考虑侧壁阻力的顺层边坡失稳机制及稳定性评价∗

侧壁阻力作用下,顺层边坡主滑方向将偏离岩层倾向,其变形及失稳机制具有典型特征。以四川盆地马边河流域某顺层边坡为例,基于其工程地质条件,总结顺层边坡不同变形区域的特征,结合失稳边界条件研究了考虑侧壁阻力的顺层边坡失稳演化机制;最后,对比主滑方向偏离岩层倾向与否的受力差异,分析考虑侧壁阻力的顺层边坡三维稳定性,并研究了各影响因素的作用效应。结果表明：（1）考虑侧壁阻力的顺层边坡变形可划为失稳滑走区、滑坡区和稳定区,滑坡区包含滑动区和蠕滑变形区,滑动区岩体滑动后解体风化为碎、块石土,蠕滑变形区受侧壁阻力影响岩体仅变形拉裂;（2）顺层边坡经岩体劣化和前缘临空后,总体呈下部滑动、中部蠕滑拉裂的顺层临空-后退式破坏;滑动区边界受前缘及侧壁临空控制,长度与侧壁冲沟下切段长度相近;蠕滑变形区部分侧壁由节理面转化为挤压带,侧壁阻力增大,稳定性高于临界失稳状态;受侧壁阻力及滑体厚度控制,蠕滑变形区与稳定区界限处因滑体厚度削薄而拉裂;（3）建立了考虑侧壁阻力的顺层边坡稳定性系数计算式,以及岩层倾角δ、滑面倾角α、主滑方向偏离岩层倾向夹角β 三角度间的换算关系式,侧壁摩擦系数和β 越大,侧壁阻力越利于顺层边坡稳定。     

山区平缓倾内采动斜坡变形破坏机制研究——以贵州普洒崩塌为例

平缓倾内斜坡在西南山区广泛分布,同时斜坡下伏岩层存在长期地下开采活动。与平原相比,西南山区采动斜坡具有“上硬下软”坡体结构、岩层平缓倾内与开采强度大等特点。以普洒崩塌为原型,在现场调查的基础上,采用底摩擦试验分析多层煤层开采条件下斜坡的变形破坏过程,并运用DPDM技术进行变形位移监测,揭示此类斜坡变形破坏机制。研究表明：煤层开采引起覆岩弯曲下沉、冒落;覆岩变形加剧并向上发展,坡顶形成深大裂缝;裂缝进一步拓宽,沿陡倾节理向下拓展到软岩层时,崩塌体由向临空面移动,转而向坡表蠕滑,最终突破坡面附近“锁固段”,崩塌体发生倾倒失稳破坏;崩塌发生后,沿途碰撞、解体和铲刮,最后堆积于坡脚前缘800 m处。此类采动斜坡变形破坏演化过程可概括为：自然演化阶段—覆岩变形阶段—坡顶拉裂形成阶段—斜坡失稳破坏阶段;其变形破坏机制：采空—拉裂—蠕滑—剪断（倾倒）。     

大寒岭倒转背斜复杂煤层结构冲击地压研究

受大寒岭倒转背斜的影响,大安山煤矿14槽煤后槽形成了极为复杂的煤层结构,其轴部及附近和两翼形成的急倾斜煤层是高应力区,具有冲击倾向性。首先用ANSYS有限元软件建立了包括复杂煤层结构在内的矿山模型,利用单元生死技术模拟轴部及右翼开挖;在此基础上,分析了采场围岩的应力场和位移场,圈定了冲击地压发生的危险区域,分析了冲击地压发生的机理;预测了14槽煤后槽开采的冲击倾向性,并指出在实际开采时,必须采取防冲措施,为避免冲击地压事故的发生提供了技术支持,具有一定的参考价值。     

软岩巷道围岩刚柔耦合支护技术研究与应用∗

煤矿开采进入深部开采阶段后,普遍呈现出围岩变形量大、支护构件失效的技术难题。为研究针对性的控制对策,以矿典型高地应力软弱破碎巷道为研究背景,在现场矿压监测、地质雷达探测以及地应力实测的基础上,研究了此类巷道的变形规律。同时基于现场监测及分析成果,提出了以高预应力锚杆、注浆锚杆(索)和“U”型钢架为核心的分步刚柔耦合支护关键技术,并阐明了其具体支护机制。为进一步检验新支护方案的支护效果,在新掘的胶带大巷进行了现场实验,相比原支护围岩松动破坏范围减小了近 50%,顶板下沉量、两帮移近量以及底鼓量仅 163、135 和 107 mm,52 d 内基本实现了巷道变形稳定,取得了良好的支护效果。     

