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1、 学号： 研究生学位论文开题报告 姓名所学专业地质工程研究方向校内指导教师校外合作导师开题报告日期论文题目南江县杨坝粮站后山危岩崩塌稳定性分析及防治措施研究 吉林大学地球科学学院1选题的来源、目的和意义1.1研究区工程概况地理位置及交通杨坝粮站后山危岩崩塌位于南江县杨坝镇杨坝村西南部,南江河支流杨坝河西岸,南距南江县城18Km，行政区划属南江县杨坝镇，地理坐标：北纬32°2815;东经106°4700。杨坝镇与南江县有公路相通，交通较为便利（图1-1）。崩塌体分布于杨坝村西南杨坝粮站后山的陡坡上，总体坡度60°，植被覆盖严重，通行及通视条件很差。危岩崩塌位置 杨坝

2、图1-1 杨坝镇交通位置图1.1.2地形地貌勘查区为高山地段，地势西南高东北低，海拔高程785m651m。660m以上为山地陡坡和冲沟，660m651m为坡脚和第四系阶地，其上经人工修整后建有粮站、学校、民居等。崩塌危岩分布于690m740m的山坡中腰地带，与坡脚处建筑物最小高差为30m。崩塌危岩所在山坡走向北西向，坡向北东，坡角45°75°，地形陡峻。1.1.3地层岩性岩组划分勘查区分布地层为元古界杨坝群上两组（Pts2）和第四系残坡积、冲洪积、堆积层（Q4col+dl）。杨坝群上两组（Pts2）：岩性以黑云母长英片岩、蛇纹石片岩、透闪石片岩等浅变质岩类为主。片理发育，倾

3、角陡立。新鲜岩石为灰黑色，细粒粒状变晶结构，片理，条状构造极其发育，条纹由隐晶质和微晶集合体长英质矿物、暗色炭（铁）质构成。岩石中长英质矿物占70%，黑云母、透闪石等暗色矿物占30%。新鲜岩石致密坚硬、性脆。风化岩石呈黄灰色，具蛇纹石化等蚀变现象，节理裂隙发育。岩层风化程度及其厚度，从山梁至山脚递降，山顶处表部岩石中等风化，岩石易被击碎，风化带可达2m，山体中部崩塌危岩分布区岩石微-中等风化，岩石较坚硬，风化带深度约1-2m。山脚处岩石的风化程度较低，风化带深约1m。第四系松散堆积层（Q4col+dl）： 崩坡积层：该层主要分布于坡体中上部，主要由危岩带崩塌物堆积而成。其一W2崩塌危岩带崩落堆

4、积组成，分布在W2与W3之间705m715m高程范围内，堆积物以块石为主，一般0.10.3m，少数直径1m，较大者1.7m×1.2m×0.3m。总厚2m，一般1m左右，堆积表面覆有少量腐植土。其二主要分布于W3、W4危岩带以下组成，高程范围为660m690m，呈扇形展布，厚度05m。碎石呈棱角状，粒径10者占50%，最大块石粒径1.3m，结构松散，具大块石架空结构，密度差，工程地质条件差。崩坡积+冲积层：上部：杂填土，黄褐色，松散，主要为碎石和建筑垃圾，厚1m。中部：碎石土，褐黄色，主要成分为碎石，呈棱角状，主要由深灰色片岩构成，粒径10者占50%，稍湿，无胶结，结构松散，

5、分选性差，充填物为粉砂质粘土，占30%。碎石主要厚58m。物理力学指标见表1-4、表1-5。下部：卵石层，杂色，中密密实，磨圆状，粒径29。厚12m。覆于灰色长英质片岩之上，两者呈不整合接触。 1.1.4地质构造勘查区变质岩中构造线与区域主体构造线方向一致，呈近东西向展布，构造形式以褶皱为主，断裂构造不发育。褶皱构造：勘查区褶皱构造由向斜和背斜构成，分布见图1。a背斜，区内可见长度30m，走向85°，北翼产状0°87°，南翼产状187°79°；b向斜，区内可见长度62m，走向85°，北翼187°75°，南翼7

