岩崩灾害是一种破坏力极强的地质灾害,具有运移距离远、速度快、监测难度大和影响性强的特点。岩崩事件一直是国内外学者的研究重点,其孕育机理和失稳模式也是此类灾害的难点和关键。本文以云南省头寨岩崩灾害为例,通过现场测量调查和岩石剪切试验,结合微震监测技术、声发射监测系统以及高速摄像设备对试验结果进行综合分析。通过岩石破裂面三维形态扫描以及岩石剪切数值模拟来验证试验的分析结果,进一步深化对头寨岩崩灾害的锁固机理和失稳模式的认识,也为灾害的监测、预防提供一份支持。综合分析结果表明:(1)头寨岩崩滑源区剪出口上部存在强度高,整体性好的锁固区段,长度在150 m左右。滑源区上部斜坡岩体柱状节理、构造裂隙发育,受风化侵蚀严重,失去自稳能力向下挤压锁固段。头寨沟颗粒级配以及巨石分布、形态调查结果表明锁固段上部岩体受风化侵蚀碎裂以及运移过程巨石撞击在山谷两侧碎裂是造成头寨沟中块石分布以10-100 mm为主的两个主要原因。(2)岩石剪切试验结果表明岩石剪切最大加速度随剪切速度和轴压的增大而增大。岩石剪切过程中最大加速度并非一定出现在岩石被宏观裂隙贯通、完全破坏时,也可能发生在过程中某条裂隙生成时。岩石在受剪切过程时首先在两加载端出现大量张裂隙,并不断发育、扩展形成宏观裂隙,并向岩石内部扩展,同时岩石内部也大量出现裂隙与向内扩展的裂隙并排或者交汇,随剪切进行宏观裂隙贯穿岩石或表现为岩石瞬间崩裂、断裂的现象,形成整体上连接两加载端方向的由雁形张裂构成的断裂破碎带。岩石剪切尺寸效应明显,较小尺寸玄武岩在剪切过程初期首先在岩石中部区域出现裂隙,而大尺寸玄武岩在剪切过程未出现此现象,造成这种差异的原因是圣维南原理在不同尺寸样品剪切过程中的体现:较大尺寸的玄武岩在受剪切作用下,由岩石的两个加载端承受水平剪切力更大,相较于立方体形状的玄武岩其岩石内部承受的剪切力较小所致。对比结果显示岩石剪切过程加速度传感器监测到密集突变、响应的时间段对应声发射能量图中也出现大量密集、高强度的能量值,但是最大加速度时刻对应声发射能量并非一定是最大值。声发射监测结果对速度在某一区段内的变化并不敏感,但是当剪切速度超过某一设定值时,监测的能量参数出现明显的突变。(3)通过三维激光扫描设备和逆向分析软件对玄武岩主剪切破裂面三维地貌形态以及细微观结构的分析结果显示,轴向荷载对岩石破裂面的三维形态影响较其他影响因素更加显著,轴向荷载增大使得岩石破裂面整体粗糙度变大且出现明显的反阶步现象,但整体起伏形态变缓。三维形貌图的统计结果显示地形特征主要以较大“沟壑或盆地”与“山峰或斜坡”相间为主。破裂面结构破坏呈现张性破坏的特征,破裂面起伏较大剖面细部构造可见张裂隙呈雁列状排列,与剪切方向所夹角度为10-40°。当剪切速率增大时,整体粗糙度呈现变小的趋势,而当剪切速度率大于阈值时,粗糙度便随剪切速度的增大而递增。(4)岩石剪切数值模拟结果分析表明岩石剪切过程裂隙的形成、扩展机理与岩石剪切试验分析结果较为相近。应力集中分布在两种尺寸模型的剪切过程中均体现为连接两加载端“纺锤形”分布,剪裂隙两侧的应力集中现象更加显著且随剪切进行应力集中区域会被压缩到宏观裂隙之间,在整体剪切过程中会反复出现因张裂隙形成、扩展导致的应力集中消退显著,但从整体上来看,仍呈现随剪切进行剪应力上升的趋势。统计结果显示20 m×10m尺寸模型累计声发射数量较10 m×10 m尺寸模型多出79.8%。颗粒碎裂引起的裂纹形成主要是张性裂隙,少部分为剪裂隙。宏观裂隙贯通岩体时,沿主裂隙两侧分布大量剪性声发射响应,而岩石内部仍分布有大量密集的张性声发射。头寨沟岩崩锁固段失稳模式为剪切过程中大量张裂隙扩展、演化形成的岩体瞬时失稳剪切破坏,岩石(体)力链中积聚的大量应变能成为诱发锁固区段整体失稳的初始动力,对其上部坡体产生顶托作用从而有效地降低摩擦,使岩石(体)高速剪出并诱发地震。