重庆市巫山县廖家坪高陡斜坡变形破坏机制及稳定性分析

摘要

廖家坪高陡斜坡位于三峡库区重庆市巫山县长江左岸、横石溪背斜的核部，从下而上出露志留系纱帽组砂岩粉砂岩泥岩、泥盆系云台观组石英砂岩、石炭系大埔组白云岩和二叠系栖霞组灰岩，上部平台海拔高程为650m，380m以上地层平缓，下部地层逐步转为中倾角。由于坡体岩石软硬相间，两组节理发育，在高程380m～560m间形成了由众多危岩体岩柱及危险块体组成的悬崖壁，岩体失稳对当地居民及坡下的长江航道形成严重威胁。 本文通过现场详细勘察、室内三轴试验分析和离散元分析得到以下结论和认识。这些结论和认识对控制该高陡斜坡变形提供了科学思路，并对三峡库区其他高陡斜坡的变形破坏机制研究有重要借鉴意义。 1) 详细勘查结果表明廖家坪坡体上分布有7层软弱层，发育有两组高陡倾角节理，一组平行于长江走向NNW，一组平行于燕窝岩冲沟走向SW。两组节理相互垂直，形成众多危岩体岩柱。上部2层软弱层为蠕滑层，悬崖壁众多危岩体及岩柱以软弱层为基底。 2) 利用RMT-150伺服试验系统研究了该斜坡岩石在低围压2～10Mpa的应力-应变全过程曲线，建立了峰值强度、弹性模量和围压的关系。白云岩在较高围压下表现屈服塑性，在低围压下表现脆性破坏。在试验围压内砂岩样品均表现出脆性变化的特点。通过线性回归得到了峰值强度和围压的关系及抗剪强度参数。低围压廖家坪斜坡内岩体均表现脆性，揭示斜坡变形失稳机制表现塑性弯曲的可能性不大。 3) 根据坡体结构和变形破坏迹象，分析认为坡体失稳的形式可能有两种，平推式滑动和倾倒破坏。 4) 陡的裂隙和平缓的软岩组合形成坡体平推式滑动。根据平推式滑动的变形失稳机理分析计算滑块起动临界水头高度，计算水头高度与裂隙高度对比分析后认为该斜坡平推式滑动的可能性较小。 5) 下部软岩风化破坏后，上部产生外倾弯矩。随着软岩破坏加剧，危岩体倾倒失稳。这种板梁破坏机制比较符合野外实际，廖家坪斜坡发生倾倒破坏的可能性较高。 6) 利用极限平衡法对廖家坪斜坡陡缓结构面组合形成的整体平推滑动稳定性系数进行计算，计算表明滑动稳定性系数均大于1.5，陡缓结构面组合平推滑动的可能性较小。对两个典型岩柱进行抗滑稳定性分析，计算表明滑动稳定性系数均大于1.5，滑动可能性也较小。对两个典型危岩体岩柱进行了抗倾覆计算，计算表明危岩体在地震力下稳定性下降较快，且危岩体II在水平地震力系数为0.05下处于欠稳定状态。因此危岩体倾倒的可能性较高，且随着软弱基础的破坏，稳定性越差。这一结果印证了坡体的倾倒失稳机制。 7) 采用UDEC离散元模型，对该危岩体次生倾倒机制进行了数值模拟。模拟结果表明，廖家坪坡体内因次生倾倒形成的拉裂破坏向坡内呈递减趋势；坡体内的倾倒块体受软弱层控制，一般不穿越软弱层，因此不会发生整体性倾倒破坏；各次级悬崖上的危岩体岩柱形成后，出现了两种破坏方式：向前倾倒翻转破坏和向后仰剧冲或蠕滑。倾倒的方向与下伏软弱层破坏的关系密切，危岩体根趾部破坏强烈则向前倾倒翻转破坏，趾部破坏强烈则向后仰剧冲或蠕滑。模拟结果与野外调查的变形破坏现象完全一致，表明该高陡斜坡的变形破坏机制为倾倒失稳模式。 8) 根据廖家坪变形破坏特点，建议可以采取5类工程措施：定点清除、SNS柔性防护网、工程排水、工程护坡、设置航行避让带及建立群专结合的监测制度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1选题依据及研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1岩石高边坡研究历史评述

1.2.2高边坡稳定分析研究思路

1.2.3高边坡稳定分析研究方法

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 区域地质环境条件

2.1研究区位置及自然地理概况

2.2地层岩性

2.3地质构造特征

2.3.1褶皱

2.3.2断层及其活动性

2.3.3裂隙

2.4地貌及新构造运动

2.4.1地貌

2.4.2新构造运动及河谷发育史

2.5地震

2.6水文地质条件

第3章高陡斜坡岩体结构特征及岩体力学特性研究

3.1斜坡岩性组合特征

3.2斜坡岩体结构特征

3.2.1岩体结构面的基本特征

3.2.2结构面分类

3.2.3岩体结构类型

3.3斜坡岩体力学特性

3.3.1岩石变形特性

3.3.2岩石强度特性

第4章高陡斜坡岩体变形破坏现象及变形破坏模式研究

4.1斜坡已有变形破坏特征

4.1.1层间滑移

4.1.2危岩体及块体

4.2斜坡变形破坏模式的判定

4.2.1平推式滑动破坏模式

4.2.2危岩体岩柱倾倒破坏模式

第5章廖家坪高陡斜坡稳定性评价

5.1高陡斜坡整体稳定性评价

5.2危岩体稳定性评价

5.2.1抗滑稳定性计算

5.2.2抗倾覆稳定性计算

5.3稳定性分析小结

第6章高陡斜坡倾倒失稳数值模拟分析

6.1离散单元法基本原理

6.2模型的建立

6.3数值模拟结果分析

6.4防治措施及建议

结论

致谢

参考文献