地质勘探水利水电论文提纲

论文题目：理县基地千枚岩斜坡倾倒变形及失稳机理研究

摘要：国内近30年的工程实践表明,倾坡内和近直立层状斜坡往往发生倾倒模式的变形失稳,其中演化为大型、巨型深层滑坡的例子并不鲜见,成为制约水电工程建设和地质灾害防治的关键问题。目前对于该类变形失稳模式尚缺乏系统的总结,斜坡倾倒变形失稳的条件不甚清楚,倾倒失稳的判据也尚未建立。理县理论研究基地地处川西北高山峡谷区,地质灾害频发,河流两岸发育大量倾倒体与倾倒堆积体,为开展理论研究提供良好条件。通过研究区已有地质资料收集和现场工程地质调查,查明斜坡变形失稳前斜坡坡形特征、坡体结构特征、岩体结构特征及倾倒变形破坏特征,初步建立斜坡地质原型。通过变形破坏现象分析,建立研究区斜坡倾倒失稳“概念模型”。依据室内岩石物理力学试验结果,结合岩体结构特征,开展研究区岩体质量评价。在此基础上,分别运用底摩擦试验和离散元模拟手段对斜坡变形失稳“概念模型”进行分析验证,深化对斜坡倾倒变形失稳机理的认识。主要认识和成果如下:⑴西山村斜坡具有顶平、上缓、下陡的坡形特征,以海拔1800m为界,上部为缓坡段,平均坡度在28-32°,下部陡坡段可划为极陡坡段和稍缓坡段。野外测量及勘探表明,陡坡段坡高330-360m之间,平均坡度大于40°;陡坡段下部极陡坡段,坡度70-80°,高差100-120m。⑵西山村斜坡为陡倾坡外层状结构软岩斜坡,以千枚岩、炭质千枚岩为主,夹少量石英、灰岩等硬岩。基岩产状N80-90°E/SE∠80-86°,河流走向近东西向,位于河流左岸凹岸一侧。发育四组构造节理,千枚岩片理面发育,层厚3-5cm,呈薄层状岩体结构。⑶现场调查和室内统计分析显示,滑坡体不同海拔高程岩体倾倒方向和倾倒程度呈明显差异,自下而上依次划为四个分区。坡脚位置A区岩体倾倒方向S10-20°W;B区域后缘以海拔2300-2350m左右为界,倾倒方向为S50-60°W;C、D区域的倾倒方向大致相似,均为N60°W。钻孔资料揭示,滑坡体底滑面发育深度呈规律性的“深-浅-深”变化。滑坡体中下部右侧边界为一剪切挤压破碎带,显示滑坡体在该处位移方向与右侧边界走向以较大角度相交。⑷依据各分区岩体倾倒变形破坏特征的差异,结合研究区工程地质环境条件,分析建立斜坡变形失稳的“概念模型”。西山村斜坡的变形失稳机制为在特殊的坡形和坡体结构条件下,受自重应力长期作用,坡脚首先倾倒失稳,牵引上部斜坡逐级倾倒失稳。伴随挽近期以来河谷快速下切,前缘临空条件良好,坡脚位置应力集中程度增加,在坡脚内部形成一最大剪应力增高带。受千枚岩长期强度控制,坡脚最大剪应力增高带附近岩体首先发生塑性屈服。受斜坡坡体结构和岩体结构特征控制,下部陡坡段岩体发生弯曲倾倒变形。随着下部岩体弯曲倾倒程度的加大,岩体风化卸荷程度加深,岩体物理力学特性进一步弱化,起到加剧变形失稳的作用,最终弯曲岩层在根部张裂缝发育部位发生折断。随着倾倒折断岩层的增多,倾倒折断面逐渐成为坡体内部的控制性弱面,斜坡的变形模式由弯曲-拉裂转化为滑移拉裂,倾倒折段带发育为潜在的滑移面。最终坡脚岩体沿该面滑移失稳。坡脚斜坡失稳对上部斜坡同时具有临空和卸载效应,牵引上部斜坡进一步变形,发生多级失稳破坏。⑸直接剪切试验显示,千枚岩的力学特性与片理面方位密切相关,平行片理面剪切时,破坏面相对平整,抗变形和强度特性明显弱化。单轴抗压试验表明,千枚岩的破坏模式主要为拉破坏,饱和单轴抗压强度54Mpa,属于较坚硬岩。结合研究区岩体结构特征,预估体积节理数JV为30-44条/m3,岩体较破碎,岩体完整性系数Kv取0.216,依据《工程岩体分级标准》、《水利水电工程地质勘察规范》,岩体基本质量指标BQ=279,围岩总评分T’=41.64,确定研究区微新岩体为Ⅳ类岩体,强风化岩体为Ⅴ级岩体。⑹根据相似理论建立底摩擦物理试验模型,通过坡脚开挖模拟河谷快速下切。试验表明,在上述坡形和坡体结构条件下,坡脚首先发生弯曲倾倒失稳,首次倾倒失稳后缘边界在海拔1950m附近,倾倒体发育深度150m左右。坡脚变形失稳对上部斜坡具有卸荷和临空效应,斜坡变形失稳具有多级特征。⑺离散元数值模拟表明:（1）河谷快速下切导致斜坡应力场重分布,坡脚处应力集中,最大主应力量值20-30Mpa,最小主应力量值0-5Mpa,应力差增大,坡脚内部形成一最大剪应力增高带。岩体发生卸荷回弹,回弹变形不均匀导致岩层沿陡倾片理面发生剪切错动,改造片理面。从岩体应力和应变的角度来看,河谷下切后坡脚岩体力学环境条件发生明显恶化,成为整个斜坡易于变形失稳的部位。（2）随迭代运算次数增加,陡坡段岩体发生弯曲变形,弯曲变形集中在陡坡段。监测结果表明,倾倒体水平发育深度在120m左右,4号测线处发育深度有所减小,为60-120m。倾倒体竖直发育深度在120-150m之间,在5号和6号测线处为60-120m。后缘边界在海拔1900m左右。（3）陡坡段倾倒失稳岩体的开挖模拟表明,陡坡段倾倒失稳对上部斜坡变形具有临空和卸荷效应,其影响范围大致在高程2150-2250m以下,与现场调查结果较一致。斜坡进一步变形主要集中在该高程范围以下,说明原型斜坡变形失稳机制为下部陡坡段首先失稳,牵引上部斜坡逐级失稳,变形失稳过程呈多级发育特征。

