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| 內容簡介： |
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在我国青藏高原、云贵高原和高山峡谷地区，强烈的构造运动和地质作用，孕育了大量高陡岩质边坡。在各种内外动力作用下，高陡岩质边坡中的锁固段破坏导致大量高位、高速、远程和破坏力巨大的突发性巨型滑坡。《锁固型岩质边坡工程地质与力学行为研究》针对锁固段相关概念、作用机理、稳定性评价和灾害防控的一系列问题，总结作者10余年相关研究成果。《锁固型岩质边坡工程地质与力学行为研究》突破传统工程地质机制研究思想，从工程地质研究到岩石力学研究，系统性总结锁固型岩质滑坡的工程地质模式、岩桥破坏机理、岩质边坡变形机制和岩质滑坡前兆信息等研究。本《锁固型岩质边坡工程地质与力学行为研究》多年来的锁固段相关研究成果是工程地质领域的一项重要突破，对于提高岩质滑坡研究水平具有深远意义。
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| 目錄：
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目录第1章 绪论 11.1 岩质边坡锁固段定义 21.2 锁固型岩质滑坡灾害特点 21.3 边坡锁固段研究现状 41.3.1 锁固型岩质边坡失稳机制研究 41.3.2 锁固段力学模型与评价研究 71.3.3 锁固型岩质滑坡灾害预测研究 81.4 岩质边坡锁固段的关键科学问题 111.5 主要学术思路与技术路线 12参考文献 13第2章 锁固型岩质滑坡工程地质研究 182.1 锁固型岩质滑坡案例分析 182.1.1 三段式锁固型岩质滑坡 182.1.2 顺层锁固型岩质滑坡 262.1.3 反倾岩层锁固型岩质滑坡 332.1.4 陡缓倾阶梯状锁固型岩质滑坡 352.2 锁固型岩质滑坡类型 372.3 锁固型岩质滑坡地质结构特征 402.4 锁固型岩质滑坡演化模式 432.4.1 三段式锁固型岩质滑坡演化模式 432.4.2 顺层锁固型岩质滑坡演化模式 442.4.3 阶梯状锁固型岩质滑坡演化模式 462.5 锁固段赋存位置快速识别方法 472.6 本章小结 49参考文献 49第3章 岩质边坡内部岩桥破裂机理 523.1 共面断续岩桥直剪破坏机理 523.1.1 剪切力-位移变化特征 533.1.2 断续岩桥声发射特征 543.1.3 断续岩桥抗剪强度特征 553.1.4 断续岩桥破坏特征 563.1.5 岩桥破裂粗糙度的断裂力学分析 583.2 端部岩桥直剪破坏机理 603.2.1 剪切力-剪切位移*线特征 623.2.2 不同破裂类型起裂强度特征 633.2.3 破坏模式与宏观破裂过程 643.2.4 岩桥全过程破裂演化断裂机制 673.3 阶梯状岩桥直剪破坏机理 723.3.1 剪应力-剪应变*线分析 743.3.2 试样破坏形态及过程分析 773.3.3 应变监测成果分析 803.3.4 破裂演化机制分析 813.4 本章小结 86参考文献 87第4章 锁固型岩质边坡变形破坏机制 894.1 三段式锁固型岩质边坡脆性破坏机制 894.1.1 锁固型岩质边坡物理模型制备 894.1.2 锁固型岩质边坡变形特征 904.1.3 三段式锁固型岩质滑坡与土质滑坡变形特征对比分析 954.1.4 边坡锁固段应力演化特征 964.1.5 边坡锁固段能量演化特征 984.1.6 边坡锁固段加速度演化特征 1004.2 顺层锁固型岩质边坡变形破坏机制 1034.2.1 不同层面倾角顺层边坡破坏机制 1034.2.2 不同层面倾角边坡倾角速度和加速度关系分析 1134.2.3 不同层面倾角顺层边坡破坏过程中的能量特征 1164.2.4 不同岩层厚度顺层边坡破坏机制 1184.2.5 不同岩层厚度边坡模型的速度和加速度关系分析 