考虑滑道坡度和宽度的滑坡模型试验研究

通过开展小尺寸的室内模型试验,研究了在不同滑道坡度和滑道宽度下,滑坡-碎屑流的运动和堆积特性。试验结果发现:斜坡坡度增大时,对于细颗粒堆积体,其冲程和平面覆盖面积均变大;对于粗颗粒堆积体,其冲程和平面覆盖面积均先变大后变小;两者的堆积宽度均减小、堆积厚度均增加。滑道宽度对滑坡运动影响显著,滑道宽度增加时,其冲程出现小幅度的增加,而平面覆盖面积和堆积宽度均出现较大幅度的增加,堆积厚度则变小;滑道出口宽度对滑体最终堆积范围影响显著,而滑道入口宽度的影响则相对较小。试验研究成果为滑坡-碎屑流堆积范围及堆积形态影响因素的探究提供了一定的理论参考价值。     

滑坡滑带摩擦热离散元数值模拟研究

高速远程滑坡具有较强的灾害性,已逐渐成为国内外地质灾害领域研究的热点。大型滑坡滑动过程中滑带剧烈摩擦和生热,使得局部温度升高,改变岩土体的抗剪强度等性质、以及产生气垫效应等,可能促进高速远程滑坡运动。为了定量地研究滑坡滑带中热量的生成和温度场分布规律,本研究改进自主开发的MatDEM离散元软件,建立了约23万单元的二维边坡模型,对滑坡的启动、高速滑动和堆积全过程进行了数值模拟。结果表明:MatDEM较为准确地模拟了滑坡典型特征,同时展示了边坡模型的热量生成特征;模拟结果表明滑带附近形成明显的"核形"高热量带,100 m高的边坡滑带单元热量增加值最高达3×105 J,理想条件下造成比热容为550 J/kg·℃的1 kg土体升高545.5 ℃左右;高热量带依附于滑带并随着滑体最厚处向前扩展;MatDEM单元连接状态图和热量场图直观地展现了滑体和滑床中的裂隙发育过程。本研究为滑坡数值模拟研究提供了一个新手段。     

贵州省六盘水水城高位远程滑坡流态化运动过程分析

高位远程滑坡是中国西南山区常见的一类灾难性地质灾害,其发生往往伴随有碰撞解体效应,导致滑体碎裂化,转化为碎屑流或泥石流,具有流化运动堆积的特征。2019年7月23日发生于中国贵州省六盘水市水城县的鸡场镇滑坡是典型的高位远程流态化滑坡,滑坡前后缘高差430 m,水平运动距离1340 m,堆积体体积200×104 m3,导致21幢房屋被掩埋,51人遇难。基于野外详细调查和滑前滑后地形对比,采用DAN-W软件对水城滑坡的整个运动堆积过程进行了模拟,结果显示:水城滑坡在滑源区残留堆积体厚度最大为27 m,堆积区最大堆积厚度为15 m,滑坡碎屑流前缘最大运动速度为27 m/s,最大动能为6.57×106 J;滑坡高位剪出,由于势能转化为动能,滑坡快速达到速度峰值,并铲刮地表松散土层;由于强降雨,滑体高速运动使基底孔隙水来不及排出,导致基底摩擦力下降,降低能量损耗,滑体解体促进颗粒流化运动,减少了摩擦,也是滑坡远程运动的重要原因。      

鸡尾山高速远程滑坡—碎屑流动力学特征分析

以武隆鸡尾山滑坡为例,通过灾害形成地质环境条件的调查,概述了鸡尾山滑坡失稳诱发因素,包括:上硬下软的地层结构、岩溶发育、高陡地形地貌条件和采矿活动等;介绍了鸡尾山斜倾厚层滑坡视向滑动的基本模式,为"后部块体驱动-前缘关键块体瞬时失稳"。在此基础上,根据鸡尾山滑坡的运动和堆积特征,将滑坡分为滑源区和堆积区,通过二维DAN-W模拟,选取Frctional、Voellmy等流变模型,模拟了滑坡运动的整个过程,得到滑坡堆积体的体积、厚度和滑坡运动速度的变化规律,与实际情况基本一致。并且为西南山区高速远程滑坡成灾范围及滑动堆积特征的模拟分析提供了相应的依据。     

