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《重庆大学》 2011年
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群发性崩塌灾害形成机制与减灾技术

唐红梅  
【摘要】:危岩崩塌是一种全球性泛生型山地灾害,是我国矿山生产、山区公路、水运交通、山地城镇的重大地质安全隐患,每年造成直接经济损失超过20亿元。如2009年6月5日重庆市武隆县鸡尾山发生特大型山体崩塌,80余人遇难;2009年7月25日四川省汶川县国道213线都江堰至汶川高速公路44km+200彻底关大桥处发生山体崩塌,落石砸断桥墩,桥面坍塌,2辆货车坠入岷江,死亡6人,经济损失1亿元左右。显然,着眼于单体危岩系统实施群发性崩塌灾害的形成机制及减灾技术研究,是矿业、交通、城建减灾的国家需求,也是安全与减灾学科发展的逻辑需求。 本文采用现场调查、模型试验、数值模拟、地貌学、断裂力学、运动学、波动理论、传感技术等研究方法,对危岩崩塌演化规律、危岩稳定性、群发性崩塌激振效应、崩塌落石运动路径、群发性崩塌运动力学机制及应急减灾与安全警报技术等科学问题进行深入系统研究,取得的主要研究性成果如下: (1)针对三峡库区大范围砂岩或灰岩与泥岩软硬相间的岩石边坡,揭示了岩腔的形成机制,包括差异风化机制和压裂风化机制;提出了缓倾角岩质边坡危岩崩塌的宏观链和微观链概念,据此揭示了危岩群发性崩塌的链式演绎规律,可分为简单模式和复合嵌套模式两类。 (2)基于极限平衡原理,从作用在危岩体上的荷载类型及荷载组合、稳定性评价标准、不同类型危岩等方面系科学修正了危岩稳定性分析方法;着眼于危岩主控结构面断裂扩展是危岩破坏本质这一的科学认识,采用断裂力学构建了危岩断裂稳定性分析方法,该方法可以连续表征危岩体的实时稳定性,是实施突发性崩塌灾害应急安全警报的科学依据。 (3)分析了陡崖上危岩块之间的相互作用力学关系,基于损伤和断裂力学探讨了群发性危岩块崩落序列,验证了危岩链式规律;构建了危岩块崩落产生的激振效应对相邻危岩块的动力振动力学方程,通过实验验证了危岩崩落激振效应,理论计算值与试验值基本趋于一致。建立的动力激振方程符合客观实际. (4)基于下垫面岩土介质动力恢复系数试验,通过建立的最大冲击力公式反演碎石土垫层的法向恢复系数,介于0.258-0.314之间,符合客观实际;将崩塌落石的运动阶段划分为自由坠落、初始碰撞、空中飞行和后继碰撞等形式,建立了不同运动形式下落石运动速度及运动距离的计算方法,提出了落石运动形式判别标准,并通过现场试验及数值模拟予以验证。 (5)推导了群发性崩塌体底部空气压缩方程,通过崩塌体空气压缩特性试验,初步获得了崩塌体底部空气外泄系数与崩塌体速度之间的关系曲线,通过空气压缩试验得到了不同高度、不同孔隙比下的气垫作用的气垫荷载和外泄系数及临界外泄系数,成果对于深入开展群发性崩塌体运动过程研究有重要的积极意义。 (6)针对危岩突发性崩塌灾害应急减灾需求,研发了危岩应急锚固、应变型钻孔应力传感器、压电型钻孔应力传感器、落石消能棚洞及崩塌灾害安全警报系统等新技术及专用设备,为崩塌灾害应急安全警报及防灾避灾提供了技术保障。 将前述主要研究成果浓缩为4个创新点: (1)基于三峡库区危岩崩塌链式演化规律和危岩块之间的力学关系,运用断裂力学和等效弯矩作用产生的应力强度因子、等效应力强度因子等构建了危岩崩落的时间方程,揭示了软弱基座陡崖上危岩的崩落序列。 (2)针对坠落式危岩,建立了危岩崩落的激振模型,基于断裂力学和波动理论构建了激振效应下的断裂联合应力强度因子方程,基于能量构建了危岩崩落瞬间启程速度、质点位移速度、激振波强度的计算方法,系统揭示了危岩崩落激振效应。 (3)通过试验揭示了碎石土垫层的法向恢复系数介于0.258-0.314之间,将崩塌落石的运动阶段划分为自由坠落、初始碰撞、空中飞行和后继碰撞等形式,据此提出了落石运动路径计算新方法。 (4)针对危岩突发性崩塌灾害防治需求,研发了危岩应急锚固、应变型钻孔应力传感器、压电型钻孔应力传感器、落石消能棚洞及崩塌灾害安全警报系统等新技术及专用设备。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P642.21

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈洪凯,欧阳仲春,廖世荣;三峡库区危岩综合治理技术及应用[J];地下空间;2002年02期
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 陈泽宇;吕文阁;杜健辉;;裂纹顶端塑性区内方向应变能的裂纹扩展准则[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2005年04期
10 阚清华;汤斌;张庆庆;张海龙;;沪酿3.042米曲霉产中性蛋白酶条件的优化[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年02期
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3 王学良;张路青;周剑;;转折型沟谷对地震崩塌体块石拦截效果分析[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
4 王学良;张路青;周剑;田世艳;;地震型砾岩崩塌体运动学特征分析[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
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6 宋常;冯新;周晶;;高混凝土重力坝在强震作用下损伤破坏的数值模拟[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
7 江松青;刘文韬;于恒;;微孔洞形核对延性材料损伤与失效的影响[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