6、76;77°。 背斜、向斜特点：1、呈线状展布；2、紧闭；3、由片理发育而成的层间错动面发育，规模大，贯通性强；4、褶皱及其层间错动面与评价坡体大部大角度相交。断裂：勘查区内仅见两条小规模断裂，一条可见长6m，产状0°75°，沿小断裂有长英质细脉（脉宽0.1m）充填， 另一条产状165°62°可见长8m，断裂两侧岩石位移小。1.1.5研究区危岩崩塌基本特征研究区内危岩带分布于由片岩岩组组构成的山体之上。山体位于杨坝河西岸，山体坡顶高程785m，坡脚660m，河谷标高651m，相对高差分别为125m和134m。坡向NE，上陡下缓，总体坡角45&#

7、176;。研究区危岩带分布于690742m高程段上4级连续或断续沿沟谷展布的陡坎地带。由于地质条件和风化作用的综合影响，4级陡坎上出现了4个崩塌危岩带，这些危岩崩塌受各级各类结构面切割岩体破碎，风化强烈。具板裂块状结构（见照片1-1）和板裂碎裂结构（见照片1-2）。有的形成凹岩腔（照片1-3）；有的形成渐进性崩塌体（照片1-4）；有的局部裂隙贯通，一遇外力作用即可滑塌（照片2-13）；有的形成凸形悬挑危石（照片2-13），险象丛生。汶川“5.12”地震前后均有崩塌危石滚落于坡脚建筑部位，直接危及居住居民的生命财产安全。 照片1-1 板裂块状结构 照片1-2 板裂碎裂结构 照片1-3 底部波状滑

8、移面与凹岩腔 照片1-4 渐进性崩塌体 图1-5危岩体上部结构面特征 照片1-6 危岩体北端临空面（局部形成凸形悬挑危石）1.2选题的来源、目的和意义本论文选题来源于南江县“5.12”汶川特大地震灾害重灾区地质灾害治理项目。主要目的是查明杨坝粮站后山危岩崩塌的分布范围、规模、工程地质与水文地质条件及诱发危岩崩塌的影响因素；分析危岩崩塌形成机制，评价危岩崩塌的稳定性，根据评定结果提出相应防治措施。杨坝粮站后山危岩崩塌位于南江县杨坝镇西南，地理坐标为N 32°2815，E 106°4700。崩塌危岩带分布于杨坝镇西南侧山体上，坡面倾向为NE50°60°，上陡

9、下缓，总体坡角45°，最陡处近直立或反倾。区内共有4条崩塌危岩带，主要分布于690m730m高程范围内，两侧边界被走向NE5°和NE60°的两条山梁围限，呈圈椅状地形。崩塌危岩与坡脚地面建筑相对高差3060m。坡脚部位分布有08m厚的崩坡积堆积。据现场走访调查，1986年和1991年曾先后发生过崩塌落石,最大落石重约2吨。汶川5.12地震时，区内发生过落石，并使山体碎裂程度加剧，但未造成人员伤亡和财产损失；由坡体地质条件和地形地貌及本次地震影响，危岩带地质环境和赋存环境恶化，在暴雨等因素综合作用下，极有可能发生较大规模崩塌，严重危胁着坡脚处粮站、学校及居民住户80

10、0余人的生命财产安全，危胁资产达500万元。因此，对其进行稳定性分析及防治措施研究具有重大意义。2选题的国内外研究现状、发展趋势及存在问题影响危岩体形成、发育、变形稳定等的因素有很多，影响崩塌落石灾害运动下落的因素也有很多，这些因素间相互作用使实际危岩体的调查研究更为复杂多变。因此对危岩崩塌的研究是一个融合多种学科、多种技术方法的研究过程。近年来地质学、工程地质、岩土工程、岩土力学、工程力学等学科不断发展进步并相互渗透，并且现在在工程领域利用计算机技术、工程地质数值模拟、超前预报技术等很多新技术，都为危岩崩塌灾害的研究提供了更好的理论基础和研究手段。在此基础上，国内外的研究学者们均做了大量的探