基于DDA方法的藕塘滑坡失稳模式分析

藕塘滑坡位于三峡库区奉节县长江南岸安坪镇集镇,为巨型顺层基岩滑坡,滑体总体积约6.4×107 m3。2003年,滑坡前部180~220m高程平台被选为安坪镇集镇新址,并针对浅层滑体实施了治理工程。自2008年10月底三峡库区首次蓄水以来滑坡逐渐出现变形迹象,2013年奉节县再次启动了安坪镇集镇的整体搬迁工作。在对滑坡的形态特征、物质组成和监测结果进行调查和分析的基础上,采用非连续变形分析(DDA)方法对175m水位时滑坡天然和降雨两种状况下的变形情况进行了数值模拟,以代表性位置块体的速度为依据对滑坡的失稳模式进行分析,结果表明:目前两种状况下藕塘滑坡整体基本稳定。考虑藕塘滑坡前缘的力学参数进一步降低的情况,滑坡前缘的岩层反翘可保证滑坡整体沿基岩失稳的可能性不大,但滑坡存在沿新的内部潜在滑动面失稳的可能。     

三峡库区杉树槽滑坡成因及视向滑动机制分析∗

三峡库区杉树槽滑坡属于典型的顺层岩质滑坡,但其失稳模式不同于常见顺层岩质滑坡,由于真倾向受阻,属于真倾向滑移变形转为视向滑动的特殊失稳模式。在滑坡发生后对其追踪调查的基础上,从地层岩性、岩体结构、泥化夹层、纵向裂缝等地质特征分析杉树槽滑坡形成的原因;通过对滑坡区的滑坡发生前几年降雨数据进行对比分析,研究降雨类型对滑坡的影响;基于极限平衡法,考虑滑坡的失稳模式,对主滑体进行稳定性计算。分析结果表明,杉树槽滑坡是在后缘静水压力、底滑面扬压力、侧向静水压力和滑带土软化综合作用下发生的失稳破坏;多日持续降雨之后的暴雨是杉树槽滑坡发生的必要条件;将主滑体从纵横两个方向分别进行力的解析,当纵向裂缝内水头高度达到滑坡启动的临界高度时,确实可以依靠纵向裂缝的静水压力将主滑体侧向推出。结论可为此类滑坡早期识别、稳定性评价和防治工程提供参考。     

青海化隆群科新区红层大型滑坡群成因机制研究

青海省化隆群科新区特大滑坡群位于青海省东部，面积约25 km²,垂直落差接近700 m的范围内，广泛分布有大型、特大型滑坡8个，中小型滑坡4个，地质灾害极为发育。该地区地层主要以第三系红层为主，表层多分布有厚度不等的更新世黄土，其中红层有成岩历史短、胶结差，遇水易软化崩解、倾角较缓等特点。坡体在地下水下渗软化和坡脚冲刷作用下，破坏自前缘开始，持续向坡顶扩展，多在坡体形成裂缝和陡坎，沿第三系半成泥岩、粉砂质泥岩界面失稳，顺层滑动，局部表现为切层滑动，形成牵引式滑坡。文中以群科新区大型滑坡群为研究对象，结合地调、钻探、试验等手段，通过定量计算和定性分析相结合，对滑坡的成因机制和稳定性进行分析与评价。研究表明：该类滑坡启动的主要原因为坡脚冲刷引起的溯源破坏，其滑动面受控岩层倾角，多与岩层倾角小角度交叉，地下水对滑带的作用表现为滑坡的多期活动性。由于第三系红层滑坡广泛分布，通过其缓倾顺层滑动及特殊的岩土体特点的研究对滑坡的识别和防治具有指导意义。     

