为危岩工程防治设计提供依据。
　　(4)坡面缓冲平台对滚石冲击力有很明显的影响,缓冲平台的长度与滚石冲击力大小呈负相关,随着缓冲平台长度的加大,滚石冲击力呈减小的趋势,可以预见,随着缓冲平台长度的增加,滚石将最终体积于平台上。引入缓冲平台消减系数η,通过F平台=ηF直冲的关系,建立缓冲平台消减系数与平台长度的关系:η=-0.16Ln(x)+0.960。覆盖层对滚石冲击力也有很明显的影响,三种材料都起到了缓冲效果,三种缓冲材料相比较,砂土材料最好,粘土材料次之,最后是碎石材料。通过有、无覆盖层下滚石冲击力的对比分析,建立平台覆盖层缓冲系数与覆盖层性质的经验公式λ=0.808e-0.14x+0.981,为危岩防治工程设计提供依据。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 危岩形成条件及诱发因素

1．2．2 滚石冲击力研究

1．2．3 危岩防治对策研究

1．3 主要研究内容与成果

1．3．1 主要研究内容与思路

1．3．2 技术路线

1．3．3 主要研究成果

第2章 研究区地质环境背景

2．1 气象与水文

2．2 地形地貌

2．3 地层岩性

2．4 地质构造

2．4．1 主要地质构造单元

2．4．2 主要断裂带

2．5 新构造运动和地震

2．5．1 新构造运动

2．5．2 地震

2．6 水文地质条件

第3章 深切河谷段危岩分布特征及相关性分析

3．1 研究区危岩类型

3．1．1 按所处状态及规模分类

3．1．2 按变形失稳模式分类

3．2 研究区危岩基本特征

3．2．1 规模特征

3．2．2 分布广、治理难度大特征

3．2．3 岩体风化卸荷特征

3．3 危岩发育的相关性分析

3．3．1 地形地貌与危岩发育的关系

3．3．2 地层岩性与危岩发育的关系

3．3．3 地质构造与危岩发育的关系

3．3．4 岩体结构与危岩发育的关系

3．3．5 其他因素与危岩发育的关系

3 ．4 小结

第4章 危岩滚石冲击力影响因素与实验设计

4．1 危岩滚石冲击力影响因素分析

4．2 冲击力测试试验设计

4．2．1 试验内容和目的

4．2．2 缓坡平台装置介绍

4．2．3 试验用试件模型

4．2．4 岩土体力学性质

4．2．5 试验步骤

4．3 小结

第5章 缓冲平台对滚石冲击力试验研究

5．1 滚石直接冲击试验测试

5．1．1 滚石冲击力随形状变化的关系

5．1．2 滚石冲击力随质量、高度变化的关系

5．1．3 滚石冲击力形状比例系数

5．2 缓冲平台滚石冲击力测试

5．2．1 不同平台长度冲击力测试

5．2．2 不同材料覆盖层冲击力测试

5．3 滚石冲击力缓冲效应分析

5．3．1 平台的缓冲效应分析

5．3．2 覆盖层的缓冲效应分析

5．4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果