基于地质过程与力学行为的反倾岩质斜坡深层倾倒变形稳定性研究

A growing number of deformation and failure cases of counter-tilt rock slope thatwas characterized with ‘toppling’ movement was found in the practice of engineering geology in west China. In particular, the deep toppling deformation with large development depth and long evolution time has become a more pronounced challenge faced by engineering geologists. The critical issue in the study of toppling failure is that the current analytical and empirical models are primarily based on the hypothetical slide of rock slopes without considering other forms of movement. The formation condition, instability mode and mechanical essence of the deep toppling deformation is studied in this project by analyzing the deformation and failure process of toppling movement in light of the field data obtained from a large number of engineering projects. On this basis, the classification system of deep toppling deformation and quantitative engineering geological model is established to complete the zoning evaluation of counter-tilt slope. Then the study aims at unifying the understanding of geological significance, static and dynamic mechanics, and slope stability analysis to evaluate the stability of deep toppling slope by means of modern numerical simulation and physical simulation. The slope stability evaluating criteria are primarily based on deformation process instead of the previous criteria utilizing strength to assess the stability of slope in this study, which provide an exploratory study method of the toppling deformation and have a realistic significance on the deformation control and treatment of slope.

在西部山区的工程建设和灾害防治实践中，越来越多以“倾倒”为特征的反倾岩质斜坡变形破坏被发现，特别是发育深度大，演化时间长的深层倾倒，已成为困扰地质工程师和学者的又一难题。该研究的难点在于，建立在以“滑动”为基础的传统稳定性分析方法不再适用这类斜坡。本项研究通过对大量实例的调查分析，围绕倾倒变形破坏的“地质过程”与“力学行为 ”这一核心，探讨深层倾倒变形的形成条件、成灾模式与力学本质，揭示深层倾倒形成机制与演化规律。建立深层倾倒变形分级体系，形成量化的工程地质模型对倾倒斜坡进行分区评价。进一步以数值模拟、物理模拟与监测数据分析为手段，再现倾倒变形破裂及稳定性发展全过程，将倾倒的地质显现、力学分析和变形稳定性有机统一，实现对深层倾倒斜坡的变形稳定性评价。研究没有强调强度稳定性评价思路，而采用变形稳定性的评价理念，是倾倒变形研究方法的理论探索，对斜坡的变形控制与治理也具有现实意义。

在西部山区的工程建设和灾害防治实践中，越来越多以“倾倒”为特征的反倾岩质斜坡变形破坏被发现，特别是发育深度大，演化时间长的深层倾倒，已成为困扰地质工程师和学者的又一难题。一方面深层倾倒的成因机理与变形演化过程复杂，另一方面，实际工程计算中发现，采用传统的“极限平衡法”对深层倾倒斜坡进行稳定性评价是值得商榷的。本项研究正是针对上述科学问题，通过对大量典型实例的调查分析，围绕倾倒变形演化的“地质过程”与“力学行为”这一核心，以数值模拟、物理模拟与监测数据分析为手段，完成了深层倾倒成因条件与影响因素、力学机制与发育演化规律、致灾因子与成灾模式以及稳定性评价方法的研究工作，获得了以下六个方面的研究成果：①揭示了深层倾倒变形的形成条件：指出具有“柔性”的，单层厚度小且陡倾坡内的岩层是发生这类变形的必要条件；②建立了具有四个明确地质－力学含义的倾倒变形区域的工程地质模型，并选取岩层倾倒角、最大拉张量、单位拉张量以及纵波波速等指标建立了深层倾倒变形破裂程度的定量描述体系；③建立了倾倒变形的力学模型，分别从悬臂梁流变理论和地质演化的角度揭示了倾倒发生演化的力学机制；④认识了斜坡深层倾倒变形的地质过程与演化规律，提出了临空条件的变化是斜坡深层倾倒变形的关键致灾因子；⑤揭示了斜坡深层倾倒变形演化的失稳模式，认为65°以上斜坡在倾倒变形后将演化为“崩塌”破坏，而坡度在65°以下的斜坡倾倒变形的最终结果可能会孕育出整体性的“剪切滑移”破坏；⑥将倾倒的地质显现、力学分析和变形稳定性有机统一，建立了工程地质模型方法与层次分析和模糊综合评价相结合的深层倾倒稳定性评价方法。研究没有强调“强度稳定性”评价思路，而采用变形稳定性的评价理念，对斜坡稳定性研究具有一定的理论价值，同时，研究成果已经应用到西部山区的工程建设中，对地质灾害研究与实际工程设计中面对大型倾倒斜坡的处置方法、危害性预测和有效控制具有指导意义。