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岩溶典型区崩塌落石被动防护网失效概率模拟

地质科技通报 2024年第3期43卷 240-250页

作者：卢彦丞李军梁风史文兵王军义贵州大学资源与环境工程学院贵阳550025 贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室贵阳550025 贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队贵州遵义563000 中国电建贵阳勘测设计研究院有限公司贵阳550081

贵州省位于我国西南地区,多山地丘陵,是典型的喀斯特地形地貌区,崩塌、滑坡等地质灾害频发。思南县小屯岩崩塌带上现存危岩体方量大,裂隙、凹岩腔、溶蚀孔洞等发育。为研究岩溶典型区崩塌落石被动防护网失效概率,通过高精度实景建模技术... 详细信息

贵州省位于我国西南地区,多山地丘陵,是典型的喀斯特地形地貌区,崩塌、滑坡等地质灾害频发。思南县小屯岩崩塌带上现存危岩体方量大,裂隙、凹岩腔、溶蚀孔洞等发育。为研究岩溶典型区崩塌落石被动防护网失效概率,通过高精度实景建模技术,构建崩塌带三维模型,进行崩塌落石运动过程模拟,根据现场调查、无人机航拍和数值模拟结果,选择合适的位置布设落石被动防护网。基于落石粒径大小识别,选取不同粒径大小的落石,进行落石被动防护网拦截效果模拟,计算落石被动防护网失效概率。结果表明:13种粒径落石突破概率各不相同,(0.25,2.25)m粒径落石拦截效果良好,但落石被动防护网拦截率不能达到百分之百;落石粒径大于2.25 m,被动防护网出现失效现象,故将2.25 m粒径的落石为小屯岩崩塌带下被动防护网的设计上限。根据计算,所有粒径落石经被动防护网拦截后的失效概率低于5%,属可接受范畴。研究成果为小屯岩崩塌带的落石防护措施提供了有力的参考依据,对保护岩溶地区山区人民的生命安全和财产安全具有重要意义。

关键词：三维建模 RocPro3D 被动防护网拦截效果失效概率崩塌落石岩溶典型区

表层喀斯特带溶蚀岩体单轴压缩力学特性模拟研究

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中国岩溶 2023年第6期42卷 1258-1269页

作者：冷德明史文兵李华梁风贵州大学教育部喀斯特地质资源与环境重点实验室贵州贵阳550025 贵州大学资源与环境工程学院贵州贵阳550025 贵州省山地地质灾害防治工程技术研究中心贵州贵阳550025

研究表层喀斯特带溶蚀岩体的力学特性,有助于岩溶区边坡稳定性分析。本文以表层岩溶带溶蚀特征为依据,设定溶蚀率和溶蚀均匀系数作为溶蚀特征参数。基于元胞自动机算法思路,在颗粒离散元软件中构建不同溶蚀特征的岩体模型。对溶蚀岩体... 详细信息

研究表层喀斯特带溶蚀岩体的力学特性,有助于岩溶区边坡稳定性分析。本文以表层岩溶带溶蚀特征为依据,设定溶蚀率和溶蚀均匀系数作为溶蚀特征参数。基于元胞自动机算法思路,在颗粒离散元软件中构建不同溶蚀特征的岩体模型。对溶蚀岩体进行单轴压缩数值试验,检测岩体加载过程中声发射事件。试验结果表明:溶蚀岩体加载过程可分为:(1)压密阶段;(2)弹性变形阶段;(3)稳定破裂发展阶段;(4)不稳定破裂发展阶段;(5)峰后缓慢软化阶段;(6)峰后快速软化阶段。随溶蚀率增加,岩体弹性变形阶段曲线缩短,岩体抗压强度降低;岩体由脆性破坏逐渐转为延性破坏;同时,溶蚀率增加,岩体抗压强度下降速率由最初快速降低转为缓慢降低,最终收敛。溶蚀均匀系数增加,不稳定破裂阶段曲线增长,岩体由局部破坏转为整体性破坏。研究发现溶蚀岩体单轴抗压强度与溶蚀特征参数呈负指数关系,该关系式可用作溶蚀岩体强度取值,实际工程中应增加溶蚀均匀系数对岩体质量的影响。溶蚀岩体裂纹扩展机理有助于边坡失稳机理研究。

