反傾層狀斜坡傾倒變形現(xiàn)象廣泛揭露于水利水電、礦山、道路等工程邊坡中,對工程安全具有重要影響,其破裂面變形演化直接影響穩(wěn)定性評價(jià)方法是否合理。現(xiàn)階段研究可知,傾倒變形不僅受控于巖體自身特性(如層厚、軟硬程度等),還受控于結(jié)構(gòu)面控制的特殊坡體結(jié)構(gòu)特征,而針對結(jié)構(gòu)特征對變形演化的影響控制效應(yīng)研究尚為不足。本文從眾多反傾斜坡工程實(shí)例入手,基于地質(zhì)形成演化概念模型,圍繞傾倒變形結(jié)構(gòu)面控制效應(yīng)進(jìn)行了較深入的系統(tǒng)性研究,運(yùn)用室內(nèi)試驗(yàn)分析裂隙對巖塊特性的影響作用,利用底摩擦試驗(yàn)對比研究不同角度裂隙對破裂面形態(tài)控制效應(yīng),運(yùn)用物理離心模型試驗(yàn),輔以顆粒流數(shù)值試驗(yàn)驗(yàn)證,研究這類結(jié)構(gòu)控制下的變形破壞特征、應(yīng)變演化規(guī)律、裂隙貫通破壞規(guī)律及破裂面形成演化特征,揭示變形破壞演化全過程、演化過程中的裂紋擴(kuò)展模式、力學(xué)機(jī)理和裂隙形成貫通后的變形破壞。據(jù)此,本文取得主要成果如下:(1)通過對58個(gè)大型工程反傾層狀斜坡傾倒變形實(shí)例的統(tǒng)計(jì)分析,歸納變形破壞控制性因素,基于UDEC的均勻試驗(yàn),對結(jié)果進(jìn)行線性回歸分析,由回歸方程系數(shù)關(guān)系可知控制性因素影響大小依次為:巖層厚度(系數(shù)為4.9199),巖塊彈模(系數(shù)為0.8677),巖層傾角(系數(shù)為0.2783),斜坡坡角(系數(shù)為0.1636)。(2)基于貢獻(xiàn)率法對33個(gè)受結(jié)構(gòu)控制的反傾層狀斜坡傾倒變形體實(shí)例進(jìn)行影響因子敏感性分析可知,裂隙密度因子權(quán)重為0.269,對傾倒變形發(fā)育影響程度最高,其次為坡度(權(quán)重為0.162)、坡形(權(quán)重為0.161)及巖性(0.158),坡高及巖層傾角敏感度相對較低,規(guī)律顯現(xiàn)出裂隙賦存對巖質(zhì)斜坡傾倒變形存在顯著影響作用;(3)通過對四個(gè)典型傾倒變形體裂隙結(jié)構(gòu)特征的工程地質(zhì)分析可知,反傾層狀斜坡中賦存的陡、緩雙裂隙結(jié)構(gòu)面對傾倒變形破壞的發(fā)育演化過程具有明顯的促進(jìn)控制作用,并依據(jù)這類裂隙結(jié)構(gòu)面發(fā)育特點(diǎn)建立反傾層狀斜坡地質(zhì)模型。(4)根據(jù)地質(zhì)原型和傾倒巖體受拉彎折破壞特征研究,設(shè)計(jì)細(xì)觀條件下含裂隙反傾層狀斜坡巖石劈裂力學(xué)試驗(yàn),成果表明:裂隙賦存下巖石的拉應(yīng)力應(yīng)變曲線從宏觀上可劃分為弱彈性段(OA段)、強(qiáng)塑性段(AB段)及強(qiáng)彈塑性段(BC段)三個(gè)階段;裂隙角度對巖石弱彈性段應(yīng)變及峰值應(yīng)變具有顯著影響;在陡裂隙傾角為80°時(shí),其抗拉強(qiáng)度最小,而在陡裂隙固定時(shí),巖石抗拉強(qiáng)度隨著緩裂隙傾角增大而增大;緩裂隙角度變化影響巖石劈裂破壞方式,而陡裂隙角度變化則影響裂紋孕育模式;基于變分?jǐn)?shù)階微積分獲得的巖石拉應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)模型:①OA段可表示為σ/E(OA)=(αθ1)α1ε1-α1/Γ(2-α1);②AB段可表示為σ/E(OB)=σ/E(OA)+(αθ2)α2α1ε1-α2-ε1-α21/Γ(2-α2);③BC段可表示σ/E(OC)=σ/E(OB)+(αθ3)α3ε1-α3-ε1α32/Γ(2-α3)。