进尺对浅埋隧道掌子面稳定性及变形受力影响

基于强度折减有限元法分析不同进尺对隧道掌子面稳定性和破坏形态的影响,研究不同进尺下掌子面变形形态、拱顶沉降特性、地表沉降槽形状,并揭示不同进尺下掌子面前方、进尺开挖段、支护段的应力传递路径、拱效应特征及应力演化过程。结果表明:进尺对稳定性的影响呈现非线性特征,整体上随着进尺的增大,稳定安全系数降低,塑性分布范围增大,位移影响范围增大,且从掌子面附近逐渐扩展到开挖段,位移矢量角呈现非线性增大,即竖向位移所占比重增加。掌子面前方及进尺开挖段均存在拱效应,竖向拱效应大于横向拱效应,水平拱效应最弱,应加强掌子面底部围岩的稳定和已支护段的强度;根据竖向应力距掌子面距离的不同,可以将其分为三个区段:掌子面附近为应力降低区,即卸荷区;掌子面前方一段距离为应力升高区,即应力承载区;掌子面较远处,为原岩应力区。     

基于细观尺度的岩体开挖渐进破坏模拟研究

岩土渐进式地质灾害是当前岩土工程领域的重要研究课题。基于颗粒离散元法导出颗粒连接损伤模型,建立岩石细观离散模型,进行不同颗粒参数条件下的岩石单轴受压数值模拟。结果表明,岩石细观颗粒间相互黏结力是影响颗粒黏结破坏的主要因素;颗粒间摩擦系数是影响宏观强度的敏感参数,单轴受压试验形成接近45°剪切带,数值模拟与试验结果较好吻合,验证了该模型的合理性。建立岩体开挖细观离散模型,模拟不同地层条件下的开挖过程,对比分析了开挖未支护和支护情况下检测点的沉降差异。研究发现,未支护支撑下,深层开挖时,检测点的位移沉降较浅层开挖时明显;支护可以有效降低围岩变形,防止拉应力产生。本文从细观上揭示岩体开挖条件下渐进式破坏过程形成机制,为更深入研究岩土力学特性和滑动断裂的形成与发展等渐进破坏过程提供了理论和技术支撑。     

巷道及边坡工程中的膨胀岩灾害与防治

分析了膨胀岩的胀缩机理及影响因素,总结了近几年的理论研究成果。着重论述了巷道和边坡工程中的膨胀 岩所造成的灾害形式,通过分析诱发灾害的机理,有针对性地提出了一些防治措施。     

多参量综合指标冲击地压预测技术研究

提出了"全局-区域-局部"多参量综合指标冲击地压预测技术,多种预测方法相互协调与配合、优势互补,形成空间上层次化全方位的预测体系,可极大提高冲击地压预测准确性。结合老虎台矿冲击地压发生机理与影响因素,提出利用微震法对采区全局范围内微震事件进行实时监测,划分具有冲击危险区域,全局范围预测冲击地压;利用电磁辐射法监测工作面及巷道近场围岩的应力场和煤岩变形破坏变化状况,确定近场围岩高冲击危险区域,局部范围预测冲击地压;采用矿压监测法和钻屑法对确定具有冲击危险的区域进行重点监测,判断冲击危险程度,对采取防治措施后的防冲效果进行检测;采用采空区气体分析法预测电磁辐射法和矿压观测法等无法监测到的采空区的冲击地压。实践证明:全局-区域-局部"多参量综合指标预测技术的各种预测方法在功能上表现出明显的互补特征,在老虎台矿的冲击地压预报中取得良好效果。     

古土壤地层盾构施工引起的地表沉降分析

针对西安地铁上覆含有古土壤的黄土地层中盾构施工引起的地表沉降,在分析其产生机理、盾构施工数值模拟过程、基于经验公式的Peck地表沉降计算方法的基础上,探讨了基于注浆效果、支护压力以及偏心超挖的等代层厚度计算方法;具体分析了盾构施工数值模拟过程中的等代层弹性模量和掌子面支护压力比与Peck地表沉降计算公式中最大沉降量和沉降槽宽度之间的关系。研究结果表明,在含有古土壤的黄土地层中进行盾构施工数值模拟时,等代层模量的取值在5～10MPa范围之内,当等代层模量小于5 MPa时,隧道围岩将产生较大的塑性变形;掌子面支护压力比取值在0.5～1.0范围之内,当掌子面支护压力比小于0.5时,掌子面附近土体将产生较大的塑性变形,当掌子面支护压力比大于1时,地表将产生隆起变形。     