基于数值模拟的戈龙布滑坡-堵江-溃决洪水地质灾害链动力学过程重建

以全新世戈龙布古滑坡堵江溃决洪水地质灾害链为例,采用野外调查、PFC3D滑坡动力学数值模拟和HEC-RAS溃决洪水模拟,再现了该滑坡滑-堵-溃灾害链全过程.首先通过野外调查查明了该滑坡的特征,戈龙布滑坡总体积约7.92×10⁷ m³,主滑方向为NW335°,最大滑动距离为2.3 km,最大堆积厚度约150 m.利用离散元软件对该滑坡启动和堆积过程模拟,戈龙布滑坡滑动过程持续了103 s,最大速度可达57 m/s,且在滑动过程中呈现出破碎程度区域差异性的运动学特性;大部分颗粒在运动过程中保持了其原始的位置顺序,堆积体物质特点为单个颗粒与块体团簇共存,破碎作用较弱.滑坡堆积体面积约为1.8×106 m²,鞍部高143 m,左岸、右岸高程分别为2 030 m和2 063 m.滑坡堵塞黄河形成的堰塞坝厚度达143 m,上游形成面积为128 km²、库容为4.87×10⁹ m³的堰塞湖.通过模拟不同溃坝程度(15%、25%、50%和75%)下洪水演进过程,溃口下泄流...     

大光包滑坡运动特征及其过程分析

大光包滑坡是512汶川地震触发的规模最大的滑坡。滑坡的形成机制和运动学特征引起国内外学者的广泛关注。本文基于滑坡体运动-堆积特征的现场调查与分析,对滑坡的运动学特征进行了系统的阐述。为了再现滑坡的破坏和运动过程,应用物理模拟试验方法进行了对比研究。(1)通过对滑坡擦痕、标志性地物、滑坡堆积体植被、坡表块石倾向、滑坡裂缝、以及其他滑坡典型运动特征调查与分析研究,确定了滑坡的滑动方向、滑动距离、运动速度、运动特征值等滑坡运动特征参数,并系统地论述了滑坡扬尘、滑坡气浪、滑坡舌前缘岩性混杂堆积带以及滑坡碎屑流等典型运动-堆积现象的形成机理; (2)滑坡运动过程物理模拟试验表明,大光包滑坡破坏运动过程中存在前缘锁固段岩体剪断迸射、滑坡气浪、滑坡扬尘和急刹车效应等地质现象,且滑坡运动过程具有显著的阶段性; (3)大光包滑坡的运动过程可以概括为以下4个主要阶段,即:快速启动高速滑动急刹车制动拆离滑动。     

基于OpenFOAM与PFC耦合方法的水下滑坡数值模拟研究

水下滑坡是常见的地质灾害之一,为解决离散元PFC难以模拟水下流体环境的问题,提出采用计算流体力学OpenFOAM与离散元PFC耦合的计算方法。针对流固耦合中的尺度相似性问题,提出了适用于该耦合方法的相似性方法并验证了其可行性。通过典型案例分析了基于该耦合方法的水下滑坡动力学特性及堆积形态,并与单向耦合水下滑坡和陆上滑坡结果进行了对比。结果表明该耦合方法能够较好地模拟水下滑坡运动规律,主要表现为滑坡体前端厚度较大并呈椭圆面;水下滑坡运动过程和堆积形态与陆上滑坡差异较大,OpenFOAM-PFC双向耦合与单向耦合方法相比具有优越性。     

