土木工程进展

土木工程进展/2021./文章
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通过机器学习和数值模拟对自然和工程灾害的失败机制,预测和风险评估

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体积 2021. |文章的ID 6526417. | https://doi.org/10.1155/2021/6526417

文莲,嘉兴洞,苏刚隋,韩华徐,跑雪阳,珍罗沉 中国西南普洱镇悬垂坡危险岩石危险岩体稳定性评价",土木工程进展 卷。2021. 文章的ID6526417. 12. 页面 2021. https://doi.org/10.1155/2021/6526417

中国西南普洱镇悬垂坡危险岩石危险岩体稳定性评价

学术编辑:成名黄
已收到 2021年4月23日
接受 01 2021年6月
发表 06年7月2021

抽象的

普尔都镇悬挑边坡危岩体自由面条件好、位置高、势能大,其识别和稳定性评价是灾害防治中的难点问题。本文采用极限平衡法对悬挑边坡的危险岩体稳定性进行了评价。首先,通过野外地质调查,确定了危险岩体的地貌特征和分布;其次,对六种可能造成更大威胁的危险岩体进行了研究,确定了其破坏模式和特征参数;最后,建立了简化的地质模型,采用极限平衡法计算了不同条件下危险岩体的稳定性系数,同时基于投影法对危险岩体进行了稳定性分析。并根据经验公式估计了风险概率。结果表明,岩体中节理发育明显W1,W2,W3.W4,W5,W6、有落式和倾倒式破坏模式。在自然条件下,危险岩体在暴雨和地震条件下处于欠稳和失稳状态。因此,暴雨和地震是危险岩体失稳倒塌的关键触发因素。

1.介绍

岩体垮塌是山区常见的地质灾害。危险岩体大多存在于悬垂边坡或陡崖上,这些岩体被多个结构面分割,稳定性差[1].2006年6月,中国东南部的高速公路悬垂坡度,中国连续十几天连续十天崩溃,宽松危险的岩石质量下降约400米3..大量的岩石质量下降了斜坡,斜坡脚下的一些房屋被摧毁,形成了灾难。与此同时,对公路项目和当地居民的生产和生活也是一个严重的威胁,具有极其严重的后果[2].2017年8月,中国四川九寨沟发生7.0级地震。由于地震对岩体开裂破坏的影响,九寨沟核心景区存在大量高或极高坍塌危险,严重威胁游客和当地居民的生命财产安全[3.].

危险岩体的稳定性评估可作为支持和有效地控制危险岩体灾害的支撑结构的基础。主教方法[4]考虑土地条的侧向力,但没有考虑水平力;另一方面,实验是相等的切线,因此分析结果具有一定的限制。Mithun等。[5]采用遥感技术监控冰川更改的冰箱喜马拉雅高原,评价危险岩石质量的稳定性。李等人[6还提出了危险岩石的不稳定失效具有明显的空间特征。当王等人。[7[研究了三峡库区建圆洞危险岩体的稳定性,他们提出了不稳定的机制,上岩体的重量和水库水位的周期性变化导致了基础岩石质量的弱化造成的损害越来越多,最终导致了基岩的崩溃,并对其进行了稳定性分析。李[8]提出了通过加固危岩体以减缓卸荷裂缝发展的防塌方法。一般来说,对危险岩体的变形破坏模式进行分类是进行稳定性分析的必要步骤。根据研究区地质条件。Dong等人[9将水电站边坡的危险源分为孤立石、危岩、危岩体和高位覆盖层。旷(10.]综合考虑了不稳定危险岩体的失效机制和应力状态,将塌陷类型分为剪切,紧张突破,落下,倾翻塌陷,破碎和洞穴等。黄和邓[11.根据不稳定机构将危险岩体分为七种类型,包括斜坡附接型,悬架型,隔离式,平板裂纹型,水分动型,块类型和软基型。当张等人。[12.[综合岩石危险岩体的变形和故障特征,总结了8种变形和故障模式。

