关键词:
砂泥岩互层
无人机摄影测量
离散元数值模拟
裂隙扩展
渐进破坏机制
摘要:
在我国三峡库区秭归县侏罗系地层区域中频繁发生滑坡,据统计该地层滑坡数量占当地县区总滑坡数量的39%。在该区域中有一种特殊的滑坡,这类滑坡大多发育在缓倾角的砂泥岩互层的岩体中。此类边坡因砂岩、泥岩强度和结构的差异,随时间效应和外界因素的影响,砂泥岩接触带发生泥化和裂隙逐渐贯通,从而导致边坡渐进破坏造成滑坡灾害。本文从砂泥岩缓倾边坡渐进破坏的演化过程入手,采用无人机摄影测量技术对秭归县侏罗系地层区域进行优势节理调查与统计,建立了研究区的岩体裂隙模型;分析了裂隙对层状单一岩性岩体和层状复合岩体的力学参数和破坏模式的影响,并以秭归县卡门子湾滑坡为例,对砂泥岩互层岩质边坡的变形破坏过程进行离散元模拟,研究了其渐进破坏机制。本文的主要研究内容与成果如下:(1)根据研究区砂泥岩滑坡分布情况,选择卡门子湾滑坡、杉树槽滑坡、马家沟滑坡附近区域为调查区域,采用非接触测量中无人机摄影测量技术和传统接触测量方法对调查区域进行优势节理统计调查,总共测得6组优势节理,并建立优势节理的岩体裂隙网络模型。根据无人机影像解译出优势结构面的延展性和间距信息,并将无人机测量技术和传统测量法进行了对比,验证了无人机摄影测量的准确性。(2)利用颗粒流离散元软件PFC2D对含裂隙层状单一岩性岩体和复合层状岩体试样进行单轴压缩试验。依据室内试验采用“试错法”对岩体进行细观参数标定,采用节理粘结模型预制裂隙,建立四种含裂隙岩体,并对裂隙岩体单轴压缩模拟,观察不同裂隙角度,岩桥倾角对四种岩体强度参数特征、宏观破坏模式的影响。四种岩体峰值强度和弹性模量大体随裂隙倾角的增大而增大,四种岩体峰值强度和弹性模量大体随岩桥倾角的增大呈先减小后增大的规律,均在岩桥倾角30°或60°为最低值。根据岩体宏观破坏形态可知,单一岩性砂岩破坏形式主要受层理面倾角的影响,与裂隙倾角和岩桥倾角关系不大;单一岩性泥岩破坏形态主要受裂隙倾角和岩桥倾角影响,与层理面倾角关系不大;复合岩体砂岩和复合岩体泥岩破坏形态主要受层理面倾角的控制,当层理面为0°时,破坏形态呈泥岩横向膨鼓破坏,层理面30°时,主要为泥岩顺层面滑动破坏,层理面60°时,破坏形态为层理面破坏,层理面90°时,破坏形态表现斜交拉剪破坏。(3)通过对卡门子湾滑坡进行无人机摄影测量,解译出5组优势结构面的产状,延展性和间距,将识别出的结构面分布形式近似导入离散元模型中,基于PFC2D程序建立含节理裂隙网络的卡门子湾滑坡的模型,通过对模型中颗粒位移、运动速度和裂纹数量进行观察及对不同位置测量圆中的应力、接触力链进行监测,模拟并分析了砂泥岩互层边渐进破坏运动过程和破坏机理,得出砂泥岩互层边坡的泥岩部分变形严重,节理面对裂隙在砂泥岩互层岩体扩展贯通中起关键作用,卡门子湾滑坡破坏形式为滑移-拉裂破坏。坡脚破坏岩体位移和速度最大,最大位移达到4.2m,最大速度达到8.65m/s,最大裂纹数为2143条。