基于离散元数值模拟的四川薛城南沟滑坡形成机制分析

根据南沟滑坡的地质背景及堆积体工程地质特征,结合离散元数值模拟技术,分析南沟滑坡的失稳类型及其成因机制。研究得出如下结论:(1)地震波在经过地形效应放大后,斜坡滑源区竖直峰值加速度PGA最大放大5.1倍,水平峰值加速度PGA最大放大3.97倍。(2)运用离散元数值模拟技术,验证了该斜坡体在地震力作用下的滑坡类型为拉裂—溃滑型。(3)在强震作用下,地震波在坡体内不连续结构面处会发生透射和反射现象,从而导致岩体沿层面发生震动溃裂破坏,形成潜在统一滑面,并伴随有坡体的松弛、甚至解体;在强震持续作用下,坡体沿滑面产生整体的溃滑,形成滑坡。     

强震作用下陡倾顺层岩质边坡动力响应与破坏模式研究

以陡倾顺层岩质边坡为研究对象,采用振动台模型试验与FLAC^3D数值模拟方法,对强震作用下陡倾顺层岩质边坡的动力响应规律和变形破坏模式进行了研究。研究结果表明：陡倾顺层岩质边坡在坡表及坡内竖直方向的加速度响应均表现出高程放大效应,而水平方向上的加速度响应则表现为趋表效应;输入波类型对边坡模型加速度响应有显著影响,正弦波作用下的加速度响应明显强于天然地震波;加速度放大系数随地震波振幅的增大,呈现先增大后减小的变化规律;地震波加载持续时间对陡倾顺层岩质边坡加速度响应的影响较小。对模型试验和数值模拟中边坡变形破坏特征的分析,得到陡倾顺层岩质边坡在强震作用下的破坏模式为：地震诱发-坡表岩层出露处岩块松弛张裂-坡肩岩层处拉裂张开-坡面中部出现剪切裂缝-裂缝逐渐贯通-发生多级高位滑坡。     

顺倾层状碎裂结构岩质边坡地震动力响应及破坏模式分析

顺倾层状边坡沿软弱带剪切方式破坏是滑坡的主要类型之一。采用块体砌筑斜坡振动台模型,在多维多参数地震动作用下,考虑斜坡不同工况下力学参数弱化的过程,研究了层状碎裂结构岩质边坡的地震动力响应和失稳破坏模式。结果表明：斜坡地震动特性和斜坡地质结构是决定斜坡地震动力稳定性以及破坏模式的决定因素;斜坡水平动力响应具有明显的高程和坡表放大效应,高程对斜坡的垂直动力响应影响较小,地震动放大效应与结构面力学强度、地震波波形、频谱特性等均有一定的关系,正弦波较天然波对坡体放大效应影响更为显著;坡体裂纹依托优势结构面在最弱部位起裂萌生扩展,并向节理面追踪形成蠕滑段和锁固段,节理面强度参数在外界地质营力作用下发生弱化,使潜在滑带出现由后缘向前端搭接贯通的前进式破坏模式和由前端向后缘的后退式破坏模式的分化,滑体也由高位剪出向溃散破坏演变。     

优势结构面控制的岩质边坡强震破坏机制研究

据统计,由地震所造成的损失中,地震所诱发的滑坡和崩塌造成的损失约占40%。对于地震作用下斜坡变形破坏的类型与机制,前人已有大量的研究和归纳,然而对此问题的数值模拟研究则少有涉及。四川省什邡市北部山区在512汶川地震中烈度达到11度,遥感解译出的地震诱发崩滑体地质灾害点达161处,其破坏机制主要有顺层-切层滑坡和滑移式崩塌2种形式。本文针对这一地区2种典型滑坡地质灾害,利用赤平投影图分析方法确定边坡的控稳优势结构面组合,在此基础上用离散元数值模拟软件对其失稳过程进行数值模拟计算,分析结果显示:第1种斜坡破坏类型表现为缓倾坡外层状结构斜坡在强震作用下,坡顶首先出现拉裂,斜坡中部的结构面发生剪切变形,随着斜坡上部拉裂面向中部不断延伸并贯通,滑体便从高位沿中部缓倾结构面快速剪出。这种斜坡的变形破坏力学机制为滑移-拉裂,其破坏方式为顺层-切层滑坡。第2种斜坡破坏类型表现为高陡块状结构斜坡在强震作用下,斜坡上部结构面首先被拉裂,发生松动,被切割的块体沿拉裂面底端缓倾坡内或水平的结构面向外产生剪切变形,并在持续地震力作用下不断向坡外运动,以翻滚、崩落的方式运动至坡脚。这种结构类型斜坡的变形破坏力学机制为拉裂-滑移,其破坏方式为滑移式崩塌。     

