三峡库区长期水位波动对碳酸盐岩柱状危岩体的结构破坏

文摘   科学   2023-05-25 10:10   湖北  

 

AI绘制的三峡库区危岩体 /MetaGeo

APA 格式引文:

Huang, B. L., Dong, X. C., Yang, C., Qin, Z., & Zhang, P. (2022). Structural damage to carbonate pillar hazardous rock masses subject to long-term water-level fluctuations in the Three Gorges reservoir area, China. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 55(2), Article qjegh2021-044. https://doi.org/10.1144/qjegh2021-044 

研究亮点


● 研究发现,三峡水库地区碳酸盐柱结构在长期水位波动下容易受到损伤。


● 以箭穿洞危岩体为案例进行了分析,揭示了长期水位波动对其稳定性的影响,并提出了相应的措施


摘要:三峡库区碳酸盐岩柱分布广泛,有必要研究它们可能因长期水位波动而遭受的结构破坏。本研究以箭穿洞柱危险岩体 (JCD) 为例,分析了应力渗流下改进的时变裂纹扩展模式与结构岩体破坏模式的耦合效应。提出了一种新的基于FLAC3D的裂纹模拟方法,当一个区域在拉应力或剪应力下屈服时,在计算步骤中立即将界面单元设置在屈服区域的表面。这两个区域在接触表面处的粘合拉伸或剪切过程中直接分离。JCD 模拟表明,岩体内的裂缝和破坏区将沿着现有的垂直裂缝扩展并延伸到基趾。基岩体会发生破裂,最终导致整个岩体的破坏。所提出的模型提供了足够准确的预测,是分析受水位波动影响的柱状危险岩体随时间变化的破坏的合适方法。


背景:三峡水库地区分布着大量的碳酸盐柱,长期水位波动可能会对其结构稳定性造成影响。


方法:本研究以穿洞柱状岩体为案例,采用FLAC3D数值模拟方法,模拟了长期水位波动对该岩体的影响。通过分析岩体在不同水位下的变形和破坏情况,评估了长期水位波动对碳酸盐柱结构稳定性的影响

结果:数值模拟结果表明,在长期水位波动作用下,穿洞柱状岩体发生了明显的变形和破坏。随着水位上升,岩体中出现了越来越多的裂缝和滑移面,并最终导致了整个岩体的崩塌。此外,模拟结果还表明,在不同位置处受到不同程度的损伤

结论:本研究揭示了长期水位波动对三峡水库地区碳酸盐柱结构稳定性的影响,为相关工程的设计和管理提供了参考。建议在设计和施工过程中,应充分考虑长期水位波动对岩体结构的影响,并采取相应的措施来保证工程的安全性。此外,还需要加强对三峡水库地区碳酸盐柱结构稳定性的研究,以更好地评估其在长期水位波动下的变化情况

部分图文:


图. 箭穿洞柱危险岩体(JCD)及其工程地质剖面全景图


图.  穿透基岩体变化的比较(图中的A区)。右侧的红色框代表从 2012 年到 2018 年下降的区域;黑匣子代表从2012年到2018年裂缝显着增加和扩展的区域



要点问答

 
Questions & Answers




箭穿洞柱状危岩体是什么,它在这项研究中起了什么作用?


穿洞柱状危岩体(JCD)是中国三峡水库地区的典型岩体。本研究以其为案例研究,探讨长期水位波动对这些岩体可能造成的结构损伤


█ 应力渗流和裂缝扩展模式如何影响结构岩体的失稳模式


应力渗流和裂缝扩展模式可以对结构岩体的失效模式产生耦合效应。本研究提出的新型裂缝模拟方法表明,岩体内部的断裂和失效区域将沿着现有的垂直裂缝传播,并延伸到基底。这表明了理解这些模式对于预测和减轻类似岩层形成地区地质灾害的重要性。


 这项研究对三峡水库地区地质灾害管理和减灾有什么意义


该研究强调了需要探讨长期水位波动对三峡水库地区碳酸盐柱可能造成的结构损伤。研究结果表明,应力渗流和裂缝扩展模式可以对结构岩体的失效模式产生耦合效应,从而导致地质灾害。因此,该研究可以为类似岩层形成地区的地质灾害管理和减灾策略提供有价值的见解,帮助了解失效机制和长期水位波动可能带来的潜在风险。



原文请查阅 Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology。

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原文链接:https://doi.org/10.1144/qjegh2021-044


专题论文集本文是“水在破坏斜坡稳定中的作用”专题论文集的一部分,详情请查阅:

https://www.lyellcollection.org/cc/Role-of-water-in-destabilizing-slopes




延伸阅读

 
EXTENDED READING



碳酸盐岩柱状危岩体CPHRM

碳酸盐岩柱状危岩体(CPHRM)  /MetaGeo, Power by Midjourney

碳酸盐岩柱状危岩体 (Carbonate pillar hazardous rock masses, CPHRM) 是由碳酸盐岩(例如石灰岩和白云石)组成的岩体,其中包含被较弱岩石包围的岩柱。碳酸盐岩是一种丰富的地质资源,由于其化学性质活跃,常常在地表形成各种规模的溶洞、岩柱等特殊地貌,但同时也易受到自然风化和人为干扰,导致稳定性降低,造成落石和其他危险,从而形成 CPHRM  CPHRM 存在于世界许多地方,包括中国、印度和美国,它们经常出现在山区,可能对人员和财产造成重大危害。

CPHRM的特点主要表现在以下几个方面:一是稳定性差,容易发生塌陷和滑坡;二是易受到自然和人为因素的影响,如地震、雨水、人类开采等,容易形成危险岩体;三是一旦发生破裂或崩塌,可能引发严重的地质灾害,对周围环境和人类活动构成威胁。


因此,对 CPHRM 的防治工作显得尤为重要,需要在地质调查、工程设计、施工管理等方面进行综合考虑,以确保地质环境的安全稳定。可以采取多种措施来减轻 CPHRM 带来的危害,包括:修复修复可能涉及移除脆弱的岩石、安装支撑结构以及监测岩体是否存在不稳定迹象;工程控制工程控制可能涉及安装障碍物,例如栅栏和网,以保护人员和财产免受落石伤害;科普教育科普教育可以帮助人们了解 CPHRM 带来的危害以及如何保持安全。


重要的是要注意,对于 CPHRM 问题没有单一的解决方案。最佳解决方案将根据岩体的具体特性和潜在危险而有所不同。以下是一些用于修复 CPHRM 的常用方法:岩石锚杆、挂网、灌浆、喷射混凝土。CPHRM 的修复是一个复杂且具有挑战性的过程。然而,这是保护人员和财产免受这些岩体危害的重要一步。



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文案:刘晓
编辑:刘晓


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