11、索与研究工作，积累和总结了丰富的理论资料和实践经验，同时也取得了丰硕的研究成果。危岩体成因机制国内外研究现状、发展趋势及存在问题“危岩”是位于陡崖或陡坡上被多组岩体结构面切割在重力、地震、水体等诱发因素作用下处于不稳定、欠稳定或极限平衡状态的结构体，其形成、失稳与运动属于斜坡动力地貌过程的主要表现形式。目前国内外学术及工程技术界对危岩这种地质灾害类型科学内涵的界定存在一定的差异，主要有三种，即“崩塌”、“落石”、“危岩”。从崩塌源危岩的发育机理和失稳模式来看，这些术语都具有一定的相似性，强调了同一个问题的不同侧面，“崩塌”、“岩崩”或“崩落”指的是危岩破坏失稳的瞬间运动状态，是危岩体灾变过程的

12、动力行为。“落石”则是危岩失稳运动后的堆积体态。“危岩”则涵盖了危岩体形成、破坏、失稳和运动全过程力学行为。危岩体形成和发育是内外部条件共同作用的结果。内在条件主要包括地形地貌、地层岩性、岩体结构条件等；外部条件包括降雨因素、风化因素、地震因素、植被因素、人类活动中开挖、爆破等。地形地貌、地层岩性、地质构造是危岩体形成的物质基础；降雨和地下水的影响，地震的影响及风化作用等对危岩体的形成和发展起着重要的诱发作用。在此基础上，国内学者晏石林、杜永廉、黄润秋、刘廷登等人分析了其它因素如底部大规模采空和热应力的交变作用对危岩体形成的影响。指出底部大规模采空是某些危岩体形成的主要原因，热应力的交变作用是

13、危岩体形成的重要因素。危岩体分类及变形失稳模式国内外研究现状、发展趋势及存在问题危岩崩塌按规模主要有三种分类方式：边坡表层崩塌（岩石崩落、表土崩落）、坡肩崩落、坡面体崩落（岩石崩坍、沉积层崩坍）。按体积大小将危岩体分为：特大型（>1000m³，）、大型（100-1000m³）、中型（10-100m³，）、小型（l-10m³）、落石（<1 m³）。按块体规模分为：崩塌、坠落、剥落。危岩体按失稳后的运动方式划分为：坠落式、跳跃式、滑动式、复合式。危岩体的变形失稳模式揭示了危岩体发生崩塌破坏时的机理和特征，是进行危岩体稳定性分析及后期综合

14、治理措施研究的基础。国内外学者分别从不同角度、不同方向对危岩体的变形失稳模式进行了详细研究。铁道部第一设计院（1975，1999）在铁路工程地质手册中将崩塌分为：崩塌、坠石、剥落，并从地形地貌、地层岩性、构造和其他因素等方面说明了崩塌的形成条件。日本的山田刚二、渡正亮（1980）根据地质情况，按组成崩塌的物质组成，将崩塌分为：崩积土崩塌、表层土崩塌、沉积土崩塌和基岩崩塌。另外，将危岩体崩塌失稳后的运动模式分为：坍塌型和走滑型。胡厚田（1989）根据潜在崩塌体从蠕动位移到突然崩塌的基本发展模式，将崩塌分为五类：倾倒式崩塌、滑移式崩塌、鼓胀式崩塌、拉裂式崩塌和错断式崩塌。董好刚等（2009）考虑其

15、形成机理，将三峡库区缓倾层状高边坡破坏模式概化为 4 种：风化-崩落型、压剪-滑移崩落型、拉剪-倾倒崩落型、拉裂坠落型。黄波林等（2010）对三峡库区 114 个高陡危岩及崩滑体调查分析，发现主要的三种破坏模式（滑动、倾倒、弯曲）都对应一定的岩体结构。岩体结构变化时，失稳模式发生变化或者复合。危岩稳定性计算分析方法国内外研究现状、发展趋势及存在问题目前危岩体稳定性评价的方法主要有四大类：定性分析方法、定量分析方法、数值与物理模拟法和不确定性分析方法。定性方法主要有工程地质条件分析法、工程地质类比法、图解法（赤平投影法、实体比例投影法）等；定量评价方法主要有极限平衡法等；物理与数值模拟法主要有相