8 张晶;付强;邓守春;梁乃刚;;构元组集弹性损伤模型对准脆性材料损伤至断裂各向异性特征的分析[A];固体力学进展及应用——庆贺李敏华院士90华诞文集[C];2007年
9 邝临源;赵红平;施惠基;冯西桥;;含表面缺陷轴承钢的滚动接触疲劳损伤研究[A];损伤、断裂与微纳米力学进展:损伤、断裂与微纳米力学研讨会论文集[C];2009年
10 张世文;刘仓理;李庆忠;;应变等价原理适用性探讨[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(下册)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄西成;内爆与外爆加载下壳体的力学状态及破坏模式分析[D];中国工程物理研究院;2010年
2 赵同彬;深部岩石蠕变特性试验及锚固围岩变形机理研究[D];山东科技大学;2009年
3 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 赵洪涛;甘肃中南部滑坡、泥石流灾害机制及防灾可持续发展研究[D];兰州大学;2010年
5 甄晓霞;大跨径钢桥桥面铺装体系力学行为研究[D];华南理工大学;2010年
6 张华;冲击荷载作用下岩石动态损伤特性研究[D];昆明理工大学;2009年
7 张永安;滇中红层路堑边坡与路堤稳定性研究[D];昆明理工大学;2010年
8 桂南;复杂两相流动中颗粒碰撞的DEM-LES/DNS耦合模拟研究[D];浙江大学;2010年
9 杨溢;爆破荷载对蠕动边坡的累积效应及稳定性影响研究[D];昆明理工大学;2010年
10 柏松平;云南复杂地质环境公路地质病害诱发机理及其对策研究[D];昆明理工大学;2008年
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1 王利宾;相转移法合成蔗糖多酯及其性质研究[D];华中农业大学;2010年
2 阚清华;酱油多菌种发酵关键技术研究[D];安徽工程大学;2010年
3 赵大为;空间热循环和辐照环境对LF6铝合金焊接组织及性能的影响[D];河南理工大学;2010年
4 李波;义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究[D];河南理工大学;2010年
5 赵文武;淮南矿区典型煤层水力冲孔技术参数研究及消突效果考察[D];河南理工大学;2010年
6 陈云娟;类岩石材料蠕变本构试验研究及基于FLAC~(3D)实现[D];山东科技大学;2010年
7 任航;我国村镇建筑防灾减灾策略研究[D];大连理工大学;2010年
8 王宝媛;混凝土断裂性能及其影响因素的试验研究[D];大连理工大学;2010年
9 白羽;海州露天矿边坡残煤自燃诱发滑坡的数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 王丹;提升机动载荷作用下井塔振动分析与寿命预测[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
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1 周志华;张文君;王卫红;;基于GIS的映(秀)—日(隆)旅游公路滑坡灾害预测预报系统研究[J];安徽农业科学;2009年04期
2 陈洪凯,欧阳仲春,廖世荣;三峡库区危岩综合治理技术及应用[J];地下空间;2002年02期
3 李树刚;马超;王国旗;;基于未确知测度理论的矿井通风安全评价[J];北京科技大学学报;2006年02期
4 苑静虎;石美凤;温晓龙;;云冈石窟的保护[J];中国文化遗产;2007年05期
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6 成英燕;贾有良;党亚民;章传银;;用InSAR技术进行形变监测的研究[J];测绘科学;2006年03期
7 过静珺;李冬航;周百胜;丁志刚;肖健;;四川雅安滑坡自动化远程监测系统示范工程[J];测绘通报;2006年04期
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9 王丽琴,党高潮,赵西晨,梁国正;加固材料在石质文物保护中应用的研究进展[J];材料科学与工程学报;2004年05期
10 G.ETatchell,王跃;大坝和滑坡监测的自动数据采集系统[J];大坝与安全;1994年01期
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1 孟云伟;柴贺军;;颗粒流离散元在滑坡运动过程模拟中的应用[A];第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集(上册)[C];2006年
2 刘君;王丽丽;;鸡尾山滑坡全过程数值模拟[A];颗粒材料计算力学研究进展[C];2012年
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1 宗静婷;广元千佛崖摩崖石质文物保护的环境地质问题研究[D];西北大学;2011年
2 王飞跃;基于不确定性理论的尾矿坝稳定性分析及综合评价研究[D];中南大学;2009年
3 曾裕平;重大突发性滑坡灾害预测预报研究[D];成都理工大学;2009年
4 张斌;滑坡地质灾害远程监测关键问题研究[D];中国矿业大学(北京);2010年
5 冯振;斜倾厚层岩质滑坡视向滑动机制研究[D];中国地质科学院;2012年
6 聂春龙;边坡工程风险分析理论与应用研究[D];中南大学;2012年
7 王朝阳;滑坡监测预报效果评估方法研究[D];成都理工大学;2012年
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1 谷云静;水库大坝安全自动化监测问题研究[D];兰州理工大学;2011年
2 李松;震后公路边坡崩塌灾害分类与形成机理研究[D];长安大学;2011年
3 焦方晖;崂山地质灾害监测预警系统研究[D];中国海洋大学;2011年