青藏高原察达高速远程滑坡运动过程与形成机理

为了了解青藏高原察达高速远程滑坡的运动过程与形成机理,运用遥感测绘、无人机地形测绘和现场勘查资料对滑坡进行分区,对滑坡形成机理进行研究,并利用PFC2D数值模拟对地震工况下滑坡运动过程进行模拟.将察达高速远程滑坡分为源区,流通区和堆积区;数值模拟结果得到滑坡平均运动速度为15~20 m/s,运动时间150 s,最大运动距离为2 800 m.察达滑坡为地震条件下诱发的高速远程滑坡,源区砾岩对上部堆积体后缘铲刮推移,使得上部堆积体产生整体变形,其运动过程可分为崩滑→铲刮→滑移→堆积4个阶段.      

刘家湾滑坡特征及成因机制探讨

刘家湾滑坡位于青川东河口红光乡刘家湾,为汶川地震触发的特大型岩质山体滑坡。野外调查结果表明,该滑坡堆积体与一般汶川地震滑坡运动堆积体迥异的是滑体在沿碳质板岩与白云岩划分带破坏溃滑后,滑源区又沿白云岩风化卸荷带触发了二次溃滑,形成二级堆积平台的形态且以不同岩性区分,在岩性划分带及风化卸荷带呈现出明显的动力破坏特性。通过对该滑坡堆积体进行岩体物理力学试验及波速测试研究表明,该滑坡由白云岩、碳质板岩及千枚岩组成的内硬外软岩质边坡具有明显的量化差异特性,强震条件下差异岩性组合边坡岩层接触面的动力突变效应耦合凸出地形是导致该边坡破坏的主要因素。近一步研究显示该滑坡运动可大致分山体震裂阶段、地质分界面应力突变阶段、高速溃滑阶段、碎屑流堆积阶段、二次溃滑堆积5个动力过程。     

文家沟抛射型高速滑坡全程运动机理研究

5·12汶川大地震期间,绵竹市清平乡文家沟发生了大型高速滑坡。本文在系统分析文家沟滑坡区的地质条件和滑体运动特征的基础上,提出了文家沟滑坡是受地震力和滑坡地面震动力共同作用的失稳启动模式,并将滑坡全程运动划分为启程震动抛射、飞行铲刮、撞击转向堆积和停积4个阶段。分析和计算表明:文家沟滑坡体在失稳启程阶段所受的地震力和滑坡地面震动力的合力方向大致为285°,这与滑体启程抛射的运动方向基本一致;同时,计算得出滑坡体在4个阶段的运动速度分别为115.64 m·s-1、69.38 m·s-1、41.6 m·s-1和20.8 m·s-1,对应的运动时间为11.8 s、8.6 s、24.0 s、48.1 s。据此得出,文家沟滑坡全程运动的持续时间约为92.5 s,这与当地幸存者估计的1分多钟的运动时间比较接近。研究表明,文家沟滑坡的启程抛射和高速飞行的运动特征,可以将滑体的高位势能充分转化成动能,是促使滑体高速运动的关键。     

甘肃黑方台“10·5”黄土滑坡启动及运动特征分析

数十年的塬上大面积灌溉导致甘肃黑方台地下水位不断提升,迄今为止已有约200余起黄土滑坡发生,造成了大量伤亡,给当地居民生活和财产安全带来了巨大的影响。针对黑方台黄土滑坡启动迅速、运动速度快、影响范围广的特征,文中以2019年10月5日发生在黑方台党川村附近的一起黄土滑坡为研究对象,通过野外调研和无人机手段,获取该滑坡的...     

