高清PDF《岩石高边坡稳定性分析工程地质分析 》黄润秋 著 2012年

内容简介
本书结合我国西部特殊的地域地质环境条件，针对边坡高陡、地质环境条件复杂及工程边坡开挖规模巨大等特点，全面阐述岩石高边坡稳定性分析的工程地质基础、变形破坏机理及稳定性分析和评价方法，主要内容.包括基本原理、岩石高边坡工程地质环境条件、高边坡工程地质现场工作方法、高边坡岩体结构分析、自然和人工高边坡变形破坏机理、高边坡变形破坏的全过程模拟理论及渗流、强震条件下的高边坡稳定性评价、高边坡稳定性的过程模拟与过程控制等，全书共12章。
本书可供国土资源开发、地质灾害防治、水利水电、交通土建、矿山开采等领域以及高等院校、科研院所从事工程地质、岩土工程勘测设计的科研、教学、科技人员参考使用。

前言
边坡是山区人类生存和工程活动最为普遍的地质环境，由边坡带来的工程地质和环境地质问题也是山区人类生存和工程活动遇到的最为普遍的问题，在协调人地关系中具有重要地位。人类在这个领域的科学探索和工程实践已经有100多年的历史，但是自20世纪80年代以来，伴随中国西部大开发的推进和城镇化的发展，在古藏高原周边地区这个特殊的地域地质环境区域，我们遇到了复杂地质环境条件下的高边坡稳定性向题。相对传统意义的边坡，这些高边坡是青藏高原隆升、高原及周边河谷快速下切以及大规模人工开挖的结果。因此，它们不仅具有复杂而又特殊的赋存地质环境，如复杂岩体结构、特殊高地应力、强卸荷、深风化和高地震烈度等;而且边坡高院，自然斜坡高度通常在数百米至千余米，人工开挖边坡高度更是达500m以上。这就对传统的基于刚体极限平衡和强度稳定性的边坡稳定性分析方法带来了巨大的挑战。从20世纪80年代初笔者接触这个问题开始，就对此产生了浓厚的兴趣，并在之后的近30年时间里，乐此不疲。并与所在的团队成员-起，走遍了西部地区几乎所有的深山峡谷、大型水电工地和重大地质灾害现场，经历了实践一认识- 再实践 - ....断完善和逐步提高的过程，理论与实践结合，形成了今天初步成形的高边坡稳定性评价分析理论与方法体系。这个历史过程大致可以分为以下四个阶段。我们最早接触高边坡问题是1984年在黄河上游拟建的拉西瓦水电站和1986年结合国家“七.五"科技攻关开展的长江三峡工程库区库岸稳定性研究工作。前者是黄河上游当时拟建的最大水力发电工程，其左岸坝肩存在- -个规模达近200万m2的高边坡变形体，这个问题是制约整个工程方案的关键工程地质问题。在研究过程中，我们初步认识到了高边坡，尤其是岩石高边坡的稳定性问题与其形成的谷坡动力学过程具有密切的联系，是一个动态的地质历史过程，必须从“地质过程”的角度对其变形破坏机制进行全面深人的研究，从而指导稳定性评价和灾害防治。为此，我们建立了河谷高边坡应力场发育模式和岩体结构表生改造的观点，并形成了初步的“变形稳定性”定性分析的概念。但是，由于当时技术水平发展的限制，我们在评价技术方面重点还是采用简化力学模型或“等效模型”来替代“时间效应”模型的方法。把上述成果应用到黄河拉西瓦水电站II变形体高边坡稳定性的评价。认为边坡在天然情况和正常蓄水工况条件下稳定性系数可以达到1.1,考虑长期稳定性和地震荷载的作用，边坡稳定性会降低到0.9~1.0,但是通过工程措施，可以达到设计的工程安全标准。这一-结论被设计部门所采用，从而很好地回答了制约该工程建设的重大工程地质问题。该工程作为黄河上游最大的水力发电工程于2003年正式动工修建，2009 年蓄水发电。20世纪90年代上半期是我们全面深化对高边坡时效变形机理和破坏模式认识的阶段，也是变形稳定性分析概念模型建立的阶段。这期间我们在西南地区遇到了3个条件更为复杂和典型的高边坡问题。- -个是金沙江向家坝水电站马布坎高边坡，位于大坝坝前，高达600余米:一个是雅龚江锦屏水电站坝址左岸的高边坡，高达500余米:另一个是澜沧江小湾水电站坝址左岸的高边坡，高达700余米。这三个工程都是西南地区代表性的大型水电工程，上述边坡也都处于工程的关键部位，严重影响和制约了工程的可行性。还有两个自然高边坡失稳产生的灾难性滑坡事件，分别是1989年7月10日发生于四川华整县溪口镇的溪口滑坡，死亡人数达210余人，1996年9月18日发生于贵州印江县的岩口滑坡。