16、似模型试验和数值模拟法；非确定性评价方法主要有灰色聚类法、比较识别法、可靠度分析法、时序分析方法等。定性分析方法a工程地质类比法，又称工程地质比拟法，是危岩体稳定性评价最基本的研究方法，其内容有自然历史分析法、因素类比法、类型比较法等，其实质是把已有的危岩体研究经验，应用到条件相似的新高边坡危岩体的研究中，需对已有危岩体进行广泛的调查研究，全面研究工程地质因素的相似性和差异性，分析研究危岩体所处自然环境和影响危岩体变形发展的主导因素的相似性和差异性。其优点是能综合考虑各种影响危岩体稳定的因素，迅速地对危岩体稳定性及其发展趋势作出估计和预测，缺点是类比条件因地而异，经验性强。b图解法，包括赤平投

17、影法和实体比例投影法。主要是以图解形式将结构面、边坡倾向、危岩体形态投影到极射赤平投影图中，然后分析可能滑动的可能组合关系，为下一步的力学计算奠定定性分析基础。孙广忠教授 1984年提出“岩体结构控制论”，指出岩体变形系由岩体材料变形和岩体结构变形共同贡献，岩体破坏系由岩体材料破坏和岩体结构破坏控制。并将赤平投影和实体比例投影法应用于边坡工程。石根华提出“关键块体理论”， 旨在寻找变形失稳的关键块体，在岩石边坡工程中得到广泛应用。定量分析方法极限平衡法通过计算在滑移破坏面上的抗滑力（矩）与滑动力（矩）之比即稳定系数来判断危岩体的稳定性。这种方法 20 世纪初提出来以后，经过众多学者的不断修正，

18、成为目前在工程实践中最常用的危岩体稳定性分析方法。其优点是简单可行，结果明确。王立先等（1990）根据岩石力学和土力学理论，针对危岩体三种可能破坏类型：剪切破坏型、拉应力破坏型和压应力破坏型的不同受力形式和破坏方式，并给出了稳定性系数计算公式。孙云志等（1994）将地震作用考虑进剪切破坏崩塌，并对倾倒岩体提出第一、第二失稳判据。物理与数值模拟法a相似模型试验法相似模型试验法是以相似原理为理论基础，针对所研究问题的实际情况，通过原型调研或前期研究成果，利用地质-力学分析，抽象建立模拟研究模型即建模。采用特定的方法如研究区地质体介质相似材料选择，边界条件（位移边界或应力边界）的设计，在一定条件下进

19、行模型试验研究，以达到再现或预测研究对象中已存在或发生过的地质现象之目的。是危岩体稳定性研究的一种重要方法，对于规模大，失稳危害性大的危岩体常采用此方法分析稳定性和失稳变形过程。哈秋舲（1995）利用相似理论，采用模型试验的方法分析了长江三峡链子崖危岩体的稳定性和变形失稳过程。危岩体稳定分析理论吸收现代科学理论中的耗散理论、协同学理论、混沌理论、随机理论、模糊理论、灰色系统理论、突变理论等，创立和发展了一批非确定性分析方法。b数值计算法岩体是一种复杂的地质结构体，具有非均质、非连续、非线性以及复杂的加卸载条件和边界条件，这使得岩体力学的问题通常无法用解析法简单的求解，数值方法不仅能模拟到岩体内

