头寨岩崩锁固段动力失稳试验研究

发布时间：2020-07-06 12:37

【摘要】：岩崩事件作为一种破坏性强、危害性大、监测难度高、影响范围广同时伴随小型地震发生的地质灾害,一直是国内外学者研究的重点,其失稳机制更是研究此类灾害的热点与难点。本文以头寨岩崩灾害为例,通过现场调查与室内岩石样品剪切试验,以声发射监测技术、微震监测技术以及高速摄像机监测技术作为监测手段,对头寨岩崩锁固段动力失稳机理及震动破裂加速度进行研究,通过重正化群理论计算头寨岩崩失稳的临界加速度并分析其失稳破坏模式。结果表明:(1)对头寨岩崩的运动学特征进行研究,头寨岩崩具有高速(最大速度达87m/s)、远程(最远运移距离为3.5km)、低视摩擦角(H/L=0.237)的运动特征。其中对头寨堆积体及碎屑流波及范围进行调查,在剪出口上游发现一面积约为150m~2的新鲜峨眉山玄武岩锁固段露头,呈阶梯状,说明锁固段失稳证据充分。对头寨岩崩堆积体巨块石的等效直径以及堆积位置并对细颗粒的级配特征调查发现,巨块石多集中分布于堆积体中下部,等效直接多为1~2m,并有少量等效粒径为6~7m的巨块石分布在堆积扇位置。同时细颗粒筛分试验表明,从剪出口位置到堆积扇位置,细颗粒级配特征基本相同。同时,头寨岩崩的发生伴随震级约为3.5级的地震事件,以上研究均表明头寨岩崩的发生过程所携带的能量巨大,并且在很大程度上是其源岩体动力失稳的结果,而非传统意义上的下滑力超过抗滑力的缓慢蠕滑结果。(2)为查明锁固段动力失稳机制,分别对5×5×5cm和13×13×13cm玄武岩和花岗岩岩石样品进行剪切试验,并以声发射监测技术和微震监测技术作为监测手段。声发射试验结果表明岩石样品的破坏分为初始压密、弹性变形、塑性变形、非稳定拓展四个阶段。同时,岩石样品的破坏可以分为两种情况,一种为岩石样品仅产生一到两次破坏,且破坏产生的能量均较大;另一种为岩石样品产生多次破坏,且每次破坏产生的能量较小,即“爆胎型失稳”和“慢撒气型失稳”。事实证明,只有“爆胎型”失稳才能产生类似岩崩的灾变型地质灾害。微震监测试验表明,岩石样品破坏产生的最大加速度达40g,解释了岩崩灾害发生伴随地震这一现象。试验采用剪切缝宽度为“1cm”和剪切缝宽度为“5cm”两种夹具,试验结果表明不同剪切缝宽度对试验结果影响较大,结合头寨岩崩现场调查结果,剪切缝宽度为“5cm”的岩石样品与头寨岩崩的实际情况更为相符。通过高速摄像机监测岩石样品的破坏过程发现,岩石样品的破坏均从岩石样品的端部开始,并向另一侧贯通,最终岩石样品破坏。同时岩石样品破坏产生的裂纹并非是统一的剪切破裂面,而是雁行张裂构成的剪切破碎带,与头寨锁固段的阶梯状地貌吻合。(3)通过直接计算方法并结合头寨岩崩实际情况计算头寨岩崩锁固段失稳的峰值加速度分别为1.4×10~4m/s~2(剪切缝宽度5cm)和3.4×10~5m/s~2(剪切缝宽度1cm)。采用重正化群理论计算岩石样品破坏的临界破坏概率,并结合头寨岩崩的实际情况计算头寨岩崩锁固段失稳破坏的临界加速度为7.02×10~4m/s~2(剪切缝宽度1cm)和2.98×10~3m/s~2(剪切缝宽度5cm)。并建立了锁固段破坏过程的破坏模式,提出锁固段破坏机制为串联式瞬时脆性失稳机制。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P642.21
【图文】：

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云南昭通头寨岩崩地理位置

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育的岩层为二叠系峨眉山玄武岩，这套岩系广泛分菱形分布，覆盖面积达 30×104km2，二叠系峨眉山玄元，同时经常成为大型高陡边坡工程的工程边坡。图 2-2 头寨岩崩全景

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【参考文献】