1234.2.6 不同岩层厚度顺层边坡破坏过程中的能量特征 1264.3 阶梯状锁固型岩质边坡变形破坏机制 1284.3.1 中缓倾裂隙阶梯状分布破裂特征 1294.3.2 陡缓倾裂隙阶梯状分布破裂特征 1324.3.3 中缓倾裂隙平行分布破裂特征 1344.3.4 不同组合下边坡变形破坏模式分析 1374.3.5 基于位移场特征的变形破裂演变机理 1394.3.6 基于非贯通岩体单元拉裂型的破裂力学机制 1434.4 本章小结 145参考文献 145第5章 锁固型岩质边坡锁固段力学模型研究 1465.1 三段式锁固型岩质边坡锁固段力学模型 1465.1.1 时效FWCS 模型 1465.1.2 前缘蠕滑作用下拉裂生成及扩展 1515.1.3 锁固段脆性损伤模型 1605.1.4 锁固段脆断模拟与突发性滑坡 1615.2 顺层锁固型岩质边坡锁固段破裂力学模型 1655.2.1 锁固段破裂启动的能量转化分析 1655.2.2 滑带对锁固型岩质边坡弹冲效应的影响 1675.2.3 锁固段岩体对锁固型岩质边坡弹冲效应的影响 1695.2.4 锁固段破裂启动弹冲加速度分析 1725.3 阶梯状锁固型岩质边坡岩桥破裂力学模型 1735.3.1 非贯通岩体单元破裂扩展模式 1735.3.2 基于断裂模式的压剪破裂扩展准则 1775.3.3 边坡阶梯型破裂扩展准则的颗粒流数值实现 1825.4 本章小结 188参考文献 189第6章 锁固型岩质边坡稳定性评价方法 1926.1 考虑锁固段脆性特征的极限平衡计算方法 1926.1.1 基于条分-软化理论的锁固型岩质边坡稳定性评价方法 1926.1.2 共面锁固型岩质边坡稳定性评价方法 1946.1.3 阶梯状锁固型岩质边坡稳定性评价方法 1966.2 考虑锁固段时效特征的三段式锁固型岩质边坡稳定性评价方法 1976.2.1 渐变性演化-突发性失稳过程模拟 1986.2.2 考虑拉裂演化的稳定性动态评价方法 1996.2.3 三段式锁固型岩质边坡稳定性评价 2036.3 考虑锁固段应力集中的阶梯状锁固型岩质边坡离散元稳定性评价方法 2056.3.1 阶梯状锁固型岩质边坡离散元稳定性评价方法 2056.3.2 矢量和稳定性系数表达式改进 2086.3.3 基于矢量和法的阶梯状锁固型岩质边坡稳定性评价方法 2156.4 本章小结 220参考文献 220第7章 锁固型岩质滑坡前兆信息研究 2227.1 锁固型岩质滑坡动态演化特征 2227.2 基于地表拉裂缝演化的三段式锁固型岩质滑坡预测 2247.2.1 “蠕滑-拉裂-剪断”型锁固岩质滑坡变形特征 2247.2.2 “蠕滑-拉裂-剪断”型锁固岩质滑坡后缘拉裂演化 2277.2.3 “蠕滑-拉裂-剪断”型锁固岩质滑坡早期识别 2277.3 基于内部岩桥破裂的声震前兆信息研究 2297.3.1 岩桥破裂的声发射参数基本特征 2297.3.2 三段式锁固型岩质边坡破裂的声发射参数特征 2387.3.3 顺层锁固型岩质边坡破裂的声发射参数特征 2417.4 基于锁固段扩容的顺层锁固型岩质滑坡前兆信息研究 2457.4.1 基于岩桥直剪试验的变形开裂特征 2467.4.2 岩桥剪切剥离的扩容前兆信息 2527.5 不同类型的锁固型岩质边坡失稳前兆信息 2537.6 本章小结 256参考文献 256第8章 锁固型岩质滑坡高速远程滑动灾害预测 2588.1 滑坡临滑启动时锁固段振动劣化特征研究 2588.1.1 动力剪切试验 2588.1.2 振动作用下锁固段破裂特征 2618.1.3 锁固段振动破坏的声发射特征 2708.1.4 锁固段启滑加速度与动能特征 2758.2 锁固型坡体滑移过程能量演化机制研究 2788.2.1 斜槽模型试验介绍 2788.2.2 坡体滑移过程能量分析 2808.2.3 坡体滑移过程能量对比分析 2888.3 不同岩体结构顺层锁固型岩质滑坡运移特征分析 2918.3.1 贵州印江岩口滑坡计算模型 2918.3.2 不同坡体参数对滑坡滑动距离的影响 2948.3.3 高速远程岩质滑坡滑移距离快速预测 2988.4 本章小结 302参考文献 303
