長江巫峽望霞危巖形成機制與危險性評價.pdf

1、危巖崩塌是三峽地區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害之一，對人民群眾生命財產(chǎn)和長江河道航行安全構(gòu)成嚴重威脅。三峽深切河谷在地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌的控制下，碳酸巖與泥巖、頁巖組成的軟硬互層結(jié)構(gòu)出露地表。由于軟弱巖體抗風化能力弱，容易向臨空面塑性流動和不均勻沉降，在降水和地下水的作用下軟弱基座強度降低強烈，易引發(fā)上部灰?guī)r失穩(wěn)。本文以長江三峽巫峽岸坡望霞危巖為研究對象，基于地貌學、地質(zhì)學、斷裂力學、損傷力學、能量原理、離散元、集對等方法，深入研究了三峽巫峽層狀灰?guī)r河谷

2、危巖形成機制，變形破壞機理，以及崩塌后效行為與危險性評價，屬于地理學、應(yīng)用力學與航道岸坡防災(zāi)減災(zāi)交叉的邊緣科學問題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過對長江三峽巫峽河谷重慶段地質(zhì)災(zāi)害集中區(qū)域?qū)嵉卣{(diào)查，將災(zāi)害科學劃分為破碎巖體崩滑、崩積-殘坡積滑坡與軟弱基座危巖崩塌三類，結(jié)合災(zāi)害實例分析了巫峽崩、滑地質(zhì)災(zāi)害的主要特征、發(fā)生機理和破壞方式;從河谷邊坡演化的地質(zhì)-力學動態(tài)角度，闡明了三峽地區(qū)層狀巖溶地貌崩滑災(zāi)害孕育發(fā)展過程與河谷邊坡自下而

3、上分別顯現(xiàn)表生改造、時效變形和失穩(wěn)破壞的邊坡垂直分帶性特征;總結(jié)了危巖崩塌、滑坡、泥石流和巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害鏈的形成機理。⑵建立了長江三峽碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)分類與力學特征體系，分析了該地區(qū)常見表生構(gòu)造層理、巖層面、褶皺和溶蝕斷層表生構(gòu)造對層狀巖質(zhì)邊坡改造作用;將三峽典型層狀巖質(zhì)邊坡分為近水平層狀巖質(zhì)邊坡、順層層狀巖質(zhì)邊坡、反傾層狀巖質(zhì)邊坡三大類，結(jié)合層面、軟弱夾層、軟弱結(jié)構(gòu)面等巖體結(jié)構(gòu)的組合關(guān)系，通過邊坡發(fā)育過程塑流-拉裂、蠕滑-拉裂、滑移-拉

4、裂、滑移-彎曲、彎曲-拉裂、滑移-壓致拉裂六大類力學機制分析，明確了邊坡最終失穩(wěn)的破壞模式。⑶以長江三峽巫峽望霞危巖為研究對象，利用X光粉晶衍射試驗、掃描電鏡和偏光顯微鏡手段分析發(fā)現(xiàn)，軟弱基座礦物成分石英含量較高，占60％以上，粘土礦物主要為蒙脫石和伊蒙混層，約為11.2％，層狀硅酸鹽礦物綠泥石、云母、蒙脫石等抗剪強度低，容易產(chǎn)生滑動，易沿主控結(jié)構(gòu)面方向形成潛在破壞面;使用RMT-150C巖石力學試驗系統(tǒng)進行不同圍壓下炭質(zhì)頁巖三軸壓縮試

5、驗，通過一元線性回歸繪制了三軸試驗強度曲線和莫爾圓包絡(luò)線，獲取了炭質(zhì)頁巖強度參數(shù)，建立了不同圍壓下屈服強度、峰值強度和殘余強度線性關(guān)系。⑷建立了巫峽望霞W1座傾破壞危巖和W2座滑破壞危巖地質(zhì)模型與力學模型;基于斷裂力學和損傷力學理論基礎(chǔ)，建立了望霞W1危巖系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化狀態(tài)函數(shù)與危巖解體能量釋放和能量耗散體系的計算方法。建立了望霞危巖W2危巖體主控結(jié)構(gòu)面鎖固段兩種介質(zhì)材料的本構(gòu)模型，基于能量原理構(gòu)建了危巖破壞尖點突變模型，求解獲得了危巖破

6、壞瞬間彈沖加速度與彈沖速度計算公式，二維顆粒流PFC2D軟件對望霞W2危巖數(shù)值模擬結(jié)果表明，望霞危巖W2危巖體破壞瞬間危巖體頂部和底部較大的速度差異可使危巖體呈后傾座滑破壞，與實情相符。⑸建立了危巖崩塌后效落石運動軌跡方程，系統(tǒng)分析了坡形、坡度、坡高、下墊面狀況和落石巖性、質(zhì)量、形狀七個因素對落石運動軌跡和致災(zāi)范圍大小的影響?；趯哟畏治龇ê图瘜Ψ治龇?，建立了危巖崩塌危險性評價模型，對望霞危巖崩塌計算結(jié)果表明，落石最遠運動1180m后最