这- - 期间我们在高边坡稳定性评价方面的研究工作也得到了国家自然科学基金优秀中青年人才专项基金、教育部跨世纪优秀人才基金和国土资源部重点基础研究课题“中国西南地壳表层动力过程与地质灾变效应研究”等项目的支持。通过理论与上述典型工程和灾害实例相结合的研究，我们在认识高边坡发育的动力学过程和大型滑坡发生机理方面取得了重要的进展，提出了高边坡演化的三阶段理论以及西南地区高边坡的典型变形破坏模式和大型滑坡形成机理。尤其是高边坡演化“表生改造”和“时效变形”阶段的提出和性质的界定，以及针对不同演化阶段和机制模式所提出的相应变形稳定性评价“概念模型”，对上述的高边坡稳定性评价和类似“溪口”、“岩口”大型滑坡灾害的防治起到了关键的作用。例如，金沙江向家坝水电站的马布坎高边坡，我们通过研究，认为其属于一-类应 力释放型的变形结构，表生改造过程已经完成，但是没有进人时效变形的条件;所以。尽管在坡体内部揭露了-系列“令人担心”的拉张裂缝，但是边坡整体是稳定的，坝址条件是成立的，从边坡安全的角度，工程具有可行性。目前，这个工程已经进人到施工.前期准备阶段。又如，雅砻江锦屏水电站左岸坝肩的高边坡，根据我们建立的高边坡演化阶段理论和变形稳定性评价方法，确定其属于一类受高应力释放所导致的“深部裂缝”控制的高边坡，是边坡经过老生改造的结果，天然状况边坡不具备进，人时效变形的条件，是稳定的。但由于工程巨大，天然边坡难以承受工程荷载和工程引起的环境条件变化，所以，我们建议将大坝的轴线位置上移，避开“深部裂缝”集中发育的部位和减小工程建设对边坡的干扰。我们这一-结论同样也得到
了工程设计和建设部门的采纳。目前，该工程已经开工建设，即将于2013年蓄水发电。
这一-期间，我们对“溪口”、“岩口”两个大型岩石高边坡失稳所造成的灾难性滑坡事件的研究也取得了富有成效的研究成果。通过研究，我们建立了“挡墙溃屈型” 和“前缘锁固段型”两类大型滑坡的机理模型，提出了灾害评价与防治的基本原则和方法，从而指导了类似地区高边坡地质灾害的防治。同时，结合这两个滑坡的研究，我们开始了地质灾害“过程模拟技术”的初步探讨与开发。但总体来讲，这一期间我们对高边坡的研究重点还是围绕稳定性评价问题开展的。
20世纪90年代中后期是我们初步建立并形成高边坡变形稳定性评价及灾害防控理论和技术方法的阶段。首先，我们的研究工作获得了国家杰出青年科学基金和国家“九●五”重点科技攻关计划对这一- 领域研究工作的支持。同样重要的是，我们承担了金沙江溪洛渡巨型水电站I程(规模仅次于三峡工程)高边坡的岩体结构特征及其工程适宜性研究，并有幸多加了三峡船闸高边坡施工期的变形预测和控制研究，雅砻江锦屏水电站左岸高边坡稳定性评价的研究工作也得以继续进行(但重点转为针对工程边坡)。这一期间的高边坡问题不仅规模大、条件复杂，而且我们面临的是著干处于施工或即将进人施工阶段的高边坡。它们不仅涉及稳定性评价问题，而且更重要的是我们要回答工程的适宜性及灾害防治和控制问题，即如何防范工程灾害。这一期间， 围绕上述课题的开展，在进-步完善机制分析和稳定性评价技术的同时，我们重点发展并初步形成了“高边坡复杂岩体结构的精细描述及建模理论”和“地质灾害过程模拟和过程控制理论”。应该说，这两方面理论的形成对我们建立系统的高边坡稳定性及其灾害防治评价技术和方法体系都是非常关键的:前者针对复杂岩体结构问题，提供了建立精细、准确的高边坡地质结构模型的技术手段，这是整个评价系统的基础;后者为我们提供了变形稳定性“量化”评价及灾害控制措施分析可供操作的方法手段。上述成果在工程中均得到了具体应用，并取得了显著的成效。例如，在金沙江溪洛渡水电站，邇过精细岩体结构模型的建立，我们解决了不仅对高边坡，而且对坝区其他I程地质问题同样有控制意义的结构面“连通率” 问题，为这个长期争议、久拖不能定论，甚至影响大坝坝型选择和工程布置的重大技术问题提供了满意的答案。又如，在配合三峡工程船闸施工的高边坡稳定性评价及变形控制研究中，我们应用“过程模拟与过程控制技术”预测了开挖过程中变形的发展，并提出了合理的变形控制(支护措施)建议。