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第1章绪论 21世纪以来，随着水电站和川藏铁路的修建，以及“一带一路”倡议的推进，我国西部区域水利水电和交通工程项目持续增加，各种岩质边坡对各类工程活动的影响更加突出。我国西南山区，所处地质环境特殊，受到强烈地质构造作用及浅表生改造影响，河流深切，地形地质条件复杂，岩质高边坡稳定性及灾害防治问题极为严峻。严重的岩质滑坡灾害不仅给当地居民生命财产造成重大损失，而且严重影响西南山区铁路、公路及水电工程等基础设施的建设与运营。因此，西南山区大型岩质滑坡等地质灾害成因机理研究成为亟待解决的重大问题。 相比土质滑坡，岩质滑坡通常具有更强的突发性和破坏性。岩质滑坡渐进性破坏过程是滑动面扩展贯通的过程，也是复杂的地质-力学过程。众多学者对岩质滑坡的研究表明，许多岩质滑坡都具有体积大、破坏性强、初始速度大、前兆信息少、突发性明显、滑动距离远和具有灾害链效应等特点。滑动面上不同位置承载力并不相同，由软弱夹层、断层、拉裂缝或节理裂隙组成，已贯通区域承载力相对较弱，是滑动面的主要组成部分。未贯通区域岩体强度更高、结构更完整，承受边坡主要荷载，应力高度集中，控制着边坡整体稳定性。未贯通区域岩体被称为锁固段，此类边坡即为锁固型岩质边坡。该类边坡滑面通常由软弱结构面和锁固段组成，其稳定性由锁固段控制。锁固段在岩质边坡变形控制和稳定性机制中具有重要地位，也是边坡地质灾害评价与控制的关键(黄润秋，2007)。因此，研究锁固型岩质边坡的变形破坏机制与预警方法已成为地质灾害防治的研究热点。 锁固型岩质滑坡发生频率非常高，是*常见的岩质滑坡之一。20世纪意大利瓦依昂重大滑坡发生后，越来越多的大型锁固型岩质滑坡相继被报道。1943年青海省查纳村发生锁固型巨型滑坡，约1500×104m3土体从2900m高程下滑至2465m高程，掩埋了坡下村庄，死亡人数过百，造成了极大危害。1967年发生于雅砻江中游的唐古栋滑坡为“卸荷拉裂-滑移(压致)拉裂-剪断”三段式锁固型岩质滑坡，该类锁固型岩质滑坡变形规模大、启动速度快、危害大(肖华波等，2014)。1983年甘肃省东乡族自治县果园乡，洒勒山中部弧形锁固段经过长期应力积累被剪断，发生了大规模的高速滑坡，1min内摧毁了坡脚以及巴谢河源河道附近的3个村庄，导致200余人遇难。1991年云南昭通头寨沟发生大型高速岩质滑坡，锁固段最终因应力积累过量而产生突发脆性破坏，400×104m3的滑体在2～3min内高速冲入盘河，导致200余人丧生。2003年7月13日发生于湖北省秭归县沙镇溪镇的千将坪滑坡，为一大型顺层锁固型岩质滑坡，滑坡体前缘长期受库水冲刷，导致位于坡体前缘的锁固段岩体发生剪切破坏，造成滑坡失稳破坏并高速下滑(杨为民等，2006)。2009年6月5日，震惊全国的特大滑坡灾害—重庆武隆鸡尾山大型滑坡为“滑移-剪断”模式的变形破坏机制，即滑坡关键块体瞬时脆性剪断并诱发整体滑动。此外，龙西、湖北盐池河磷矿等巨型岩质滑坡，均因锁固段岩桥发生脆性破坏造成了重大的人员伤亡以及财产损失。 岩桥脆性破坏使边坡由等速变形向加速变形演变，最终发生滑坡。由此可见，研究锁固段岩桥的脆性破坏机理对大型岩质边坡的预警及防治具有重要意义。如果能在滑坡临滑时间段(岩桥脆性破坏阶段)对其进行较为准确的评估和预测，就可以为人员的安全撤离提供宝贵时间。锁固段破坏机理的研究不足与其重要性成为控制大型岩质边坡稳定性的突出矛盾，是地质工程和岩土工程学科亟待解决的重要课题。因此，本书针对锁固型岩质边坡相关问题开展研究，以期望研究结果能够促进现有岩质边坡稳定性研究发展并产生实际工程效用。 1.1岩质边坡锁固段定义 目前工程地质学界和岩石力学学界对于锁固段与岩桥的定义较为模糊。因此，本书对两者的区别和联系加以详细说明，以便于读者区分。 