危险岩体稳定性评价主要从定性和定量两个方面进行。李等人[13.[采用立体投影方法及限制平衡法分析湖北湖北湖龙口危险岩体的稳定性。在此基础上,提出了该措施。基于关键块理论,张等人。[14.提出了稳定性岩石块的稳定性概率评估方法。Tao等人。[15.利用SSPC方法分析了位于中国四川省达杜河上的水电项目切割岩坡的稳定性。基于极限平衡法和裂缝力学理论,龚[16.推广了三峡库区危岩的力学模型,分析了最大周长应力断裂准则和最大剪应力断裂准则,推导了危岩的稳定系数表达式。肖(17.],采用极限平衡法对万州太白岩质边坡危岩体稳定性进行分析,研究了裂缝角度、竖向地震力和水平地震力对危岩体安全系数的影响。陈(18.[江苏省Shouli Mountain山脉坍塌危险岩体稳定性,采用极限均衡理论。当地震和降雨在一起时,危险岩体稳定性的决定性因素主要是水平的地震力。李等人[19.[八兴县的石灰石区和花岗岩区,雅宋市,“汶川”地震区,采取了危险的岩石群,作为研究对象,使危险岩体稳定性评价与分析。结果表明,刚性岩体稳定性分析中刚体限制平衡方法的简单性。赵和布[20.使用块限制平衡方法计算危险岩体的安全系数和滑动方向并分析其稳定性。通过组合蒙特卡罗方法和块极限平衡方法,提出了稳定性可靠性的函数,获得可靠性指数和不稳定概率。以白山危险的岩石质量作为对象,刘等人。[21.利用极限平衡法对危险岩体稳定性进行定量检查计算,并综合分析,评价桂林危险岩体的发展特征及稳定性。

中国云南省燕金县延京县普洱镇悬垂山坡的危险岩石群落是一个河岸坡面积,峡谷地貌与结构侵蚀和河流侵蚀相交。根据地形的说法,坡度已经有崩溃的条件。一旦危险的岩石崩溃,它将对村民的生命和财产安全带来巨大的威胁。因此,研究领域危险岩体稳定性评估将有利于延金县的地质防灾和控制规划,为防灾和控制提供了相应的理论基础,具有非常重要的实际意义。目前,有很多关于危险岩石质量稳定性分析的研究,但山区悬垂悬垂危险岩体的稳定性评价较少。基于极限平衡法,本文根据不同的工作条件计算了研究区域下降型和划线型危险岩体的稳定系数和危险概率,并评估了六组危险岩体的稳定性在研究区。

2.地质环境背景

2.1.地理位置

Puerdu Town位于上青河,上青河和金沙河的一流支流的交汇处。地理坐标为104°10,28°14'n。Zhaotong的直线距离约为110公里,延京约25公里。研究区域的位置如图所示12

2.2。气象水文

该地区的年平均气温为17°C,面积的年平均降雨量为1226.2毫米。降雨量在6月,7月,8月和9月集中,占年降水量的82%。年平均蒸发为1083.5毫米,相对湿度为81%。

2.3。地形特征

普尔都镇的地形地貌主要表现为受地质构造控制的流动地貌。除了沿沉积岩层发育的缓坡地貌外,基本地貌单元为山脉和峡谷。区内深谷主要表现为v型谷和陡谷坡,坡面一般在30以上,植被覆盖率高。

2.4。地层岩性

在现场调查和探索的基础上,该地区的地层岩性主要由季余斜坡层组成(4el + dl下垫岩为侏罗系中统沙溪庙组(J2S),含棕、紫灰色砂岩与紫红色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩互层。

3.危险岩石地区的工程地质特征

滑坡的发生与关河、川四河的冲刷切割及边坡岩体结构密切相关。区域地质史研究表明,岩壁下呈长100 ~ 1000 m的带状分布,并有厚度10 ~ 20 m的大型塌陷堆积层,为中、晚更新世的大规模塌陷。现代崩溃的规模虽小,但危害却很严重。本区危岩形态多样,基本几何形态有块状、柱状、盘状和倒切锥状。其他形式包括拱桥和悬臂桥。危岩崩塌按其变形特征和破坏形式可分为崩塌堆积区和悬崖危岩区。根据地形特征,研究区自下而上划分为四级危岩,每一级危岩又细分为上缓坡区、急崖区和下坡区三种微地貌。崩塌堆积区和悬崖危岩区地形图如图所示3.

