危巖崩塌演化理論及應(yīng)用

前言

　　危巖崩塌是一種全球性的山地地質(zhì)災(zāi)害，具有突發(fā)、快速、強(qiáng)致災(zāi)等特性。我國(guó)三分之二以上的國(guó)土面積為山區(qū)，是世界上受到危巖崩塌災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。作為一種主要的山地災(zāi)害，危巖崩塌嚴(yán)重威脅著我國(guó)山區(qū)居民生命財(cái)產(chǎn)、城鎮(zhèn)建設(shè)、礦山及交通運(yùn)輸安全。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的蓬勃發(fā)展，系統(tǒng)實(shí)施危巖崩塌演化理論和應(yīng)用技術(shù)研究，是國(guó)家的迫切需求。科學(xué)識(shí)別危巖體，揭示危巖崩塌的形成及演化機(jī)制，有效預(yù)測(cè)崩塌落石運(yùn)動(dòng)路徑，合理估算落石沖擊荷載，是危巖崩塌防災(zāi)減災(zāi)的核心科學(xué)研究?jī)?nèi)容。本書作者陳洪凱教授及其團(tuán)隊(duì)，立足三峽及西部地區(qū)的危巖崩塌實(shí)際，率先在國(guó)內(nèi)系統(tǒng)開(kāi)展危巖崩塌演化理論及防治實(shí)踐研究，從危巖主控結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度、損傷及斷裂機(jī)制等方面著手，揭示了危巖崩塌鏈?zhǔn)窖莼?guī)律并構(gòu)建其力學(xué)演繹機(jī)制，建立了崩塌落石運(yùn)動(dòng)特性及沖擊力計(jì)算方法。結(jié)合相關(guān)技術(shù)規(guī)范，從危巖穩(wěn)定性、危巖錨固、支撐、支撐一錨固聯(lián)合、落石攔擋、崩塌災(zāi)害安全警報(bào)等方面，系統(tǒng)論述了危巖崩塌理論及工程治理技術(shù)，并給出了工程應(yīng)用方式，實(shí)現(xiàn)了巖土力學(xué)與地貌學(xué)之間的有機(jī)融合和科技創(chuàng)新，充分反映了該領(lǐng)域科技研究的最新前沿研究成果，是一部具有開(kāi)拓性的著作?！　”緯霭鏁r(shí)值我國(guó)西部汶川大地震之后，對(duì)地震引起的滑坡、堰塞湖洪水以及泥石流次生災(zāi)害的深入研究和論理是一個(gè)貢獻(xiàn)。對(duì)我國(guó)系統(tǒng)開(kāi)展抗災(zāi)減災(zāi)深入研究具有重要參考價(jià)值。

內(nèi)容概要

基于十余年對(duì)三峽庫(kù)區(qū)及西部其他地區(qū)危巖崩塌的研究及防治工程實(shí)踐，本書從崩塌源危巖破壞力學(xué)機(jī)理和崩塌落石運(yùn)動(dòng)沖擊兩方面，系統(tǒng)建立了危巖崩塌演化理論。運(yùn)用地貌學(xué)、損傷力學(xué)、斷裂力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等科學(xué)理論、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)模型試驗(yàn)，分析了危巖崩塌地貌演繹過(guò)程，從危巖土控結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度、損傷及斷裂模型等方面揭示了危巖破壞機(jī)制，建立了危巖崩塌鏈?zhǔn)窖莼?guī)律的力學(xué)機(jī)制，建立了崩塌落石運(yùn)動(dòng)路徑及沖擊力計(jì)算方法。緊密結(jié)合相關(guān)技術(shù)規(guī)范，從危巖穩(wěn)定性、危巖錨固、支撐、支撐—錨固聯(lián)合、落石攔擋、崩塌災(zāi)害安全警報(bào)等方面，詳細(xì)論述了危巖崩塌演化理論的工程應(yīng)用方式，并給出了典型工程案例分析。    本書可作為從事巖土工程、地貌學(xué)、地質(zhì)工程、公路及鐵路工程、水利水電工程、城鎮(zhèn)建設(shè)等方向教學(xué)、科研及工程技術(shù)人員的參考用書。