20、部的应力-应变关系，更能再现其变形甚至破坏过程及其机制，因此数值分析方法是解决岩土体工程问题的有效工具之一。常用的数值分析方法有有限元法（FEM，FiniteElementMethod）、快速拉格朗日差分法（FLAC，Fast Langrangian Analysys of Code）、边界元法（BEM，Boundary Element Method）、离散元法（DEM，Discrete Element Method）、非连续变形分析法（DDA，Discontinuous Deformation Analysis）、流形元法（DEM，Discrete Element Method）等。其中，适

21、用于危岩体稳定性分析的有：离散元法（DEM，Discrete Element Method）是专门用来解决不连续介质问题的数值模拟方法，它把节理岩体视为由离散的岩块和岩块间的节理面所组成，允许岩块平移、转动和变形，而节理面可被压缩分离或滑动，其内部可存在大位移、旋转和滑动至块体的分离，从而可较真实地模拟节理岩体中的非线形大变形特征。一般的求解过程为：将求解空间离散为离散元单元阵，并根据实际问题用合理的连接元件将相邻两单元连接起来，单元间相对位移是基本变量，由力与相对位移的关系可得到两单元法向和切向作用力，对单元在各个方向上与其它单元间的作用力以及其它物理场对单元作用所引起的外力求合力和合力矩，

22、根据牛顿第二定律可以求的单元的加速度；对其进行时间积分，进而得到单元的速度和位移，从而得到所有单元在任意时刻的速度、加速的、角速度、线位移和转角等物理量。在该方法的研究中，Cundal1P.A和 HartR.是国际上较有影响的先驱者，并于 1985 年成功地开发出了相应的二维和三维计算程序，有效地模拟了岩体变形与破坏的全过程。由石根华与 Goodman 等发展的块体系统不连续分析法（DDA，DiscontinuousDeformation Analysis），成功地解决了不连续介质在空间上的稳定性计算问题。DDA 所解析的问题是由不连续面所围成的块体集合，每一块体中的刚体位移与应变量为未知数，

23、在块体产生相互接触时，加入接触弹簧，解析的步骤则以有限元相同的最小势能法建立联立方程，以获得各块体的位移与变形状态。DDA 分析的主要对象是大小不同、形状任意的弹性块体集合体，在块体相互接触时加入接触力的计算，其分析步骤与有限元相同，根据最小势能法建立联立方程，算出每一步长末进行各块体坐标的更新，以达到解算大位移与大变形的目的。DDA 以上的特征与自然界中的岩体情况相符，因此 DDA 适用于不连续面所支配的岩石边坡破坏分析。危岩崩塌运动路径国内外研究现状、发展趋势及存在问题在落石运动路径问题的研究上近些年成果颇丰。Richie（1963）通过大量的现场试验后设计出了一套落石运动规则；Lied（

24、1971）通过大量的现场试验，给出了一个可以判断崩塌落距的简单标准，这些现场试验有很大的局限性，并不能适用于其他复杂的边坡地形。Eschenbach（1975）提出了恢复系数的概念，表述了撞击过程中的能量损失；Piteau&calgton（1977）首先使用计算机来分析对落石运动；随后 Falletta、Spang 等人推动了对计算机的使用，从此落石运动模拟通过选择合适的参数获得可靠的结果，并首先使用计算机进行了防治措施的设计。到此为止虽然取得了长足的进步，仍然只是二维模拟，且未考虑二次碰撞及碎裂等一系列因素。Descouedres&.Zimmermann（1987）首先描述了

25、使用计算机对落石运动的三维模拟。三维的落石模拟程序 STONE（2002）将运动学公式与概率分析和地理信息系统紧密结合，代表了崩塌落石运动学研究的发展方向。亚南、王兰生等人研究了崩塌落石的运动学特征，并且在国内第一次使用RockFall 软件；赵旭等人（2004）使用运动学原理计算了高陡边坡的落实速度和弹跳高度；黄润秋等人（2007）在同一坡面分别选取不同质量和形状的石块进行落石试验，得出石块质量、形状和坡面形态对崩塌落石运动特征的影响。Hengxing Lan（2007）提出基于三维落石轨迹和空间地质统计技术的分布式栅格建模，表现了落石的空间频率、飞行或弹跳高度和落石动能。Franck Bo