汶川地震崩滑灾害影响因素分析

为研究汶川地震崩滑灾害主要影响因素,在掌握汶川地震灾区公路沿线地震崩滑灾害资料基础上,选取典型段进行灾害统计分析,研究表明动力条件下斜坡失稳主要受斜坡岩体结构特征、地震动峰值加速度和斜坡动力响应特征三方面因素影响。地震动峰值加速度越高,地震崩滑灾害越发育。斜坡动力响应特征主要取决于地形地貌和地层岩性,陡坡硬岩段为地震崩滑灾害高发区。斜坡岩体结构是控制斜坡变形破坏的主要因素,从研究斜坡动力失稳角度,提出了斜坡岩体结构类型的划分,分为土层及强风化层——基岩二元结构、块状结构、层状及似层状结构、碎裂结构、土层等5个大类12个亚类。     

汶川地震黄洞子沟右岸大型滑坡地质构造特征及成因

"5·12"汶川地震发生于龙门山逆冲构造带映秀-北川断裂,此次地震沿约300 km地表破裂带触发了大型滑坡百余处,其中大光包滑坡、红石沟滑坡和老鹰岩滑坡发育于绵阳安州区黄洞子沟右岸不到5 km区段内,规模均超过千万方,且大光包滑坡是此次地震中最大滑坡,也是世界罕见的巨型滑坡。本研究通过大量现场照片、遥感影像和实地测绘,结合XRD、岩石薄片手段在此3个滑坡滑源区展开了详细的地质调查。结果表明:（1）先期深埋的中-缓倾构造层带为大光包滑坡提供了潜在侧滑面,与岩体结构面组合触发了大光包大型楔形体破坏;（2）红石沟滑坡发育于含多级角砾、糜棱质次级错动带的碎裂结构坡体,地震中这些倾坡外的次级错动带快速贯通形成滑坡底滑面;（3）老鹰岩滑坡主控于厚层陡倾构造带,地震中该带沿走向拉裂破坏,加之两侧陡倾结构面组合切割触发了老鹰岩大型楔形体破坏。研究进一步发现,红石沟斜坡紧临大水闸背斜轴部、老鹰岩和大光包斜坡位于其两翼,认为该背斜构造对研究区斜坡地震稳定性有较大影响。本研究仅揭示了3个典型地质构造滑坡类型,汶川地震百余处大型滑坡地质构造成因有待进一步研究。     

震裂-滑移式崩塌形成机制及变形规律研究

以四川省S303线卧龙至巴郎山段K70+340～K70+388处崩塌为研究对象,采用地质力学分析和UDEC离散元模拟相结合的方法,揭示了震裂-滑移式崩塌形成机制及其变形破坏规律。结果表明：该类型崩塌主要发生在有陡倾结构面的顺层岩质斜坡;地震波对斜坡岩体主要为拉剪破坏,并呈现出坡顶和坡面处拉应力大于坡体内部的规律;地震力对斜坡的影响表现出顶部较下部、坡面较坡内变形快、变形量大的特点;随地震波加速度的幅值的增大,斜坡动力响应也越强烈,崩塌体的位移也越大;震裂破坏过程可以归纳为6个阶段,即（1）地震作用下岩体的损伤和拉张裂缝的形成;（2）拉张裂缝的拓展和软弱滑移面的贯通;（3）崩塌体整体震散和局部岩块的滑移;（4）局部岩块失稳,产生岩体的坠落、弹射、抛射和滚落现象;（5）岩体整体产生坠落、弹射、抛射和滚落;（6）崩塌体趋于稳定。该问题的研究不仅可以为地质灾害的分析提供新方法,而且对震区防灾、减灾具有一定的指导意义。     

地震动力作用触发的斜坡崩滑高差效应研究

运用岩石动三轴剪切试验及有限差分数值试验技术,对地震动力作用触发的斜坡崩滑破坏时的坡体力学特征值空间变化规律进行了研究。研究表明:(1)地震动力作用触发的斜坡体崩滑破坏具有显著的"高差"效应,即斜坡体先期崩滑破坏大多起始于坡肩部位;(2)斜坡体临界破坏应变有随坡体微元埋深减小而减小的趋势,临界破坏应变小和坡肩地震峰值加速度的优势放大双重因素导致坡肩部位优先发生先期破坏;(3)斜坡体动态抗剪强度有随坡体微元埋深减小而减小的趋势,临界动态抗剪强度低和坡肩地震峰值加速度的优势放大双重因素导致坡肩部位优先发生先期破坏。     