書籍目錄

序前言 第1章  危巖崩塌演化規(guī)律地貌學(xué)解譯 　1.1  經(jīng)典地貌演化理論 　　1.1.1  Davis侵蝕循環(huán)理論 　　1.1.2  Davis侵蝕循環(huán)理論的辯證思考 　　1.1.3  Penck地貌演化模型 　　1.1.4  King地貌演化模型 　1.2  巖質(zhì)陡坡地貌形跡 　　1.2.1  萬(wàn)州太白巖陡崖 　　1.2.2  萬(wàn)州青草背陡崖 　　1.2.3  江津四面山陡崖 　　1.2.4  綦江羊叉河陡崖 　1.3  巖腔形成過(guò)程及其卸荷效應(yīng) 　　1.3.1  自然風(fēng)化巖腔 　　1.3.2  壓裂風(fēng)化巖腔 　1.4  危巖崩塌演繹模式 　　1.4.1  緩傾角巖層群發(fā)性崩塌鏈?zhǔn)窖堇[規(guī)律 　　1.4.2  陡傾角巖層群發(fā)性崩塌演繹模式 第2章  崩塌源危巖分類、荷載及斷裂韌度 　2.1  危巖分類 　　2.1.1  單體危巖分類 　　2.1.2  群體危巖分類 　2.2  荷載類型及其組合 　　2.2.1  重力及地震力 　　2.2.2  裂隙水壓力 　　2.2.3  荷載組合 　2.3  巖石斷裂韌度 　　2.3.1  裂紋擴(kuò)展的基本類型 　　2.3.2  KⅠc的測(cè)試方法 　　2.3.3  KⅡc的測(cè)試方法 　　2.3.4  KⅢc的測(cè)試方法 　　2.3.5  常見(jiàn)硬質(zhì)巖石的斷裂韌度 第3章  崩塌源危巖形成及破壞機(jī)理 　3.1  危巖主控結(jié)構(gòu)面智能顯現(xiàn) 　　3.1.1  主控結(jié)構(gòu)面指標(biāo)及其量化 　　3.1.2  主控結(jié)構(gòu)面智能顯現(xiàn)方法 　3.2  危巖主控結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù) 　　3.2.1  規(guī)范法 　　3.2.2  貫通率法 　3.3  危巖主控結(jié)構(gòu)面損傷模型及斷裂模型 　　3.3.1  宏觀卸荷機(jī)理 　　3.3.2  主控結(jié)構(gòu)面裂端損傷區(qū) 　　3.3.3  主控結(jié)構(gòu)面損傷模型 　　3.3.4  損傷模型應(yīng)用 　3.4  危巖主控結(jié)構(gòu)面應(yīng)力強(qiáng)度囪子 　　3.4.1  主控結(jié)構(gòu)面承受荷載 　　3.4.2  斷裂強(qiáng)度因子計(jì)算方法 　3.5  危巖主控結(jié)構(gòu)面斷裂擴(kuò)展規(guī)律 　　3.5.1  單向應(yīng)力作用下的主控結(jié)構(gòu)面擴(kuò)展規(guī)律 　　3.5.2  雙向應(yīng)力作用下的主控結(jié)構(gòu)面擴(kuò)展規(guī)律 　3.6  滲透所用下危巖主控結(jié)構(gòu)面斷裂擴(kuò)展規(guī)律 　　3.6.1  主控結(jié)構(gòu)面受力形式 　　3.6.2  滲透力 　　3.6.3  考慮滲透力的危巖主控結(jié)構(gòu)面應(yīng)力強(qiáng)度因子求解 　　3.6.4  算例分析 　3.7  危巖主控結(jié)構(gòu)面凍脹力 　　3.7.1  溫差效應(yīng)下主控結(jié)構(gòu)面尖端擴(kuò)展 　　3.7.2  凍結(jié)狀態(tài)下主控結(jié)構(gòu)面尖端擴(kuò)展 　　3.7.3  凍結(jié)狀態(tài)下主控結(jié)構(gòu)面凍脹力的彈性力學(xué)計(jì)算方法 　　3.7.4  算例分析 第4章  危巖體形成時(shí)間 　4.1  主控結(jié)構(gòu)面臨界形成時(shí)間 　　……第5章　危巖崩塌規(guī)律力學(xué)演繹第6章　危巖崩塌規(guī)律數(shù)值分析第7章　落石運(yùn)動(dòng)路徑及運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)第8章　落石沖擊力第9章　危巖崩塌演化理論的工程應(yīng)用第10章　工程案例分析參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　?。?）