1级危险岩石上方柔和斜坡面积:它位于陡峭的悬崖上部,地形斜坡为20-34°,平均斜率为29°,高程差异为51-104米,平均值68米;steep cliff area: the length of the cliff zone is 984 m, the slope of the cliff is N62°W, the height difference is 8–25 m, most of the steep cliffs are upright, and some of the steep cliffs’ angle is between 70 and 90°. The main slope area at the bottom of the Grade 1 dangerous rock steep cliff: from the lower part to the upper part of the Chuansi River, the elevation difference increases gradually from 58 m to 102 m. The topographic slope also increases gradually from the lower part to the upper part of the Chuansi River, from 26° to 38°. In the middle part of the country, the topography is mostly step-shaped due to the residential area cutting slope construction. The cut slope height is 10–15 m, and the cut slope degree is mostly in an upright state.

2级危险岩石上柔和斜坡面积:它位于二级陡峭悬崖的上部,地形斜率为25-34°,平均斜率为33°,高度差为30-50米,平均39米;steep cliff area: the distribution is discontinuous, the length of the cliff is 497 m, the cliff line is S63°E, the height difference is 6–13 m, most of the cliffs are upright, and some of the cliffs’ angle is between 70 and 90°. The lower slope of the grade 2 dangerous cliff is the upper gentle slope of the grade 1 steep cliff.

大部分3年级和4级危险岩石连接在一起。从山顶的柔和倾斜区域的上部相对缓慢,地形的斜率为20-25°。陡峭的悬崖区的长度为820μm,悬崖方向为n62°w,高度差为15-43米。3年级和4级危险岩石的较低斜率是2级危险岩石的上方柔和斜坡。

3.1。崩塌累积区工程地质特征

崩塌的积聚区域位于Chuansi河右岸的斜坡区上。斜坡和陡峭的悬崖突然接触。斜坡的总体趋势是N25°-30°W,倾向于NE。通常属于中间坡,由于人工坡切割,地形斜坡几乎是垂直的,切削斜坡的高度为8-10米,在某些区域的高度为15米。坍塌积聚体的横向长度为750米,纵向长度为115-320米,厚度为2.3-18.2米,平均厚度为8米,面积为111,660米2,体积为893,280m³。它是一个大的崩溃积聚体,具有大规模的坍塌点。

3.2。陡峭的悬崖危险岩面积工程地质特征

陡峭的悬崖危险摇滚面积位于Chuansi河右岸的高陡坡。高陡坡可分为两个部分。上部是陡峭的悬崖,下部是温和的斜坡。斜坡高度大多为100-200米。大多数悬崖墙都处于直立状态,岩壁光滑,危险岩石发达得很好。悬崖危险岩面积的第一级距离住宅区8-68米,悬崖危险岩带长976米。从起点至350米的墙壁的撞击是S44°E,从400米到976米,从400升到976米,它在350 m-400米处断开,高度差异是8-25米。大多数悬崖是直立的,部分悬崖角度在70到90°之间。关节将岩体切成块,其不同量约100-500米3.而且他们中的大多数都是小的折叠。在陡峭悬崖的分配区域中,有许多薄岩风化和剥落形成连续腔,腔速率为约68%,腔体积大多为70至220m³。危险岩体的岩性组成主要是侏罗纪沙夏组(J2S)砂岩,泥石石砂岩,粉质泥岩,泥岩等。

总之,危险岩体将在自我重量,裂缝水压(自然状态),暴雨,地震力和其他因素的组合作用下转化为不稳定状态。

3.3。危险岩石的特征

在实地调查之后W1,W2,W3.W4,W5,W如图6所示,危险岩体的基本特征如表所示1


特征参数 W1 W2 W3. W4 W5 W6

危险岩石质量的高度(m) 5.0 23.0 2.0 17.0 18.0 17.0
危险岩体长度(m) 32.7 23.0 20.0 24.0 23.0 30.0
危险岩石质量的厚度(m) 4.0 8.0 7.0 6.0 8.0 5.0
裂纹深度(米) 4.7 14.0 1.7 6.0 10.0 5.0
危险岩石质量(M³) 654.0 4232.0 280.0 2448.0 3312.0 2550.0.
重量(kg) 1654.6 10,706.5. 708.0 6192.0. 8378.9. 6450.0

