仁赤高速红层段危岩结构特征分析与变形破坏机理研究

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危岩崩塌是贵州山区最为常见的地质灾害之一,贵州省高速公路多数通过山区,在高速公路两侧存在大量的危岩与崩塌落石。危岩的存在威胁着高速公路的安全运营。本文以仁赤高速红层段危岩为研究对象,采用人工现场调查结合无人机调查两种方式对沿线12个危岩边坡21个危岩进行详细调查,根据现场调查结果及无人机三维模型解译结果对研究区危岩分布规律及危岩结构特征进行分析研究。并对研究区危岩变形破坏控制因素及变形破坏模式进行分析,选择两种不同破坏模式的典型危岩进行PFC数值模拟研究,为仁赤高速红层段沿线危岩的研究及防治提供技术支撑,主要成果如下:(1)通过资料收集整理,查明了研究区的工程地质条件,采用无人机低空摄影技术对12个危岩边坡进行航拍,建立12个无人机三维地表模型,并基于三维模型对危岩尺寸、凹岩腔发育情况和结构面产状等信息进行解译。(2)根据调查结果对危岩发育分布规律进行分析,结果表明危岩均发育于嘉定群组一段(Kjd1)地层中;分布高程在310m-495m之间,主要位于山脊陡崖、陡坡以及冲沟陡崖、陡坡处,危岩所在边坡坡度均大于60°。(3)从危岩结构面优势分组、结构面发育密度、卸荷裂隙发育特征、凹岩腔发育特征、危岩结构类型等方面对研究区危岩结构特征进行分析,结果表明沿线危岩均发育三组优势结构面,表现为一组近水平的层理面和两组走向近垂直的结构面,结构面发育密度受岩性、层厚影响较为明显,表现为砂岩节理发育密度小于泥岩发育密度,其中与坡向近平行的一组结构面为卸荷结构面,是赤水河下切卸荷作用形成的;沿线危岩下方均发育不同深度、不同形状的凹岩腔,其发育深度在0.51m-4.01m之间;沿线危岩结构类型主要有巨厚层块体状结构和巨厚层夹薄层互层状结构两种。(4)通过对危岩变形破坏控制因素分析可知,研究区危岩主要受地层岩性、地形地貌、差异风化作用、卸荷结构面、凹岩腔及人类工程活动等因素控制,其中卸荷结构面和凹岩腔对危岩的变形破坏起主要控制作用。利用FLAC3D软件对河谷下切过程应力场分布情况进行数值模拟研究,结果表明在河流下切过程中河谷地应力在河谷坡面发生应力偏转,向坡体内部逐渐恢复原始地应力,在河谷底部出现应力集中和剪应变增高带。在河谷下切过程中主应力场量值不断减小,说明在河谷不断下切过程中岩体内的应变势能在不断减小,为卸荷结构面形成提供条件。(5)通过调查分析,研究区危岩主要有倾倒式和坠落式两种破坏模式,通过PFC2D对两种破坏模式的典型危岩进行数值模拟分析,从接触力、位移等方面对两个不同破坏模式的危岩的变形破坏进行了定性分析。
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