大光包滑坡顺层剪切带岩体碎裂结构特征量化分级研究

摘要

岩体结构面是研究和认识碎裂结构岩体的必要前提，是碎裂结构岩体体现出强烈非均质性的主要原因，是碎裂结构岩体结构特征分形和碎裂程度量化的关键因素。本文以龙门山断裂带汶川地震触发典型滑坡大光包滑坡顺层剪切带碎裂结构岩体为研究对象，通过开展岩体结构面特征精细化调查、结构面几何特征统计分析、原位钻孔剪切试验和室内试验、结构面三维网络模拟与成果分析等工作，在大光包滑坡碎裂结构岩体的结构特征和碎裂结构岩体量化评价和量化分级等方面取得了一些认识:
　　(1)碎裂结构岩体结构面特征分析与三维网络模拟
　　①通过人工接触测量（测线法）和近景摄影测量相结合的方式对大光包滑坡的两处碎裂结构岩体研究点进行了结构面几何特征的精细化调查工作，初步了解了两处研究点位的岩体结构特征和碎裂程度;依据调查的数据建立了研究点结构面产状、迹长、隙宽和间距的特征数据库。
　　②利用赤平投影方法和产状散点图进行了结构面分组研究，认为其结构面可分为3大组5小组:①Ⅰ，350°～15°∠25°～45°;②Ⅱ-①，60°～100°∠60°～90°;Ⅱ-②,240°～280°∠60°～90°;③Ⅲ-①,120°～150°∠60°～90°;Ⅲ-②,300°～330°∠60°～90°。
　　③采用频数分布直方图对产状、隙宽、间距和迹长等样本数据的概率分布模型进行了研究，并采用极大似然法和最小二乘法拟合法确定样本数据的特征参数。研究发现:产状服从正态分布;结构面的隙宽和迹长服从负指数分布;结构面的间距服从对数正态分布或负指数分布。
　　④在理论分析的基础上，通过结构面迹长和间距的概率分布和特征参数确定了两处研究点岩体结构面半径和结构面密度参数。研究发现:间距的差异是导致两处岩体碎裂程度差异和风化差异的主要原因，根本原因在于两处研究点在后期的应力的积累、耗散和释放程度不同而导致。
　　⑤在结构面几何特征统计分析的基础上，利用Monte-Carlo随机数生成程序，生成一定空间尺度内符合结构面分布规律的岩体结构面空间坐标和结构面特征数据;利用GeneralBlock软件实现结构面的三维可视化;并在此基础上进行结构面三维模型的动态校核、验证和确认工作，确保得到的结构面三维网络模型具有较高的可靠性。
　　(2)碎裂结构岩体量化评价与量化分级研究
　　①利用三维网络模型生成了大光包滑坡两处研究点的视图剖面，从“点-线-面”三个角度分析了两处研究点的结构特征量化指标和碎裂程度量化指标。研究发现，在不同指标上均体现出两处研究点的结构特征和碎裂程度差异。表明提出相关指标可以有效区分碎裂结构岩体的结构特征和碎裂程度。
　　②采用原位钻孔剪切试验和Hoek-Brown岩体强度准则估值法对大光包滑坡两处研究点碎裂结构岩体抗剪切强度进行了分析研究。试验及经验估值结果表明:两处研究点抗剪切强度参数值表现出显著差异，并与其碎裂程度表现出一致性;所提量化指标在表征碎裂结构岩体结构特征和碎裂程度上有一定适用性。
　　③基于大光包滑坡碎裂结构岩体的量化评价探索，提出了三维一体的碎裂结构岩体结构特征量化描述和碎裂程度量化评价指标。针对碎裂结构岩体的结构特征描述，提出了三类量化描述指标:节点密度（TND）、线裂长度（TSL）和面裂面积（TPA）。针对碎裂结构岩体的碎裂程度评价，提出了三类量化评价指标:点线率(NTR)、线裂指数(TCI)和面裂指数(SCI)。
　　④按照“从赋存环境和结构特征对岩体分类”、“从结构特征和碎裂程度对岩体分级”的双轨思路，优化了碎裂结构岩体分类方法，提出的碎裂结构岩体的分级方法——CSRCM法。将地质环境条件和量化结构面特征均考虑到分级分类方法中，有效地解决了碎裂结构岩体的量化分级问题。
　　(3)本文主要创新点
　　①将“人工接触测量+近景摄影测量”这一组合方法应用到岩体结构面的几何特征参数获取工作中，为碎裂结构岩体结构特征精细化调查与分析提供了一种可行的现场工作方法。
　　②探讨了典型碎裂结构岩体的结构面几何特征的统计规律，采用Monte-Carlo方法建立大光包滑坡碎裂结构岩体网络模型，对碎裂结构岩体力学与地质模型的构建进行了初步的探索。
　　③初步建立了碎裂结构岩体结构特征量化描述和碎裂程度量化评价指标，按照“双轨”思路优化了碎裂结构岩体分类方法，提出了碎裂结构岩体分级方法——CSRCM法，为碎裂结构岩体的深入研究打下了基础。