关键词：表层喀斯特带溶蚀岩体数值模拟溶蚀特征参数单轴抗压强度力学特性

单轴压缩条件下溶蚀岩体力学特性数值试验研究

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应用力学学报 2023年第5期40卷 1143-1153页

作者：史文兵李华王小明梁风贵州大学资源与环境工程学院贵阳550025 贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室贵阳550025 中南大学土木工程学院长沙410075

工程尺度的溶蚀岩体难以开展室内外力学试验,导致溶蚀岩体的力学参数获取存在困难,因此基于岩石矿物含量特征、室内力学试验和岩体结构面特征,采用三维颗粒流离散元法,通过建立等效孔隙型溶蚀岩体模型进行单轴压缩数值试验,进而分析其... 详细信息

工程尺度的溶蚀岩体难以开展室内外力学试验,导致溶蚀岩体的力学参数获取存在困难,因此基于岩石矿物含量特征、室内力学试验和岩体结构面特征,采用三维颗粒流离散元法,通过建立等效孔隙型溶蚀岩体模型进行单轴压缩数值试验,进而分析其力学特性和变形破坏机制。研究表明:采用改进平行黏结模型,基于细观矿物特征,通过元胞自动机算法剔除颗粒可建立孔隙型溶蚀岩体模型;加载前期,岩体结构面首先快速破坏而产生以剪切为主的微裂纹;随加载进行,岩块内逐渐产生以拉裂纹为主的破坏,其微裂纹呈指数增加,而结构面微裂纹先激增后趋于稳定;相同轴向应变时,岩块内拉裂纹随溶蚀率增加而增加,而结构面剪切微裂纹减少;岩体的变形破坏分为结构面快速破坏、岩块弹性变形、岩块塑性变形和岩体完全破坏等4个阶段,其破坏形式随溶蚀率增加而从整体均匀性破坏转化为局部结构性破坏;溶蚀使岩体强度降低,溶蚀率与单轴抗压强度和变形模量分别呈反比和负指数函数关系。

关键词：溶蚀岩体离散元法单轴压缩力学特性岩体强度

地下采动作用下超高陡中缓倾逆向坡变形破坏过程研究

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工程地质学报 2022年

作者：张顺波史文兵王勇彭雄武贵州大学资源与环境工程学院贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室

我国西南地区地质环境条件复杂，多发育上硬下软、上陡下缓的二元山体结构。频繁的地下开采活动，极易导致崩滑灾害，因此对此类崩滑灾害的研究迫在眉睫。本文以攀枝花煤矿崩塌为例，总结崩塌体变形破坏特征，同时基于PFC;软件模拟地下... 详细信息

我国西南地区地质环境条件复杂，多发育上硬下软、上陡下缓的二元山体结构。频繁的地下开采活动，极易导致崩滑灾害，因此对此类崩滑灾害的研究迫在眉睫。本文以攀枝花煤矿崩塌为例，总结崩塌体变形破坏特征，同时基于PFC;软件模拟地下开采作用下坡面和上覆岩体的变形趋势、力学行为、裂隙演化过程以及地质破坏模式。研究表明：在地下开采作用下，采空区边界应力集中效应显著，导致裂隙最先发育，应力调整下呈现拱形应力分布。坡脚处向坡外剪应力集中显著并具有明显的鼓胀现象，坡顶位移和接触力增量均较坡脚慢，变形和应力的传递具有明显的时间滞后效应。位移和裂隙范围随地下开采区域增加而增大，并始终向坡面临空方向偏转，对于坡脚至永宁镇组第二段软硬互层岩体变形方式表现为软岩的塑性挤出、硬岩的折断破坏以及整体弯曲下沉和向临空方向的倾覆，坡顶主要表现为悬臂弯曲和断裂。该斜坡地质力学模式可分为：“表生”改造、塑流-拉裂、弯曲-拉裂以及溃屈崩塌4个阶段。

关键词：地下开采矿山崩塌变形破坏过程数值模拟地质力学模式

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基于离散元的普洒崩塌过程分析研究

自然灾害学报 2022年第5期31卷 202-211页

作者：熊绍真史文兵彭雄武王勇贵州大学资源与环境工程学院贵州贵阳550025 贵州大学教育部喀斯特地质资源与环境重点实验室贵州贵阳550025 江西省地质局水文地质大队江西南昌330000