岩桥主要从“岩石力学”角度定义，表示岩石块体未破坏区域。非贯通节理岩体的破坏和贯通最终通过岩体内部节理面的张开、闭合及扩展而产生，贯通滑移面上除节理面(结构面)外，一般还包含新发生破坏的完整岩石，统称岩桥。岩桥规模比锁固段小，肉眼可见，应力不一定集中，范围大致为0.1～5m。 锁固段主要从“工程地质”角度定义，表示工程岩体中具有应力集中的区域。斜坡失稳过程中，滑面尚未连通，锁固段承受应力集中，提供关键承载作用，其强度和变形决定边坡整体稳定性(GehleandKutter，2003；黄润秋等，2017)。以高速远程滑移对人民生命财产安全构成严重威胁的西南山区大型岩质滑坡，多受控于坡体内部锁固段突发脆性破坏。因此，锁固型岩质边坡的锁固段岩体破裂启动机制也成为需要深入探讨的问题。锁固段范围大致为10～30m，隐蔽性强，难以发现。 岩质边坡锁固段，常被误认为是经过锚杆或锚索加固后的边坡岩体。锁固段的正确定义为：在长期时效变形过程中，大型岩质边坡前缘或中部岩体经历了应力集中并聚焦了高能量的部位，为纯地质体，非加固体。岩质边坡锁固段可赋存于不同位置，通过对大量锁固型岩质滑坡演化特征的综合分析，发现锁固段往往赋存于滑坡中部或滑坡前缘，其存在形式主要有均质连续的单级锁固段、线性间断的多级锁固段、阶梯展布的多级锁固段等多种类型。不同类型的锁固段决定着锁固型岩质滑坡储能机制的差异性，由此展现出不同的斜坡动态演化过程。 1.2锁固型岩质滑坡灾害特点 高位锁固型岩质滑坡由于其剪出口与滑坡前缘之间的垂直落差大，滑体启动后撞击坡面，碰撞解体，破碎化严重。运动过程中对表面松散堆积物的动力侵蚀导致体积急剧增大。与传统的高速远程滑坡一致，锁固型岩质滑坡具有高位隐蔽性、运动速度快、体积大、流态化运动、块体破碎和动力侵蚀等特点。 (1)锁固特征。锁固型岩质滑坡滑面演化受阻于锁固段，锁固段起到阻滑关键块体作用。在长期蠕滑过程中，锁固段应力持续积累并形成应力集中，突发失效后急剧释放能量而形成灾难性滑坡。由于锁固型岩质滑坡的巨大势能，其往往在脱离母岩后形成高速、远程以及“崩→滑→流”一体的链式地质灾害，带来毁灭性破坏和重大人员伤亡。 (2)孕育时效性。锁固型岩质滑坡变形演化是一个动态地质历史过程。滑源区的变形破坏机制主要表现为以下阶段性过程并呈现出突发性特征。在蠕变阶段，岩质斜坡形成过程受控于河谷下切的卸荷作用，斜坡整体产生卸荷回弹并在顶部形成张拉应力区，形成后缘拉裂。表生改造完成后，受控于潜在滑坡体自重应力的持续性作用，后缘拉裂持续扩展抑或发育前缘蠕滑段，进而形成前缘锁固段或中部锁固段。随着前缘蠕滑作用和后缘拉裂扩展加深，锁固段不断缩短。在此过程中，斜坡应力将随后缘拉裂扩展而逐渐向中部锁固段或前缘锁固段集中。以洒勒山滑坡为例，其滑源区经历了一个长期的孕育过程(黄润秋等，2017)。早在1970年，斜坡后缘开始出现拉裂缝，裂缝宽度的演化过程表现为：1979年10cm，1981年20cm，1982年40cm，1983年1月80cm，3月6日达1.0m，7日下午2点缝宽大于1.2m，3h后滑体突然剧滑。 (3)突发性启动。当拉裂扩展至一定深度，累积应力将促使锁固段岩体进入*后的累进性破坏阶段，即锁固段突发脆性破坏。因锁固段突发脆性破坏产生的巨大能量急剧释放，滑坡体获得较大初速度，在高位势能的叠加作用下形成高速远程滑坡。以查纳滑坡为例，滑坡发生时正在黄河岸边的目击者在接受访问时表示，“山坡下滑时，比汽车还快”，表现出明显的突发性特征。 (4)大“失距”特征。在滑源区锁固段强烈的应力集中与急剧的应力释放下，锁固型岩质滑坡突发脆性失稳后的滑移过程势能大、速度快，运动距离较远，常达到数千米，表现出大“失距”的特征。以新磨村滑坡为例，滑坡从小规模垮塌到主体滑动，经运移铲刮到最终减速堆积的过程仅用时2min，但此期间的水平运动距离超过了2.5km，远大于其竖向滑动距离。受地形地貌等影响，不同的锁固型岩质滑坡运动距离亦存在差异。 (5)动力侵蚀特征。