4 王锐;土石坝自动化监测系统安全评价研究[D];太原理工大学;2004年
5 韩颖;岩质边坡楔形体稳定分析[D];浙江大学;2006年
6 魏晓峰;基于ArcPad的移动GIS开发与应用[D];华东师范大学;2006年
7 王利;公路边坡监测理论与GPS一机多天线系统研究[D];长安大学;2006年
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10 耿庆东;公共面搜索算法改进及三维颗粒体生成算法[D];大连理工大学;2009年
【二级引证文献】
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1 曾佳龙;黄锐;关燕鹤;程健;宋广晨;;熵权-未确知测度理论在尾矿库安全标准化中的应用研究[J];中国安全生产科学技术;2014年02期
2 田原;;基于未确知理论的金融创新产品前评价[J];金融理论与实践;2014年02期
【二级参考文献】
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2 李银平,曾静,陈龙珠,王元汉;含预制裂隙大理岩破坏过程声发射特征研究[J];地下空间;2004年03期
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2 何云明;吴德伦;;岩质边坡蠕变模型及其蠕变机理研究[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
3 陈洪凯;唐红梅;叶四桥;易朋莹;胡明;;三峡库区危岩发育链式机理及失稳运动路径研究[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
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1 王蓉;危岩发育机理与工程防治原理研究[D];重庆交通学院;2003年
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3 曹卫文;顺层岩体边坡开挖过程模型试验[D];重庆交通大学;2009年
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8 李成庆;高武振;顾展飞;殷征;;浅谈桂林某区危岩的形成条件与防治措施[J];科技信息;2011年09期
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1 刘卫华;黄润秋;裴向军;;高陡边坡危岩体发育特征研究[A];2011年全国工程地质学术年会论文集[C];2011年
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5 张保军;焦发解;;大型水电工程在施工中的危岩体处理与监测[A];全国岩土与工程学术大会论文集(上册)[C];2003年
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8 徐卫亚;赵占朝;蔡德所;;一个危岩体变形破坏机理的时程响应分析及地震反应谱分析研究[A];第三届全国岩石动力学学术会议论文选集[C];1992年
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10 康宏达;殷跃平;张颖;费宇明;;四川窦团山危岩体变形破坏过程计算机模拟[A];第五届全国工程地质大会文集[C];1996年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 记者 毛光勇 通讯员 陈长虹 贺茂平;黄石举行我国首次地质灾害应急演练[N];湖北日报;2009年
3 娄方进;为了2000多群众的安危[N];贵州日报;2009年
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6 记者 康维海;西宁斥资3.7亿整治北山危岩体[N];中国国土资源报;2008年
7 本报记者 刘兰宁 本报通讯员 刘莉 本报特约记者 赵海燕;实时报告鸡尾山危岩体变化[N];地质勘查导报;2009年
8 本报记者 欧植兆;搬迁避让成定局 措施落实需推进[N];中国安全生产报;2008年
9 本报记者 康维海;一项造福西宁人民的大手笔工程[N];中国矿业报;2008年
10 本报记者 韩易桦 萧柳;剑指危崖[N];青海日报;2008年
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3 贺咏梅;高陡岩质斜坡崩落岩体运动参数、击浪高度及其对工程影响研究[D];成都理工大学;2011年
4 叶四桥;隧道洞口段落石灾害研究与防治[D];西南交通大学;2008年
5 向欣;边坡落石运动特性及碰撞冲击作用研究[D];中国地质大学;2010年
6 王林峰;复杂岩体边坡损伤断裂破坏机制[D];重庆交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 曾云川;重庆市万州区菜地沟左岸危岩形成机制及稳定性研究[D];成都理工大学;2012年
3 杨照国;重庆市江津区四面山头道河危岩体成因机制及其稳定性研究[D];成都理工大学;2011年
4 陈维;普洱渡危岩高边坡稳定性研究[D];昆明理工大学;2013年
5 胡以德;重庆市巫山县望霞危岩变形破坏机制及防治措施研究[D];成都理工大学;2011年
6 张瑞刚;危岩突发性破坏机制研究[D];重庆交通大学;2012年
7 佀赟;软岩基座上高陡危岩体加固及稳定性分析研究[D];河海大学;2006年
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9 赵煜;索风营水电站Dr2危岩体处理措施研究[D];西安理工大学;2006年
10 张玉;李家屋脊崩塌落石运动特征及其治理措施研究[D];成都理工大学;2011年
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