26、urrier（2009）等开发出一种原本基于现场试验才能取得的恢复系数计算程序-随机影响模型，并成功集成到三维落石仿真模型之中，模拟结果与现场试验较为吻合。叶四桥（2010）深入分析了国内外有代表性的 5 种冲击力算法中计算冲击力偏小，原因是平均冲击力而不是最大冲击力，建议引入比较符合实际的日本道路公团和 Labiouse等推荐的方法。M.K. Ansari（2012）模拟落石下降轨道和反弹高度，反弹高度和平均动能依赖于落石质量变化，落石质量增加平均动能增加但是反弹高度减小。M. Spadari（2012）等在新南威尔士州三种不同地质环境里进行了落石试验。3. 拟采取的技术路线、研究方法、实验

27、方案及可行性分析技术路线研究方法通过现场调查及实验研究分析，建立破坏模型，采用赤平投影对危岩崩塌进行稳定性分析，根据结果提出合理的防治措施。实验方案采用工程地质测绘、工程测量、钻探、井探、槽探、室内水样和岩样实验、现场实验等。可行性分析研究课题选择具有实际意义，技术手段符合相关规范要求，可以结合实际应用进行实施。4.章节安排摘要英文摘要1.前言1.1选题依据与研究意义1.2国内外研究现状、发展趋势及存在问题2.研究区自然地质环境背景概况2.1自然环境概况2.1.1交通位置2.1.2气象水文2.2地质环境概况2.2.1地形地貌2.2.2地层岩性2.2.3地质构造2.2.4 水文地质条件2.2.5

28、工程地质条件3.研究区危岩崩塌基本特征3.1危岩崩塌区边坡总体特征3.2危岩崩塌特征3.3崩塌堆积体特征4.危岩崩塌稳定性分析4.1危岩崩塌区边坡总体稳定性分析4.2危岩崩塌稳定性分析4.3崩塌堆积体稳定性分析4.4影响因素的敏感性分析4.5崩塌发展趋势和危害性评价5防治措施研究6结论与建议参考文献5.主要参考文献1 陈洪凯, 唐红梅, 王林峰, 等. 危岩崩塌演化理论及应用M. 北京: 科学出版社, 2009.2 谷德振. 岩体工程地质力学基础M.北京:科学出版社,1979.3 陈洪凯,王蓉,唐红梅. 危岩研究现状及趋势综述J. 重庆交通学院院报,2003,22(3): 18-22.4 陈洪

29、凯,唐红梅. 三峡水库区危岩防治技术J. 中国地质灾害与防治学报,2005,16(2): 105-110.5 唐红梅,易朋莹.危岩落石运动路径研究J.重庆建筑大学报, 2003,25(1):17-23.6 黄小刚.危岩体发展破坏机理与防治措施的可靠性研究D.重庆交通大学,2011.7 刘卫华. 高陡边坡危岩体稳定性、运动特征及防治对策研究D.成都理工大学博士论文,2008.8 卢黎.重庆洪崖洞危岩边坡破坏和加固机理研究D.重庆大学硕十学位论文.2003.5.9 胡克定.重庆市北温泉危岩带特征与防治对策J.中国地质灾害与防治学报.1995，6(3):57-62.10 吴文雪，刘耕三峡库区危岩稳定性分析J.重庆交通学院学报.2003，22：112-11611 陈智强，李渝生重庆市南川甄子岩危岩形成演化机制分析及防治措施探讨J中国地质灾害与防治学报2004，15(2)：78-8112 晏石林，张光辉，刘立胜.板岩山危岩体成因有限元分析J.武汉工业大学学报.1997，19(2):129-132.13 杜永廉，吴玉庚，刘竹华等.链子崖危岩体裂缝生成机制和发展过程的地质力学模拟J.中国地质灾害与防治学报.1994，5(3):70-78.14 黄润秋，王贤能，唐胜传.热应力的交变作用对边坡危岩体形成的影响J.自然科