关键词：坡形;坡体结构;应力分异;弯曲倾倒;多级失稳

学科专业：建筑与土木工程

摘要

Abstract

第1章 前言

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 岩质斜坡倾倒变形失稳案例

1.2.2 岩质斜坡倾倒变形分类

1.2.3 岩质斜坡倾倒变形失稳影响因素研究现状

1.2.4 岩质斜坡倾倒变形失稳机制研究方法

1.3 研究内容、思路和技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究思路及技术路线

第2章 研究区环境地质条件

2.1 区域环境地质条件

2.1.1 区域地形地貌

2.1.2 区域构造背景

2.1.3 新构造运动及地震

2.2 研究区工程地质环境条件

2.2.1 气候水文

2.2.2 地形地貌

2.2.3 地层岩性

2.2.4 地质构造

2.2.5 水文地质条件

第3章 西山村斜坡倾倒变形失稳机制研究

3.1 斜坡结构特征

3.1.1 地形线的确定

3.1.2 坡体结构特征

3.2 研究区滑坡结构特征

3.2.1 滑体结构特征

3.2.2 滑带特征

3.3 西山村斜坡倾倒失稳机制定性分析

3.3.1 主要影响因素分析

3.3.2 西山村斜坡变形失稳“概念模型”建立

第4章 岩体物理力学特性试验研究

4.1 岩体物理力学特性研究

4.1.1 块体密度与含水率试验

4.1.2 岩石单轴压缩试验

4.1.3 岩石直剪试验

4.2 研究区岩体质量评价

4.2.1 工程岩体分级

4.2.2 研究区岩体力学参数取值

第5章 西山村斜坡倾倒失稳机理底摩擦试验研究

5.1 试验方案

5.1.1 试验目的

5.1.2 试验原理

5.2 模型设计及试验

5.2.1 模型设计

5.2.2 试验步骤

5.3 试验结果分析

第6章 西山村斜坡倾倒失稳机理数值模拟研究

6.1 离散元数值模拟思路及方案

6.2 计算模型建立

6.2.1 几何模型建立

6.2.2 模型介质类型与参数选取

6.2.3 网格化与边界条件

6.3 陡坡段河谷形成过程中斜坡演化特征分析

6.3.1 斜坡应力场演化特征

6.3.2 斜坡变形特征

6.4 斜坡变形失稳过程及机制模拟分析

6.4.1 坡脚变形失稳过程及机制分析

6.4.2 坡脚倾倒失稳对上部斜坡影响分析

6.5 小结

结论

致谢

参考文献