崩塌一旦发生,往往带来严重的生命财产损失。2017年8月28日10时30分左右贵州省纳雍县张家湾镇普洒村发生了灾难性的高位崩塌地质灾害,摧毁了普洒村居民区房屋,还有26人遇难,9人失踪,8人受伤。查明崩塌的基本特征及现场工程地质条件变得... 详细信息

崩塌一旦发生,往往带来严重的生命财产损失。2017年8月28日10时30分左右贵州省纳雍县张家湾镇普洒村发生了灾难性的高位崩塌地质灾害,摧毁了普洒村居民区房屋,还有26人遇难,9人失踪,8人受伤。查明崩塌的基本特征及现场工程地质条件变得尤为重要,有利于找出诱发崩塌的关键性因素,分析崩塌的形成机制及运动过程,为此类灾害防治及早期识别提供理论依据。文中通过现场调查、无人机航拍、现场视频和已有地质资料查明斜坡工程地质条件、斜坡特征,分析崩塌运动过程,采用3DEC离散元数值模拟方法,对高陡斜坡在地下开采作用下崩塌所产生的机理、失稳模式、运动轨迹进行了全过程模拟,并将数值模拟结果与崩塌实际过程进行对比。结果表明:通过3DEC模拟地下开采诱发的崩塌过程,发现斜坡在地下开采的扰动下会产生大规模的崩塌。普洒崩塌的主要过程为:(1)煤矿的开采过程中,斜坡受到扰动,加剧岩体产生变形,上覆岩体出现开裂塌陷现象,坡顶出现拉裂缝;(2)采空区形成后,整个坡体出现不均匀沉降,裂缝进一步向下扩展,岩体破碎趋向临空面倾倒,开始脱离坡表,形成崩塌;(3)坡顶岩体变形剧烈,斜坡整体失稳,发生大规模崩塌;(4)崩塌块体间冲击-铲刮作用,崩塌体以高速碎屑流的方式向下滑动,并堆积于坡脚前缘。

关键词：崩塌地下开采 3DEC 变形破坏失稳

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贵州地区碳酸盐岩差异性溶蚀微观机理研究

地下空间与工程学报 2022年第6期18卷 1873-1881,1890页

作者：李沛锦史文兵梁风王勇贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室贵阳550025 贵州大学资源与环境工程学院贵阳550025

贵州地区特殊的地层岩性、水文地质和气候条件,使该地区崩塌灾害多与溶蚀作用有着密切的关系。以贵州省惠水新寨崩塌为实例,对崩塌体厚层和薄层碳酸盐岩进行研究,分析岩石的化学成分、微观结构以及酸性溶液不同pH值对溶蚀作用的影响,并... 详细信息

贵州地区特殊的地层岩性、水文地质和气候条件,使该地区崩塌灾害多与溶蚀作用有着密切的关系。以贵州省惠水新寨崩塌为实例,对崩塌体厚层和薄层碳酸盐岩进行研究,分析岩石的化学成分、微观结构以及酸性溶液不同pH值对溶蚀作用的影响,并利用颗粒(孔隙)及裂隙图像识别分析软件(PCAS)对溶蚀后岩样表面的空隙进行统计分析。研究结果表明:岩石的化学成分和微观结构均对岩石的差异性溶蚀起到了控制作用,薄层纯灰岩的溶蚀作用要明显强于厚层白云岩质灰岩,溶蚀作用起始于岩石的晶间孔隙、构造与解理处,逐渐扩展使得孔隙、裂隙相互连通;岩石的溶蚀作用随着溶液pH值的降低而逐渐剧烈;厚层灰岩在溶蚀后岩体表面的孔隙面积和孔隙数量与酸性溶液pH值成反比,而薄层灰岩在溶蚀后岩体表面的孔隙面积和孔隙数量与酸性溶液pH值成正比。

关键词：微观溶蚀特征差异性溶蚀扫描电镜岩石微观结构 PCAS

单轴压缩条件下岩溶化裂隙岩体损伤破坏特征研究

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工程地质学报 2022年第4期30卷 1098-1110页

作者：熊绍真史文兵王小明贵州大学资源与环境工程学院中国贵阳550025 贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室中国贵阳550025