雅砻江上游互层斜坡倾倒变形破坏机制与演化

以甲西倾倒体为典型实例,从赋存环境、发育特征、形成条件等基础层面上分析雅砻江上游互层斜坡倾倒变形破坏机制及演化过程。研究表明:区内大型倾倒体是斜坡岩体在叠加有残余构造应力的自重应力场中长期演化的产物,软硬相间的岩性组合、陡倾内的岸坡结构,加之垂直层面密集节理的切割是斜坡发生倾倒变形的控制性因素;斜坡倾倒是受节理面和层面控制的复合倾倒模式,即:硬岩发生块状-弯曲倾倒,而软岩发生弯曲倾倒;受河谷演化控制,斜坡变形破坏主要经历了4个演化阶段:卸荷回弹陡倾面拉裂阶段,初始变形阶段,板梁根部折断、剪切面贯通阶段以及破坏阶段,并最终转化为蠕滑-拉裂模式形成滑坡。该滑动面受倾向坡外破裂面控制,而并非沿最大弯折带发育。     

川藏铁路廊道泸定段地质灾害孕育过程及成灾机制

川藏铁路建设面临脆弱地质环境的约束,沿线重大地质灾害的孕灾过程及成灾机理研究能为有效防灾提供技术支撑.基于详细的现场调查,揭示川藏铁路廊道泸定段发育3处大型滑坡及4条泥石流沟.区内大型滑坡的孕灾因素主要有以下3点: (1)康滇古隆起多期强烈东西向挤压,致使近南北向长大结构面发育且与河谷岸坡大致平行; (2)河谷走向与最大主应力方向垂直,谷坡岩体强烈卸荷; (3)鲜水河断裂活动产生震动作用,在三面临空的突出地形、坡折微地貌处地震波放大效应叠加背坡效应,导致地震波被放大3至6倍,使得顺坡向陡缓结构面控制的高位岩体发生大规模失稳,从而导致大型滑坡发生.区内构造破碎,且受强震震裂作用影响,支沟沟谷物源丰富,沟域形态利于汇水及物源启动,受汛期7~9月集中降雨影响,易激发群发性泥石流.泥石流活动影响施工营地安全,边坡地震动放大效应影响桥位区仰坡岩体稳定性.      

Analysis on mechanism of landslides under ground shaking: a typical landslide in the Wenchuan earthquake

A high steep rock hill with two-side slopes near National Road 213 is used as a prototype in this paper. The full process from initial deformation to sliding of the slope during ground shaking is simulated by a new discrete element method—continuum-based discrete element method. Then, the seismic responses of a high steep rock hill with two-side slopes are researched from the base of time, frequency and joint time–frequency domain using Hilbert–Huang transform and Fourier Transform. The findings are: first, the stress concentration phenomenon occurs at the top of the sliding mass, and then some tension and shear failure points appear, which expand from the top toward the toe of the sliding mass along the structural plane. At the same time, the number of tension failure points gradually increases. Then the toe of the sliding mass fails, and shears out from its toe which results in the landslide. If the material parameters are under the same conditions, the landslide in the middle of the slope occurs before that at the foot of slope, and the starting time of landslide and the arrival time of the peak ground acceleration are synchronous or the former slightly lags behind the latter. The difference of distribution and dissipation of earthquake energy in the sliding body and sliding bed is the major influence factor to induce the landslide. When the accelerations are small, the instantaneous frequency of accelerations between sliding bed and sliding body is generally consistent, the energy transmittance coefficients of the sliding structural plane and the controlled frequency band of the energy all range in a limitation; with the increase of the seismic intensity, the instantaneous frequency and the energy transmittance coefficients gradually decrease, and then they are steady within the lower limitation. At the same time, the controlled frequency band also shifts gradually from high frequency band to the lower one. Based on the input seismic wave, the peak acceleration amplifies as the increase of elevation, regardless of the monitoring points on the steep slope, gentle slope side or inside of the slope. Generally speaking, amplification of the vertical peak acceleration is stronger than that of the horizontal peak acceleration, and amplification of the peak acceleration on a steep slope is stronger than that on a gentle slope, and that of inside of the slope is the weakest amplification.     