的照片W1,W2,W3.W4,W5,W6个字段如图所示4

4.危险岩体的形成机制分析及导致

通过地质调查,得出结论,陡峭的悬崖危险岩面积位于北河河右岸的高陡坡区,斜坡高度大多为100-200米。由于良好的悬垂条件,倾斜岩石质量的卸载反弹,斜坡的变形和失效,以及危险岩体的形成和发展是非常有利的。陡坡的岩石质量结构为危险岩石形成了材料基础,尤其是侏罗纪沙夏(J2S)形成的互冰沙和泥岩。斜坡的上部覆盖着砂岩,泥岩处于其中,形成具有陡峭和慢阶段的阶梯状悬挂斜率。砂岩层容易发生脆性骨折,泥岩层容易发生塑性变形,这加剧了整个岩石质量的变形和失效。

综合分析表明,节理的切割与分离是研究区危险岩体形成的内在原因。岩石块是由节理相交而成的。此外,在静水压力作用下,水渗入裂缝进一步促进裂缝扩展,渗透浸没降低泥岩软基强度,增强风化作用,加剧塑性流动变形。同时也增加了危岩体的滑动力,加速了危岩体的形成。

结合众多学者对危岩体失稳破坏模式的研究,得出研究区悬垂边坡危岩体失稳主要为落型和倾型,其崩塌形成模式如图所示5

如图所示5因为悬崖的上部很硬,下部是柔软的,所以与主斜坡接触的泥浆层在孔隙水的作用下开始崩解,出现泥岩腔,上岩体是不稳定的,所以在卸载关节危险岩体的崩溃中。

危险岩体稳定性分析

5.1。基于立体投影的危险岩体稳定性分析

立体投影岩石斜面的稳定性基于刚性假设。不考虑块的内部应变;考虑了块的滑动力和阻力力的影响。通过立体突起,将结构表面和斜面突出到平面,并且评估斜率的稳定性。危险岩体的基本态度如表所示2,标识投影显示在图中6


数字 W1 W2 W3. W4 W5 W6

斜坡表面的一般姿态 N62°W /NE∠84°

岩石的态度 N40°W /SW∠8° N60°W /SW∠12° N55°W /SW∠10° N54°W / SW∠11° N60°W /SW∠13° N55°W / SW∠9°

主要关节 J1 N45°W /NE∠89° N79°W /NE∠89° N45°W / NE∠80° N40°W /NE∠87° n16°w /ne∠88° N20°W /NE∠74°
J2 N10°E /se∠86° N82°E /NW∠71° N20°E / SE∠85° N10°E /se∠86° N76°E /西北∠87° 歌曲到手机上°E /西北∠56°

根据立体投影分析危险岩体,结果如下:在图中6(a),坡面与岩层倾角方向夹角为22°,倾角方向相似,一般为不利组合边坡。态度之间几乎没有差异J1和b,这两个J1和b有一个陡峭的蘸。线代表J2与层相交,作为与斜坡表面不利的组合。在底层泥岩中的“腔”条件下,很容易导致上部危险岩体“下降型”故障。在图中6(b),坡面与岩层倾角方向夹角为22°,倾角方向相似,一般为不利组合边坡。的组合交集J1,J如图2所示,ST与斜面表面不利。在“腔体”的条件下,底座泥岩中的“腔”,很容易导致上部危险岩石质量为“填充型”故障。 In Figure6 (c),岩层的斜面和倾斜方向之间的角度为7°,具有相似的倾角,这通常是不利的组合斜率。的组合交集J1,J如图2所示,ST与斜面表面不利。在“腔体”的条件下,在底座泥岩中,很容易导致上危险的岩石质量“下降型”失效。 In Figure6 (d),岩层的倾斜表面和倾斜方向之间的角度为8°,具有相似的倾角,这通常是不利的组合斜率。的组合交集J1,J如图2所示,ST与斜面表面不利。J1和J2是用切割陡峭的悬崖的岩石。在“腔体”的条件下,在底座泥岩中,很容易导致上危险的岩石质量“下降型”失效。类似地,可以基于数字分析W5和W6的稳定性和故障模式6 (e)6 (f)