基于高精度低空摄影测量的黄土滑坡精细测绘

滑坡体积精确计算看似简单实则困难。黄土高原具有植被稀少、岩土暴露程度高、滑坡易发多发等特点。本文在充分认识上述特点的基础上,尝试采用高精度低空摄影测量技术来精确测算滑坡方量。与传统计算方法、遥感和三维激光扫描对比,低空摄影具有受各类因素影响较小、作业灵活、高效、产品精度高等优点。本文以甘肃黑方台党川2#黄土滑坡为例,在介绍近景摄影测量数据获取方法的基础上,采用滑坡前后的高精度的低空摄影测量数据源和结合现场调查,对该滑坡进行精细测绘,实现“数字化滑坡”。研究结果表明:（1) 滑坡长217m,宽176m,滑坡平均厚度约20m（滑源区),滑距782m,后缘到前缘的落差122m,影响面积为105216m2;（2) 根据斜坡各部分滑动和堆积特征,将其细分为崩滑区、主滑区、滑塌区、流通堆积区、铲卷堆积区、挤压堆积区、二次堆积区、粉尘堆积区;（3) 以高精度DEM求得,滑动和堆积方量体积分别为31.72×104m3和49.96×104m3;（4) 滑坡整体松散系数为1.411,局部的干密度差别较大,其大小与滑坡发育特征和运动过程有密切关系。     

巫溪县西溪河北岸高位高危碎屑流滑坡特征与机理研究

巫溪县构造上位于南大巴山弧形褶皱带的核心部位,八面山弧形褶皱构造带的北缘,地理上位于三峡库区奉节—巫山段北部,区内以发育近平行的褶皱构造为主,岩层中构造节理裂隙发育。区内地形切割强烈、起伏大,表现为中高山峡谷地貌,年降雨量大,地质环境条件脆弱。研究区西溪河北岸多发育高位高危碎屑流型滑坡,具有隐蔽性强、危害性大等特点。论文在Lidar影像分析、野外详查、钻探等手段的基础上,详细分析了滑坡地质环境背景、滑坡的特点及运动堆积过程,认为风化层厚度大、高陡的地形地貌、特殊的构造条件、典型的斜坡结构是滑坡发育的主要因素,持续性的降雨是滑坡发育的直接诱发因素,斜坡上部二叠系炭质灰岩、灰岩的崩落是导致斜坡中下部原本就处于孔隙水饱和状态下的志留系粉砂岩碎屑失稳并转化为碎屑流的重要因素。针对这类高位高危碎屑流型滑坡,提出了高位崩滑—高速启动—碰撞解体—高速铲刮—抛射堆积的成灾模式,为三峡库区此类滑坡的防治提供技术依据。     

鸡尾山高速远程滑坡运动特征及数值模拟分析

本文在对鸡尾山高速远程滑坡的详细地质调查的基础上,分析了该滑坡地质环境背景特征、滑源区特征和堆积区特征。将滑坡后破坏运动主要分为失稳下滑、碰撞解体和滑行堆积3个阶段的运动特征,建立鸡尾山高速远程滑坡运动特征的地质模型。结合DAN-3D数值软件,选用FVF组合模型对该滑坡的运动特征进行了模拟,最后得到了滑坡堆积、铲刮区域和滑动距离等方面的特征。通过对比分析,鸡尾山滑坡模拟后的运动特征与所建立的地质模型基本符合,模拟的堆积形态与实际情况基本一致。由此可以说明,该分析方法可以为高速远程滑坡成灾范围进行早期评估及预测,为该类滑坡的研究提供一定的帮助。     