汶川地震触发崩滑地质灾害空间分布及影响因素

通过遥感解译和实地考察,获取了2008年汶川地震触发崩滑的空间分布,利用GIS空间分析和Lo-gistic回归,分析崩滑的空间分布特征及其影响因素,建立了地震触发崩滑与其影响因素之间的回归方程。结果表明,(1)研究区共有5 154个崩滑群,覆盖总面积1 139 km2;(2)崩滑沿北川—映秀发震断层的两侧(断层上盘区占90%),呈北东向宽度不一的条带状分布;(3)Ⅺ和Ⅹ烈度区崩滑面积占区域面积的73.2%,Ⅷ度及以下烈度区崩滑面积比例较小;(4)崩滑发育及空间分布不仅受控于发震断层的活动,断层上下盘效应、地形放大效应等也是其重要影响因素。崩滑与其影响因子的回归方程表明:(1)到北川—映秀发震断层距离因子和到震中距离因子的偏回归系数远大于其他因子的偏回归系数,北川—映秀断层发震活动是控制崩滑空间分布的主导因子;(2)岩性软硬程度对崩滑空间分布的影响不显著;(3)地形坡度、高程、坡度变率、多年累积降雨、人工修路及植被覆盖对崩滑的发育产生影响。地形高程因子对崩滑空间分布的影响大于坡度、坡度变率因子的影响。人工道路、多年降雨及植被覆盖对地震崩滑的影响程度依次降低。     

考虑场地效应的高陡岩质斜坡地震失稳机制

以金沙江乌东德水电站右岸的鸡冠山梁子高陡斜坡为典型实例,在斜坡表层地震动监测基础上,通过在斜坡弹性模型底部分别输入水平、竖向Ricker子波,发现：斜坡顶部低模量岩体材料在水平Rick子波激励下,易产生放大效应;而当输入竖向Rick子波时,易在模型表层地形凸起部位产生共振放大,其顶面表层卓越频率也与现场实测值基本一致。其次,对比分析了在分别输入汶川八角什邡加速度记录、典型鲁甸地震加速度记录时的斜坡弹塑性模型的稳定性和动力响应特征,发现：（1）斜坡在静力条件下可能存在3种不同位置潜在滑面,但输入两种地震波后,变形破坏区仅发生在顶部滑面位置;（2）输入汶川地震波时,斜坡顶部滑面剪应变增量明显大于输入鲁甸地震波时对应值,且前者的滑面出现明显整体拉破坏区,滑面上部水平、竖向残余变形也不收敛,处于震后斜坡失稳状态。后者滑面底部无明显的拉破坏区,滑面上部残余变形收敛,处于震后斜坡稳定状态;（3）斜坡水平、竖向加速度都在斜坡顶部低模量材料表层出现明显的放大现象,场地效应明显。此外,表层加速度普遍大于斜坡内部相应值,尤其是地形凸起位置。输入汶川地震波时斜坡顶部水平向加速度放大系数大于鲁甸地震波相应值,但竖向加速度放大系数两者基本一致。     

堆积层滑坡地震动力响应的物理模型试验

以玉树7.1级地震诱发的玉树机场路堆积层滑坡为对象,该滑坡坡度约为10o,长×宽×厚为317 m×482 m×19.8 m,由以碎石土为主的上覆层、卵石土为主的滑动带及基岩3层组成,开展大型振动台模型试验,探究震后边坡再次承受振动荷载的能力以及地震垂直分量对坡体稳定性的贡献,分析其动力响应特征和失稳破坏机制。结果表明,强震作用下堆积层滑坡的永久变形是造成地震地质灾害的重要因素;随着输入地震荷载增大,坡脚率先破碎沉降,坡体中部产生弧形裂隙并产生沉降,坡顶出现贯穿张裂隙和剪切裂隙并向坡腰推进,表现出典型的牵引性滑坡特征;峰值加速度(PGA)、动土压力以及加速度频谱与输入地震波的强度、滑坡高程呈正相关;PGA放大系数呈现出明显的非线性特征,其变化趋势随地震荷载强度增大而减小,地震波垂直分量对滑坡PGA放大系数影响略大于水平分量。     