5.2。建立地质模型

危险岩体的稳定性评价是危险岩体风险评估的基础。我们分析了危险岩体中开发的关节的组合关系,危险岩体张力,渗透,塌陷方向等因素。根据田间调查,选择六个部分以研究危险岩体,并根据张等人提出的方法建立了广义的地质模型。[21.和Doug Stead等人[22.].他们已经屈指可数了W1,W2,W3.W4,W5,W6;其中,失败模式W1,W3.W4,和W6是下降型。相反,W2和W5是划线型危险岩体[24].它们的地质型材如图所示7- - - - - -12.,分别。

5.3。稳定性计算
5.3.1。计算方法

研究区的危险岩石质量分为两类,下降型危险岩体和划线型危险岩体。本文采用Chen等人提出的计算模型。[2526与项目相似。崩塌型和倾翻型危险岩的计算模型和主要公式如下:跌落式原理图如图所示13.并且划船类型的示意图如图所示14.

法向力:

切向力:

上述公式(1) - (5)介绍了落岩的计算原理。

上述公式(6) - (8)关于划线型岩石的计算原理。

在上述公式中,W是每单位长度危险岩石质量的重力(kn);P是每单位长度危险岩石质量承载的水平地震力(kn);为间隙内静流体压力(kN);H是从边缘断裂的上端到不完全区段(m)的下端的垂直距离;β是裂缝表面的倾角(°);cφ.分别是裂缝表面的等效粘性力(KPA)和内部摩擦角(°);E.是孔深度(m);E.1为孔隙水充填深度(m);一个是重力动作点和翻转点之间的水平距离;H0是地震力与翻转点之间的垂直距离(m);[σ.T.]是危险岩体(KPA)拉伸强度的标准值;0是推翻的时刻(kn·m);和R是反装置的时刻(kn·m)。

5.3.2。负载组合

研究区危险岩体的失效模式是划船型和下降类型,危险岩石活动的主要影响因素是暴雨。勘探区域的基本地震强度为7°。考虑到地震对危险岩石的影响,选择了以下三个工作条件,以评估危险岩石的稳定性:工作条件I:自我重量(自然)工作条件II:自我重量+裂缝水压(暴雨) Working condition III: self-weight + fissure water pressure (rainstorm) + earthquake force

5.3.3。危险岩石的计算参数

研究区危险岩体以变质砂岩为主。岩体物理力学参数建议值及特征参数见表3.- - - - - -5


物理和机械参数 建议值

自然重力(KN /M³) 2.00
饱和单位重量(KN /M³) 25.50
天然抗压强度(MPa) 25.60
饱和抗压强度(MPa) 18.80
天然抗拉强度(MPa) 1.60
饱和的拉伸强度(MPa) 1.52


危险岩石质量号 W1 W3. W4 W6
特征参数

每单位长度重量(t) 50.6 35.4 258.0 215.0
断裂表面(°)的倾角 89.0 80.0 87.0 74.0
岩体粘结力(kPa) 700.0 700.0 700.0 700.0
岩体质量的内部摩擦角(°) 31.9 31.9 31.9 31.9
结构平面的凝聚力(KPA) 70.0 70.0 70.0 70.0
结构平面的内部摩擦角(°) 28.0 28.0 28.0 28.0
等效的内聚力(KPA) 107.8 164.5 162.7 107.1.
等于内部摩擦(°)的角度 28.2 28.6 28.6 28.2
地震烈度(kN) 60.7 42.5 309.6 258.0
正常力(kn) −51.9 19.64 −174.2 344.6
切向力(kN) 506.9 356.0 2592.6 2137.8.