917灞桥灾难性黄土滑坡形成因素与运动模拟

持续性强降雨是诱发黄土滑坡的主要因素。 2011年9月份的持续强降雨达到50a来最大值, 在陕西省关中地区诱发了多处滑坡, 造成交通中断, 带来了严重灾难。尤其9月17日发生于白鹿塬的灞桥滑坡(917灞桥滑坡), 共造成32人伤亡的灾难性滑坡事件。为了揭示滑坡成因和运动过程, 通过对917灞桥滑坡灾害的调查和分析, 揭示了灾害的特点和诱发因素, 通过滑坡运动模拟还原了其运动过程和成灾范围。(1)9.17灞桥滑坡体相对高度大约90m, 宽170m, 滑动厚度约10m; 滑动方向为60, 滑动距离约150m, 总方量约15104m3; 滑坡共发生3次滑动, 滑动方量分别为9.5104m3、3.5104m3和2104m3, 平均堆积厚度12m左右; (2)917灞桥滑坡诱发因素主要是长历时的强降雨、开挖后的高陡边坡和特殊的黄土结构性。充足的前期降雨和当日的强降雨是滑坡发生的主要激发因素; 开挖后形成的高陡边坡发育一系列裂隙, 促使滑坡的发生; 裂隙的产生为降雨的优势渗流提供了通道, 加速了滑坡的发生。(3)利用LS_RAPID对917灞桥滑坡进行模拟, 根据模拟结果, 滑坡可以分为3个阶段, 起动加速滑动阶段(0～7.5s), 沿x方向速度从0迅速增加到4.9ms-1, 沿y方向速度从0迅速增加到8.4ms-1; 滑坡体在这一阶段共滑动了65m; 减速滑动极端, 速度开始降低(7.5～14s), x、y方向的平均速度分别降到1.5ms-1和2.5ms-1, 滑坡在这一阶段向前运动了50m; 堆积停止阶段(15～28.6s), 滑坡运动速度持续降低, 堆积厚度逐渐变薄, 滑坡体共向前滑动了175m, 滑坡最大堆积厚度为14m, 与野外调查结果基本一致。结果对认识和研究此类滑坡成因机理具有重要的借鉴意义, 也可为今后该地区防灾和减灾提供参考。     

基于三维非连续变形分析的巨石崩塌运动研究

巨石作为一种大体积、大质量的滚石,其崩塌失稳及高速、高能远程运动往往导致沿途建筑物和交通线路的毁灭性灾难。以西藏自治区G318国道K4580典型滑坡为工程背景,基于三维非连续变形分析（three-dimensional discontinuous deformation analysis,简称3D-DDA）方法研究巨石崩塌失稳及运动全过程的特征与现象。分别建立该边坡未滑坡、浅层滑坡后和深层滑坡后3种坡形的巨石崩塌3D-DDA数值模型。采用滚石运动横向偏移经验模型,验证3D-DDA巨石运动模拟的准确性。在此基础上,分析巨石崩塌失稳机制及破坏后沿3种不同坡形边坡的运动轨迹和动能演进等运动特征。结果表明,3D-DDA能够有效模拟巨石崩塌失稳、运动发展、剧烈冲击碰撞直至最终静止等整个动力学过程。巨石崩塌表现为滑动→倾倒?滑动→倾倒→翻转?下落的失稳模式转换;巨石运动表现为碰撞、弹跳、飞跃、滚动、滑动等多种运动形式以及横向偏移、侧向偏转等三维空间运动特征,经过道路并与高架桥发生碰撞,引发巨石灾害。不同坡面几何特征下的巨石运动偏移量、弹跳高度、运动至坡底碰撞时间、最终稳定时间等均随着未滑坡、浅层滑坡后、深层滑坡后3种坡形变化而减小。通过3D-DDA巨石崩塌运动分析,预测巨石运动全过程、影响范围、冲击能量、停积位置等,可为巨石防灾减灾对策或措施制定提供依据。     

