高位碎裂岩体失稳机制及其堆积区预测研究

论文摘要

我国西南山区地形地貌及地质环境复杂,高位碎裂岩体失稳事件时有发生,由此导致的灾害已成为主要的地质灾害类型之一。高位碎裂岩体失稳后,通常具有高速、高势能等特点,其与山体撞击形成岩石碎屑流能够在极短的时间内高速运移至很远的距离,并形成覆盖范围很大的堆积区。高位碎裂岩体的失稳机制及其堆积区预测已成为亟待研究解决的难题。本文依托国家科技支撑计划课题“西南山区干线公路路基灾变过程控制理论与动态调控技术研究”(编号2015BAK09B01),以四川茂县“6.24”特大滑坡为研究背景,开展高位碎裂岩体失稳机制及其堆积区范围预测研究。本文以降水为碎裂岩体失稳的主要诱发因素,采用理论分析、模拟试验和数值计算等方法,研究了平推整体式、殿后锁固式两种类型碎裂岩体的失稳机制,并对其堆积范围进行探索,结合茂县新磨滑坡提出碎屑流堆积区运移距离计算公式。论文的主要研究工作和成果如下:(1)通过理论推导研究了高位碎裂岩体在降水作用下的失稳机制。根据高位碎裂岩体的产状特征,将碎裂岩体分为潜在滑动带完全贯通的平推式整体失稳岩体和潜在滑动带下部尚未贯通、呈现锁固状态的殿后锁固式岩体两种类型,并且分别从静水压力和变形能的角度分析两种类型岩体失稳机制。得到了平推式整体失稳岩体的承压水头线方程以及临界水头计算公式,讨论了滑动带渗流宽度;推导出殿后锁固式碎裂岩体失稳瞬间的弹冲速度计算公式,获得了碎裂岩体失稳瞬间的弹冲速度和加速度。(2)通过高位碎裂岩体失稳堆积范围试验,研究了碎裂岩体的位置高度、潜滑带倾角、弹冲速度、岩体体量、碎屑颗粒粒径、碎屑颗粒级配等因素对堆积范围的影响。研究表明,各因素对堆积区的起始点位置均有明显影响,对碎屑堆积范围、碎屑颗粒最远位置影响较小。(3)通过碎裂岩体堆积范围数值计算分析,得到了碎屑颗粒分布直方图、颗粒水平速度包络线、颗粒总动能包络线以及弹跳高度包络线。基于输出图形和计算结果,得到了碎裂岩体失稳后与坡体的首次撞击点位置、堆积区范围、碎屑颗粒最远位置;与试验结果进行对比,得到堆积范围分布特征。随后采用了正交分析的方法,将碎裂岩体的位置高度、弹冲速度以及潜滑带倾角等因素对堆积范围的影响,进行了敏感性评价。得到了碎裂岩体首次撞击坡体的位置受弹冲速度影响最大、碎屑颗粒最远位置受碎裂岩体位置高度影响最大、堆积范围受弹冲速度影响最大的结论。(4)根据四川茂县“6.24”特大滑坡的高位碎裂岩体地质特征,分析了其稳定性,推算得到碎裂岩体的弹冲速度、加速度。利用谢德格尔公式对堆积范围最大长度进行了计算,并与实际值比较后,将计算公式进行了优化。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 符号说明
• 第一章 绪论
•   1.1 问题的提出
•     1.1.1 引言
•     1.1.2 高位碎裂岩体概述
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 高位碎裂岩体失稳机制
•     1.2.2 碎屑流堆积区范围
•   1.3 主要研究内容与技术路线
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 第二章 高位碎裂岩体失稳的降水诱发机制
•   2.1 降水对高位碎裂岩体稳定性的影响
•   2.2 碎裂岩体平推式整体失稳机制
•     2.2.1 碎裂岩体平推式失稳概述
•     2.2.2 模型的建立
•     2.2.3 承压水区范围推导
•     2.2.4 承压段扬压力的计算
•     2.2.5 平推式滑坡启动机制分析
•     2.2.6 特殊渗流形式下的平推式整体式岩体稳定性分析
•   2.3 殿后锁固碎裂岩体失稳机制
•     2.3.1 锁固段岩体简化模型
•     2.3.2 锁固段岩体的应力和位移
•     2.3.3 岩体功能增量平衡关系
•     2.3.4 锁固坡体潜滑带动力破裂起始点
•     2.3.5 锁固坡体剪切变形能释放量
•     2.3.6 边坡系统功能增量平衡关系
•   2.4 本章小结
• 第三章 高位碎裂岩体失稳堆积范围试验研究
•   3.1 概述
•   3.2 试验方法与试验方案
•     3.2.1 堆积区范围定义
•     3.2.2 试验方法
•     3.2.3 试验量测系统
•     3.2.4 试验方案
•   3.3 试验现象及结果分析
•     3.3.1 碎裂岩体位置高度对堆积区范围的影响
•     3.3.2 滑动带倾角对堆积区范围的影响
•     3.3.3 弹冲速度对堆积区范围的影响
•     3.3.4 岩体体量对堆积范围的影响
•     3.3.5 碎屑颗粒粒径对堆积区范围的影响
•     3.3.6 碎屑颗粒级配对堆积区范围的影响
•   3.4 本章小结
• 第四章 高位碎裂岩体失稳堆积范围数值模拟分析
•   4.1 概述
•   4.2 分析模型及计算方法
•     4.2.1 数值分析软件工作原理
•     4.2.2 计算假定
•     4.2.3 弹丸算法
•     4.2.4 滑动算法
•   4.3 计算参数取值
•   4.4 计算结果分析
•     4.4.1 碎裂岩体位置高度对堆积范围的影响
•     4.4.2 滑动带倾角对堆积范围的影响
•     4.4.3 弹冲速度对堆积范围的影响
•     4.4.4 高位碎裂岩体堆积区影响因素敏感度分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 四川茂县“6.24”特大滑坡失稳机制及其堆积范围分析
•   5.1 四川茂县“6.24”特大滑坡概况
•     5.1.1 地层岩性及地质构造条件
•     5.1.2 气候与降水条件
•   5.2 高位碎裂岩体稳定性分析
•   5.3 碎屑流-堆积区最大长度预测研究
•   5.4 碎屑流堆积区范围理论计算的优化
•   5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 建议与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表（录用）的主要论文及专利
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘闽楠

导师: 王俊杰

关键词: 高位碎裂岩体,失稳机制,堆积区,大气降水,岩石碎屑流

来源: 重庆交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 重庆交通大学

基金: 国家科技支撑计划课题“西南山区干线公路路基灾变过程控制理论与动态调控技术研究”(编号2015BAK09B01)

分类号: P642.2

DOI: 10.27671/d.cnki.gcjtc.2019.000161

总页数: 109

文件大小: 6815K

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