危险岩石质量号 W2 W5
特征参数

每单位长度重量(t) 465.5 364.3.
断裂表面(°)的倾角 89.0 83.0
静水压力(kN) 106.7 54.8
地震烈度(kN) 558.6 437.2
σ.T.](KPA) 390.8. 390.8.
HE.(m) 9.0 8.0
推翻时刻 7550.6. 11,723.9.
阻力矩 15,832.2. 12,694.1.

5.4。危险岩体的稳定性评估
5.4.1。危险岩体的稳定性歧视基础

请参阅中国的Landlide行业代码“Landlide稳定性地质调查规范(DZ / T0218-2006)。”稳定岩体质量的稳定状态可分为四种状态:稳定,基本稳定,可观,不稳定。具体的确定基础显示在表中6


失效模式 稳定状态
不稳定 可理解的 基本上是稳定的 稳定的

下降的类型 K < 1.0 1.0≤. K < 1.5 1.5≤ K < 1.8 K ≥ 1.8
划线类型 K < 1.0 1.0≤. K < 1.3 1.3≤. K < 1.5 K ≥ 1.5

5.4.2。安全分析结果

危险概率反映了灾害率与稳定系数之间的一般关系在不同的工作条件下。计算公式采用张建华提出的经验公式[27]和邓[28].

在上述公式中(9),P是灾难的危害概率;K是危险岩石质量的稳定系数。什么时候K≥1.2,K取= 1.2。不同工况下危险岩体计算结果如表所示7


失效模式 危险的摇滚数 工作条件 稳定因素 稳定状态 风险概率(%)

下降的类型 W1 1.075. 可理解的 20.4
II 0.950 不稳定 30.8
III 0.928 不稳定 32.7
W3. 1.024 可理解的 24.7
II 0.980 不稳定 28.3
III 0.953 不稳定 30.6
W4 1.101 可理解的 18.3
II 0.953 不稳定 30.6
III 0.909 不稳定 34.3
W6 1.006 可理解的 26.2
II 0.863 不稳定 38.1
III 0.833 不稳定 40.6

划线类型 W2 1.026 可理解的 24.5
II 0.907 不稳定 34.4
III 0.866 不稳定 37.8
W5 1.168 可理解的 12.7
II 1.085. 可理解的 19.6
III 1.040 可理解的 23.3.

6。结论

本文以云南省昭通市延津县普尔都镇六组悬坡危岩体为研究对象。通过现场调查,分析了危岩体的发育特征,确定了危岩体的破坏失稳模式。根据危岩体的特点,建立了简化的地质模型。合理考虑自重、暴雨和地震对危岩体的影响,客观反映出悬挑边坡不同工况下危岩体的稳定状态。用极限平衡法计算了不同工况下危险岩体的稳定系数,用经验公式估计了危险概率。主要结论如下:(1)根据工程地质调查结果,危险岩体的关节(W1,W2,W3.W4,W5,W6)研究区发育明显,悬置条件好,潜在威胁严重。(2)危险岩体的故障模式(W1,W3.W4,和W6)在研究区域是下降型,危险岩体的故障模式W2和W5是划线类型。(3)在危险岩体中(W1,W2,W3.W4,W5,W6),在条件i,稳定性系数K = 1.006–1.101, for the understable state, and the hazard probability is 18.3–26.2%; under condition II, stability coefficientK= 0.863-1.168,为不稳定状态,风险概率为19.6-38.1%;条件III,稳定系数K = 0.833–1.040, which is an understable state, and the hazard probability is 23.3–40.6%. In a word, the dangerous rock mass includingW1,W2,W3.W4,W5,W6大部分处于欠稳定状态。在暴雨和地震条件下,稳定系数减小,危险概率增大。因此,应加强监测。

数据可用性

用于支持本研究结果的数据包括在文章中。

利益冲突

提交人声明有关本文的出版物没有利益冲突。

致谢

本研究由昆明科技大学人才发展计划(NOS。KKSY201504022和KKSY201767034)和中国有色金属工业有限公司昆明勘探设计学院(云南东北危险岩风险评估方法基于工程地质演变)。

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