锁固型岩质滑坡启动后具有较高的冲击力，使滑体在运动过程中对运动路径地表的岩土体产生挤压、切割或者裹挟等作用，与运动路径地表岩土材料之间产生物质交换，使滑体体积大幅增加，加剧滑坡动力成灾危害。在动力侵蚀过程中，高位锁固型岩质滑坡也伴随动力破碎现象，进而转化成高位滑坡碎屑流。动力侵蚀的主要机制包括“犁切运动”、“撞击-飞溅”、“加载-包裹”和“流态溶蚀”等。以新磨村滑坡为例，滑源区山体失稳崩落、滑出后，以巨大的动能推挤、铲刮下部斜坡表面原有松散堆积物。在整个运移铲刮区铲刮了超过60×104m3的覆盖层和少部分基岩，形成了长宽高为130m×200m×30m的凹槽。 (6)动力破碎和碎屑流特征。锁固型岩质滑坡高位剪出后，势能转化成动能，形成较大的启动速度，对运动路径地表松散物的铲刮效应更加明显，块体在运动过程中撞击地表解体。同时，在运动过程中滑体内部之间相互碰撞，或运动时与地表剪切摩擦，加剧了块体的破碎程度，进而以“碎屑流”的状态继续运动，多相流运动状态降低滑动摩擦力进而促进了滑坡的远程运动。以新磨村滑坡为例，根据许强等(2017)的研究，新磨村滑坡在锁固段破坏后的高速运动过程中不断解体破碎，以碎屑流呈流态化的方式高速运动，最终因前缘阻挡和能量的不断耗散而逐渐停积下来。 (7)分选性堆积。由于锁固型岩质滑坡动力破碎效应突出，其远程堆积地貌特征极具特点。与常规的高速远程滑坡一致，堆积体的块体粒径大小呈现出三层分：外壳相，其主要由大块石组成；滑体剪切相，主要由破碎程度较高的块体碎屑组成；基底相，主要由与滑体接触的基岩组成，其与滑体剪切相之间存在物质交换现象。受到滑体推挤、剪切和摩擦等作用，易产生褶皱、错断等微小地貌结构单元。新磨村滑坡在高速运动过程中的颗粒分布具有明显的分选特征(许强等，2017)，大块石在运动途中不断停积，大粒径块体堆积范围为运移区至新磨村，而粒径相对较小的块石和碎屑物呈流体状继续向前运动，直至松坪沟河流对岸。 1.3边坡锁固段研究现状 目前国内外学者围绕边坡岩桥和锁固段方面的问题，已经开展了大量研究。国外学者的代表包括Jennings(1970)、Einstein等(1983)、Kemeny(2003)、Eberhardt等(2004)等。国内学者包括黄润秋教授及其团队(张国峰等，2015；唐鹏等，2016；黄润秋等，2017；朱振飞等，2018；秦昌安等，2019；陈国庆等，2016，2017，2018a，2018b，2019a，2019b，2020；孙祥等，2020)、唐辉明教授及其团队(章广成和胡静，2011；邹宗兴等，2012；唐辉明，2022；王林康等，2025)、殷跃平教授及其团队(殷跃平等，2017；赵志男等，2022)、秦四清教授及其团队(秦四清等，2010b，2010c，2010d；泮晓华等，2014，2018；薛雷等，2018；吴晓娲等，2018；陈竑然等，2018，2019；杨百存等，2017，2020)、刘汉东教授及其团队(耿正等，2020；刘汉东等，2021；王闯等，2022)、徐则民教授及其团队(徐鹏飞，2018；陶可友，2019；任喆，2019)、程谦恭等(2000a，2000b)、黄达等(2018)、朱星和唐垚(2022)以及赵晓彦等(2018)，等等。本节主要从锁固段破坏机制、锁固段力学模型和锁固型岩质滑坡灾害预测等方面开展文献综述。 1.3.1锁固型岩质边坡失稳机制研究 锁固型岩质滑坡坡体结构千差万别，在顺层边坡、反倾边坡、火成岩边坡和半成岩边坡下均有可能发生滑坡。为研究不同类型锁固型岩质边坡演化过程和变形破坏机制，诸多学者对不同边坡进行分类以提炼共性。黄润秋(2007)总结了中国20世纪以来重大滑坡事件，根据滑坡地质-力学模式将其划分为“滑移-拉裂-剪断”三段式模式、“挡墙溃决”模式、近水平岩层的“平推式”模式、反倾岩层大规模倾倒变形模式和顺倾岩层的蠕滑(弯*)-剪断模式等，指出
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