自然演化理論。19世紀(jì)下半葉，熱力學(xué)第二定律誕生，它是建立在封閉系統(tǒng)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)熵增不可逆。熵較低的封閉系統(tǒng)從高位到低位只需微小的能量變化便能維持系統(tǒng)正常工作，隨著時(shí)間推移，系統(tǒng)內(nèi)能分配越來(lái)越均勻，熵持續(xù)增長(zhǎng)，當(dāng)熵達(dá)到最大值時(shí)，封閉系統(tǒng)內(nèi)所有部分所有參量均達(dá)到同樣的能量水平，系統(tǒng)趨于死寂?！　∈聦?shí)上，地表的地形組合并不是封閉系統(tǒng)，它能夠開(kāi)放地吸收因地表隆起獲得的重力勢(shì)能、沉積過(guò)程產(chǎn)生的動(dòng)能、地表或近地表巖石崩塌所釋放的太陽(yáng)能或化學(xué)能、河道流量及推移質(zhì)動(dòng)能等。Davis侵蝕循環(huán)理論最重要的假定是地貌初始隆起產(chǎn)生的重力勢(shì)能，隨后地貌組合始終保持不可逆的能量水平，最終導(dǎo)致空間上的均勻地貌侵蝕基準(zhǔn)平原。該理論每個(gè)階段都與地貌頂部被磨平的潛能衰退相關(guān)聯(lián)，且每個(gè)階段都存在與當(dāng)?shù)氐乇砑捌渌墚a(chǎn)生沖刷作用的基準(zhǔn)面之間所表現(xiàn)出的不同勢(shì)能相符合的地貌組合，如河谷邊坡、河網(wǎng)型式等?！　?）假定　　1884～1899年期間，Davis創(chuàng)建的侵蝕循環(huán)理論根據(jù)地貌幾何形態(tài)經(jīng)過(guò)的一系列不可逆變化，把地貌演化過(guò)程劃分為青年期（yotlth period）、壯年期（maturity period）和老年期（old age）。Davis結(jié)合Gilbett地貌分級(jí)提出了縱向流及河谷邊坡廓線的平滑曲線概念。河谷邊坡最早達(dá)到河口，然后一直溯源擴(kuò)展至分水嶺。他認(rèn)為任何地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型都可以被看做是在一個(gè)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的給定過(guò)程中如溫度和濕潤(rùn)、炎熱干燥和高山冰川等，產(chǎn)生地貌形態(tài)序列，每個(gè)階段都有一套相適應(yīng)的地貌和特征。Davis侵蝕循環(huán)理論的假定：①巖性均一；②迅速隆起，伴隨微量侵蝕，地貌頂面與侵蝕基準(zhǔn)面之間的高差較小，呈準(zhǔn)平原地貌景觀?！　?）分期描述　　Davis侵蝕循環(huán)理論演化模式見(jiàn)圖1.1和圖1.2。　　青年期。在地表或海底產(chǎn)生了一個(gè)范圍寬廣的區(qū)域，這些區(qū)域不是被河流分水嶺劃分的主干河流和大的支流，而是和許多短小支流合并為侵蝕性的溯源切割。這種溯源侵蝕與河網(wǎng)的垂直切割在整個(gè)青年時(shí)期使地形迅速發(fā)育，逐漸形成陡峭的V形谷，其發(fā)育過(guò)程由于受次生結(jié)構(gòu)面控制產(chǎn)生的巖塊崩落與快速運(yùn)動(dòng)而紊亂。晚期，主干河流兩側(cè)斜坡和急流部位都會(huì)由于侵蝕作用而產(chǎn)生側(cè)向演變，最初的高峰平面面積縮小，高山峽谷地貌景觀開(kāi)始出現(xiàn)，主干河流開(kāi)始分級(jí)并出現(xiàn)河曲，在干流沿線地勢(shì)低平處出現(xiàn)小型沖洪積平原?！　涯昶?。河流兩側(cè)的地形坡度達(dá)到最大值，分水嶺進(jìn)一步變窄，山頂夷平面面積進(jìn)一步縮小直至消失，尖銳的山峰廣泛分布，中下游地區(qū)河曲發(fā)育，支流下蝕作用增強(qiáng)，主干河流縱剖面接近平衡剖面，河流襲奪現(xiàn)象出現(xiàn)，河流兩岸階地發(fā)育。晚期，在河流中下游出現(xiàn)較大面積的沖洪積平原。

圖書封面

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