浅埋富含水砂层盾构下穿敏感性建筑水平冻结+短钢箱接收技术∗

盾构始发与接收是盾构法隧道施工的关键风险点,以常州地铁1号线一期工程博爱路站-常州火车站区间下行线盾构接收工程为例,隧道下穿常州火车站站厅,隧道顶部距地下大厅结构底板仅3.75 m,受地面条件限制采用水平冻结加固方式。通过对冻结温度场、卸压孔压力及车站底板隆起进行跟踪监测与分析,结果表明:受地下水影响温度下降缓慢,车站底板因冻胀隆起较大,最大隆起处位于隧道端头中心线处约为46 mm,且底板隆起值与测点温度的变化密切相关;为防止温度低引起冻胀过大造成上部结构破坏,采取在冻结壁外围适度卸水进行卸压措施;在冻结壁交圈但厚度尚未完全达到冻结设计要求情况下,提出加装短钢箱装置进行盾构接收。实践表明,适度卸压水平冻结+加装短钢箱接收方式密封止水效果良好,安全可靠,可为今后类似工程提供可行技术。     

刷方减重下隧道-滑坡平行体系变形演化试验研究

刷方减重工艺在大型复杂滑坡治理中发挥越来越重要的角色。通过室外模型试验,以加载诱发滑坡滑动变形,造成对隧道的破坏影响,以减载的方式模拟刷方减载工艺对隧道的受力变形影响进行研究。结果表明：（1）隧道-滑坡平行体系单滑面情况下滑坡推力在滑体内产生应力效应有一个时间传递变化的过程,即时间效应;（2）滑坡推力对隧道作用沿纵向变形差异大,初步的试验反映出拉压过渡段的位置与滑坡推力的大小相关,滑带位置附近的土体最先达到应力幅值,引起隧道的拉压变形过渡,距离滑带较远位置滑体逐渐达应力幅值过渡;（3）隧道横断面环向应力都是拱顶应力较拱底应力大;（4）隧道环向断面应力呈对称分布,隧道底部受压侧,顶部为受拉侧,底部应变量级小于拱顶,且隧道的变形是不可恢复的;（5）刷方减荷在不同工况下对抑制滑坡变形有不同程度的效用,使隧道应变减小,尤其是滑带附近效果更加显著,这都印证了刷方减重对隧道-滑坡治理的突出效果。     

含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性

以某隧道为背景,通过地质条件分析并结合FLAC3D数值模拟手段,采用对比含有厚层软弱夹层和不含软弱夹层的2个不同模型的方法,从地应力变化、塑性区开展、变形、下覆岩体受压和位移等角度分析了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性。发现对于含厚层软弱夹层和不含软弱夹层的这2个不同模型,地应力的差别较小,但都为不含节理的岩体的0.5倍或更小,因此认为节理是影响含厚层软弱夹层硬质围岩变性破坏的因素之一;而2个模型在塑性区开展、变形量、下覆岩体受压和位移等方面差别较大,因此认为厚层软弱夹层对硬质围岩的变形破坏起着显著作用。同时通过创建三维模型采用分步开挖的方法,模拟了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏过程,分析认为其具有隐蔽性和发生时间不确定性的特点。研究结果可为类似地质情况的隧道建设提供参考。     

泥水盾构带压开舱时压力舱内不同泥浆液位下开挖面稳定性分析∗

泥水盾构在水下复杂地层带压开舱作业时,一般会根据实际情况将压力舱内泥浆降低至一定的液位。依托武汉地铁8号线越江隧道工程带压开舱作业实例,采用FLAC3D软件,对不同泥浆液位下盾构隧道开挖面主被动极限支护力及失稳破坏模式进行研究。结果表明:对于本工程上土下岩的复合地层带压开舱工况而言,不同泥浆液位下开挖面主动破坏均属于整体失稳破坏,且随着泥浆液位的降低,主动极限支护力先增后减,开挖面敏感区域逐渐下移并扩大,液位下降至隧道中心处时主动极限支护力最小;不同泥浆液位下开挖面的被动破坏均属于局部失稳破坏,被动极限支护力呈逐渐降低的趋势,最敏感区域均位于开挖面上半部;当泥浆液位降低至隧道中心以下时,隧道拱顶处支护力显著大于地层土水压力,此时开挖面面临较严峻的被动失稳风险,因此实际施工时不建议液位下降至隧道中心以下。