2000 年以来，是高边坡变形稳定性评价学术思想和理论方法体系逐渐走向成熟，并在大规模开挖边坡工程中得到具体应用的时期，这主要得益于这期间我国21世纪三大标志性300m级高拱坝工程一澜沧江小湾水电站、 金沙江溪洛渡水电站、雅砻江锦屏水电站的开工修建，它们都涉及复杂地质环境条件下的高边坡开挖，最大边坡开挖高度均在500m以上，小湾右岸边坡更是高达700m。这期间，笔者及团队有幸参加了这
三大工程以及其他大型工程，如澜沧江糯扎波水电站、大渡河瀑布沟水电站、大岗山水电站等。在施工期的高边坡地质跟踪调查和设计反馈工作中，有机会接触大量的大规模工程开挖后，揭躇边坡地质条件的变化及其复杂的变形破裂响应，也经历了许多与高边坡相关的“问题”、“险情” 和后期的研讨、处理。这期间，我们还遇到了2005年的四川丹巴后山滑坡、2007 年的四川安县白什乡滑坡及其应急抢险。正是这样-场规模宏
大的实践，使得笔者及团队在高边坡变形稳定性评价方而形成的学术思想和理论方法体系在实践中得到不断的充实、完善，同时也在实践中得到了不断的检验。这期间，笔者及其团队在不同时期形成的复杂岩体结构精细描述、变形破坏机理模型、变形稳定性评价与预测的过程模拟和过程控制等理论方法得到集成应用，并在变形控制的时机、控制标准等方面取得了新的认识。
经过上述近30年的工作，以“复杂岩体结构精细描述和建模理论”为核心的高边坡地质建模理论、以“变形破坏三阶段演化理论”为核心的高边坡变形破坏机制理论和以“过程模拟与过程控制技术”为核心的变形稳定性分析评价理论基本形成，它们构成了笔者及其团队在这一领域开展 I作的核心理论和方法体系，在诸多重大工程和防灾减灾实践中得到了成功应用。也正因为如此， 这一 系统成果及其I程应用于20005年获得了国家科技进步- _等奖 。
需要指出的是，上述关于高边坡稳定性分析评价的理论和技术方法体系是在近30年的实践中，经历三代人的不懈努力发展起来的。笔者从1983年师从张倬元教授、王士天教授攻读硕士、博士学位研究生起，就在他们的悉心指导下，开始了这一-领域的工作。1988年研究生毕业获得博士学位后，继续在他们的带领下从事高边坡稳定性研究。笔者书中很多观点和认识的形成都得益于他们的悉心指导和帮助。因此，在本书出版之际，笔者首先要感谢两位导师长期的培养。
笔者是1993年被国务院学位委员会增列为博士生导师，并开始指导博士研究生的。20年里，我所指导毕业的50余位博士研究生大多数的论文工作都与高边坡及其地质灾害防治有紧密联系，还有相当数量的硕士研究生也参加了这项工作。在这里，我要特别感谢20年来参加过我在这一领域研究 工作的博士生们，按时间先后，他们是许强博士、王贤能博士、黄国明博士、柴贺军博士、林峰博士、沈芳博士、范留明博士、唐胜传博士、向喜琼博士、陈礼仪博士、戚国庆博士、丁秀美博士、巨能攀博士、邓辉博士、石豫川博士、彭社琴博士、卿三惠博士、孙书勤博士、张强博士、徐志文博士、曹运江博士、吴礼舟博士、朱继良博士、杨根兰博士、黄健敏博士、段海澎博士、蒋良潍博士、黄达博士、徐德敏博士、郑达博士、赵建军博士、刘卫华博士、吴琦博士、徐湘涛博士、涂国祥博士、霍俊杰博士、霍宇翔博士、张敏博士、黄勇博士、王胜博士、李果博士以及袁进科博士等。
王来贵博士后、徐则民博士后、陈红旗博士后、何政伟博士后、裴向军博士后、陈永波博士后、李喜安博士后、吴景华博士后、徐佩华博士后、许向宁博土后和王现国博士后等也先后加人了笔者的研究团队并从事过相关的工作，在此也向他们表示衷心感谢。
笔者还要特别感谢我们这个团队里20余年来- - 直与笔者紧密合作的严明教授、许模教授、赵其华教授、王运生教授等，我们与上述博士、博士后中部分留校任教的人员一起， 组成了一个长期稳定的研究团队。我们工作上是密切合作的战友，大家-起跑野外，- -起爬山，- -起熬夜，一起面对艰难困苦，一起享受艰苦的乐趣:工作之余又是不可多得的好朋友，我们有共同的价值取向和科学兴趣。正是这样-种战友情、朋友情和
共同的价值观维系了我们长久的合作，形成了“黄金搭档”。回顾往背，我要发自内心地说一句:感谢你们!

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