(5)設(shè)計(jì)9組底摩擦試驗(yàn),對比無裂隙、含一組陡裂隙和一陡一緩兩組裂隙的三種類型試驗(yàn),并研究不同裂隙角度對破裂面影響作用,試驗(yàn)揭示:陡傾裂隙傾角變化對巖質(zhì)斜坡變形及主破裂面形態(tài)有明顯規(guī)律性影響,陡傾裂隙傾角越大,發(fā)生傾倒破壞的初始部位逐漸變淺,破壞面積相對減小,破裂面從近直線型逐漸轉(zhuǎn)變成近弧形;緩傾裂隙的賦存使陡傾裂隙順尖端開裂增長,且相互溝通形成貫通破裂面過程更加快捷;主破裂面上覆層狀巖體在傾倒變形時(shí),會在其中部產(chǎn)生反向彎曲折斷;通過定量分析,得出隨著陡傾裂隙傾角增大,傾倒變形破壞幅度降低,而主破裂面無論是長度還是反映跡線復(fù)雜度的分維值亦隨之降低。(6)通過進(jìn)行反傾層狀斜坡變形演化大型離心試驗(yàn),成果可知:①由位移矢量場及土壓力數(shù)據(jù)分析可知:斜坡整體變形宏觀上表現(xiàn)出“反向彎折”的特點(diǎn);②通過縱向全時(shí)程應(yīng)變分析可知,深部巖體為反向彎折受力狀態(tài),較深處巖體由初期反向彎折狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閮A倒彎折受力狀態(tài),前緣由于壓致拉裂作用發(fā)生向臨空面的“鼓脹”;③通過對各加載階段應(yīng)變時(shí)程規(guī)律分析可知,斜坡坡頂淺表為傾倒受力狀態(tài),深部為反向彎折受力狀態(tài),各階段應(yīng)變率隨時(shí)間增長而增加,斜坡中部除弧形過渡部位承受上下兩側(cè)壓力而表現(xiàn)出兩側(cè)受拉特征外,均為傾倒受力狀態(tài);④綜合裂紋擴(kuò)展形態(tài)及整體變形破壞現(xiàn)象,并追索新生裂紋延伸方向描繪破裂面可知,整體變形破壞區(qū)內(nèi)分為下側(cè)近“弧形”主折斷面和上側(cè)多級次折斷面。(7)基于物理模型試驗(yàn)揭示的規(guī)律及現(xiàn)象,通過含裂隙的反傾層狀斜坡顆粒離散元數(shù)值試驗(yàn)對其形成演化過程及力學(xué)機(jī)理進(jìn)行論證分析,結(jié)合斜坡破裂面演化變形特征及受力特征,分析反傾層狀斜坡破裂面演化全過程特征,與大型離心試驗(yàn)對比分析歸納了 8大類14種裂紋擴(kuò)展表現(xiàn)形式。根據(jù)其力學(xué)成因歸類了斜坡各部位破裂面形成演化的5種主要變形破壞模式,即壓致拉裂型破裂面、緩傾角壓剪型破裂面、壓縮破壞型破裂面、拉張破壞型破裂面和彎折破壞型破裂面�；谄屏衙嫘纬珊蟮膬A倒變形演化的變形破壞特征進(jìn)行了分析。最終提出陡緩裂隙結(jié)構(gòu)控制的反傾層狀斜坡變形破壞模式為“壓剪-反彎-剪斷-傾倒”。
【學(xué)位單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU457
【部分圖文】：

第 2 章 含陡緩裂隙的反傾層狀斜坡地質(zhì)模型研究（續(xù)上水電站傾倒體名稱 流域坡角 傾角 前緣高程后緣高程哈爾嘎廷郭勒水電站右岸傾倒變形體開都河 41 70 2080 2230 昌馬水庫右岸傾倒變形邊坡 疏勒河 50 56 1955 2105 反傾層狀斜坡傾倒變形體空間分布特征

圖 2-2 流域分布餅狀圖 圖 2-3 相對高程分布餅狀圖2.1.2 反傾層狀斜坡傾倒變形體地質(zhì)環(huán)境特征控制反傾層狀斜坡傾倒變形的主要影響因素則是斜坡本身所處的地質(zhì)環(huán)境特征，包括巖性組合特征、地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、微地貌特征。2.1.2.1 巖性特征

圖 2-2 流域分布餅狀圖 圖 2-3 相對高程分布餅狀圖2.1.2 反傾層狀斜坡傾倒變形體地質(zhì)環(huán)境特征控制反傾層狀斜坡傾倒變形的主要影響因素則是斜坡本身所處的地質(zhì)環(huán)境特征，包括巖性組合特征、地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、微地貌特征。2.1.2.1 巖性特征

本文編號：2822830