岩溶化裂隙岩体是普遍发育于自然界中具有初始损伤的岩体。为了研究岩溶化裂隙岩体损伤破坏特征,本文以贵州某地赋存的溶蚀岩体为研究对象,运用损伤力学理论构建岩溶化裂隙岩体在单轴压缩条件下的损伤演化模型,并建立岩溶化裂隙岩体损... 详细信息

岩溶化裂隙岩体是普遍发育于自然界中具有初始损伤的岩体。为了研究岩溶化裂隙岩体损伤破坏特征,本文以贵州某地赋存的溶蚀岩体为研究对象,运用损伤力学理论构建岩溶化裂隙岩体在单轴压缩条件下的损伤演化模型,并建立岩溶化裂隙岩体损伤演化方程。采用颗粒流数值软件进行单轴压缩数值试验,进一步研究岩溶化裂隙岩体试件在单轴压缩条件下的损伤演化特征,分析岩溶化裂隙岩体的微观损伤特征。结果表明:岩溶化裂隙岩体的初始损伤主要包括溶蚀损伤和裂隙损伤。岩溶化裂隙岩体的初始损伤随着溶蚀率的增加而增加,最终增加速率趋于平缓;岩溶化裂隙岩体的损伤演化曲线均呈“S”型变化,先缓慢增加,再迅速增加,最后缓慢增加至损伤值1;岩溶化裂隙岩体存在异构特征,导致破坏裂隙起源于具有初始损伤的溶蚀孔洞和裂隙处,随后裂隙经历萌发、扩张和剪切作用、数量和长度增加以及裂隙贯通4个阶段后发生宏观破坏。

关键词：溶蚀作用裂隙岩体初始损伤损伤演化异构特征微观损伤

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

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自然灾害学报 2022年第4期31卷 190-200页

作者：梁风史文兵钱孝龙余逍逍熊绍真贵州大学资源与环境工程学院贵州贵阳550025 贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室贵州贵阳550025 贵州省山地地质灾害防治工程技术研究中心贵州贵阳550025

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... 详细信息

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)。

关键词：平缓倾内斜坡地下开采物理模拟演化过程变形破坏机制

降雨诱发堆积体滑坡水土响应与稳定性时空演化试验研究

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水文地质工程地质 2023年第1期50卷 104-112页

作者：孟生勇江兴元杨义孙乾征史文兵贵州大学资源与环境工程学院贵州贵阳550025 贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室贵州贵阳550025 贵州省地质矿产勘查开发局一〇四地质大队贵州都匀558000

降雨在松散堆积土中入渗引起内部水土力学的变化是影响稳定性的关键。目前研究多侧重考虑颗粒粒径、含量等因素对斜坡破坏的影响,但是针对斜坡体内部水土响应及稳定性时空演化方面的研究存在不足。基于野外滑坡案例,通过室内降雨滑坡模... 详细信息

降雨在松散堆积土中入渗引起内部水土力学的变化是影响稳定性的关键。目前研究多侧重考虑颗粒粒径、含量等因素对斜坡破坏的影响,但是针对斜坡体内部水土响应及稳定性时空演化方面的研究存在不足。基于野外滑坡案例,通过室内降雨滑坡模型试验、土力学试验和理论分析手段,研究了降雨触发松散堆积体斜坡变形破坏过程及模式,采用Van Genuchten模型(VG模型)重构了土体的土-水特征曲线,重点探究了斜坡内部水土力学变化以及稳定性时空演化规律。结果表明:(1)堆积体斜坡破坏经历了微裂隙发育-局部破坏-整体破坏3个阶段,呈现出“初期拉裂-坡面坍塌-塑性滑动”的破坏模式;(2)入渗过程斜坡体积含水率以及孔隙水压力急速增加,而土颗粒之间基质吸力下降甚至消散,促进了斜坡破坏发展;(3)土体力学强度随体积含水率升高呈指数下降,体积含水率为36.3%时,有效黏聚力和有效内摩擦角仅为0.27 kPa、3.39°;(4)基于极限平衡理论和斜坡土水特征监测数据,构建了斜坡稳定性时空演化图谱,与模型试验破坏特征有较好的一致性。研究结果对降雨作用下的堆积层斜坡监测预警与防灾减灾提供理论支撑。

关键词：堆积体斜坡降雨入渗水槽试验稳定性分析水文响应