舟曲江顶崖滑坡的早期判识及风险评估研究

如何提前判识滑坡变形并对其进行早期风险评估已成为地质灾害防治领域的研究热点。文章以舟曲白龙江流域江顶崖堆积层滑坡为反分析案例,进行了滑坡变形早期判识及风险评估综合研究,提出了小基线集雷达干涉（SBAS-InSAR）技术解译分析、地质-力学联合分析、动力过程数值模拟分析三者相结合的滑坡变形早期判识与风险评估全流程分析模式。基于SBAS-InSAR技术解译能够准确地判识江顶崖滑坡的分布范围及早期形变特征,江顶崖滑坡的变形破坏模式为牵引式,滑坡体长度约680 m,宽度约210 m。基于早期识别信息,地质-力学联合分析表明:江顶崖滑坡为典型的老堆积层滑坡,前缘局部变形,破坏模式为牵引式,滑坡体平均厚度约35 m,滑床整体坡度较缓,失稳后运移速度不大。选取符合江顶崖滑坡体滑移摩擦特征的库伦摩擦模型,基于深度积分连续介质方程,分析计算滑坡体的动力学过程,结果表明:滑坡体滑移速度不大,最大值约为2.2 m/s,运动方式表现为推挤白龙江河道,堵江可能性较小,并且江顶崖滑坡体前缘错动完成后,该滑坡体滑移速度从前缘到后缘快速降为0,表现为牵引式运动特征。本次分析结果与实际相符,吻合度较高,采取的综合分析方法及研究模式可用于舟曲白龙江沿岸类似滑坡的早期判识及风险评估。     

松散土坡结构特征与滑坡堰塞体堆积特征之间的关系试验研究

通过模型实验,探讨了松散土坡3种不同结构特征条件下(均匀坡体(坡体物料均匀混合)、平行坡体(土层成层且层面与滑面平行)和斜交坡体(土层成层且层面与滑面斜交))形成滑坡堰塞体的动力过程和堆积特征,通过分区域取样及三维扫描技术研究了堰塞体的物质分布规律与形态特征。研究结果表明:堰塞体堆积特征与坡体特征存在紧密联系,堰塞体纵向(沿主沟道方向)和横向(沿滑坡运动方向)上的物质分布与坡体纵向和横向的物质分布特征基本对应;在垂向(表层到底部)上,由于不同坡体条件下滑坡的动力过程和机理不同,从而导致堰塞体堆积特征存在一定区别。均匀坡体和平行坡体呈整体启动模式,运动过程中物料间存在垂向渗透和交换作用,导致堰塞体物质在垂向上呈明显的上粗下细反粒序分布特征,堰塞体横剖面多呈平坦型和倾斜型。斜交坡体呈分层启动模式,运动堆积过程中保持原有层序,粗、细颗粒先后启动条件下颗粒间存在推挤、爬升和水平渗透作用,使得堰塞体更加密实且垂向上也呈现反粒序分布特征,横剖面多呈起伏型。本研究为滑坡堰塞体稳定性快速评估和复原滑坡初始状态提供依据。     

深圳“12.20”渣土场远程流化滑坡动力过程分析

文章采用DAN3D数值方法对深圳人工堆填体滑坡运动过程进行了模拟研究,探讨了深圳“12.20”滑坡远程动力成灾过程。通过研究得到以下几点结论:（1）滑坡后破坏运动主要分为两个阶段:前一阶段为滑源区内运动,体现了高孔隙水压力下滑剪切;后一阶段为在流通区和堆积区内运动,体现了高饱和度滑体流动（涌动）剪切。（2）饱水渣土滑坡远程流化运动分析中,摩擦模型适合模拟孔隙水压力作用下的滑源区渣土体的失稳下滑运动过程;宾汉姆模型适合模拟非牛顿流体饱和渣土体的流化剪切过程;摩擦-宾汉姆组合模型更适用于该类型滑坡全过程的反演运动分析。（3）深圳滑坡后破坏运动速度变化主要经历了“启动-加速-持速-减速”的运动过程,高含水渣土的固-流转化致使滑坡远程运动,并造成巨大伤亡损失。（4）模拟结果显示:堆积区平均堆积厚度为11 m,堆积范围为0.4 km 2,最大运动速度为30 m/s,最大速度发生于距滑坡后缘620 m处,堆积范围、堆积厚度和运动速度同滑坡实际值基本一致。上述研究思路和方法对城市地质中渣土滑坡灾害的危险区划和渣土场科学选址评估具有一定借鉴意义。