基于Newmark模型的概率地震滑坡危险性模型参数优化与应用: 以鲁甸地震区为例

应用概率地震危险性评价模型进行地震滑坡危险性区划,是解决潜在地震诱发滑坡危险性评价中震源不确定性与诱发滑坡时空不确定性的有效方法.通过理论分析,结合鲁甸地震区的实际情况,对基于力学原理的Newmark滑块位移模型与概率地震滑坡危险性分析方法中的参数的不确定性问题进行了分析,将斜坡岩土体地震作用下的强度衰减效应、地震加速度地形放大效应、断层破碎带效应融合到了斜坡累积位移计算模型中,进行了模型计算参数的优化.改进后的分析模型,更好地反映了高陡斜坡地形与断层破碎带对地震滑坡灾害发育的控制作用,在鲁甸地震区域滑坡应用中,优化模型中的滑坡失稳极高风险区与实际地震滑坡分布表现出了较好的一致性,在超越概率2%的滑坡失稳概率分布中,鲁甸地区包谷垴—小河断裂、鲁甸—昭通断裂带及牛栏江河谷地带地震滑坡高—极高风险区分布面积增幅十分显著.因此,在Newmark滑块位移模型中考虑地震动参数与岩土参数动态响应规律与变量间的定量关系,对于提高区域斜坡稳定性分析的可靠性具有重要意义.      

汶川地震诱发罐滩滑坡形成机制初步分析

安县罐滩滑坡由汶川地震诱发形成,发育于存在软弱基座的反倾斜坡中,体积达468×104m3。罐滩滑坡由"5.12"汶川地震及当晚暴雨诱发形成,发生时间滞后地震8 h,是典型的地震后效型滑坡。滑坡位于龙门山前山断裂带上盘,自然斜坡走向与断裂带近平行,水平距离约400 m,前山断裂带的分支断裂从坡体下部通过,并形成底部泥岩和上部白云岩的分界线。调查和分析表明,下软上硬的坡体结构是滑坡产生的基础,强烈的地质构造活动背景是其产生的重要条件,强烈的地面震动和高强度暴雨是导致产生滑坡的根本因素。滑坡的形成机制和发展过程可以分为以下3个阶段:自然斜坡的压缩-倾倒变形、震后滑面贯通阶段、滑坡整体破坏阶段。滑坡体形成沿河长400 m,纵向长880 m,平面面积1.82×105m2的滑坡堆积体,堵塞雎水河形成罐滩堰塞湖。     

岩性及岩体结构对斜坡地震加速度响应的影响

斜坡岩体的岩性及岩体结构是斜坡在地震作用下产生变形破坏的主要控制因素。基于振动台模型试验,对4个斜坡模型探讨了这2个因素对斜坡地震动力响应的影响。岩性包括强度相对较高的硬岩和强度相对较低的软岩,对这两种岩性的斜坡又分别考虑了不含结构面的均质斜坡和含水平层状结构面的斜坡。基于传感器采集到的大量数据,以主频相近的天然地震波和10 Hz正弦波加载为分析工况,获得了以下几点认识：（1）4个模型斜坡坡面和坡内的水平向加速度均具有高程放大效应,尤其是软岩斜坡坡顶放大效应最显著;（2）软岩斜坡对水平向加速度的高程放大效应强于硬岩斜坡,尤其是在均质斜坡中表现最显著,均质软岩斜坡的高程放大效应呈现出明显的非线性特征;（3）当加载方向与水平层面平行时,含水平层状结构面的斜坡比均质斜坡产生了更强的高程放大效应,且在软岩斜坡中体现最显著;（4）岩性差异对斜坡水平向加速度高程效应的影响比结构差异的影响更为显著。研究结果为岩质斜坡的抗震设计提供了一定参考。     

地震作用下顺层岩质边坡动力响应和破坏模式大型振动台试验研究

5•12汶川大地震触发了大量的顺层岩质滑坡,对其进行研究很有必要。根据动力模型试验的相似关系,设计制作了1个坡角大于岩层倾角的尺寸(高×长×宽)为1.6 m×1.75 m×0.8 m的顺层模型边坡,并完成了大型振动台试验。试验结果表明,在坡体表面和内部竖直方向上,加速度放大系数随着坡体高程增加而增大,并且随着高程增加,加速度放大系数增大的速度加快;在坡体内同一高程上,坡面处的加速度放大系数大于一定水平深度坡体内部的加速度放大系数,表现出趋表效应;地震波输入频率对坡体动力响应有明显影响,随着频率的增加,越接近坡体的自振频率,加速度放大效应越显著;加速度放大系数随着输入波振幅的增加,总体上表现为递减趋势;通过和均质边坡振动台试验加速度监测数据对比,发现坡体结构对坡体加速度放大系数也有一定的影响,结构面对地震波的反射和折射作用加大了坡体加速度的放大效应。,对试验过程中坡体破坏特征的描述和分析发现,边坡的破坏模式为地震诱发－坡肩拉裂张开－坡面中部出现裂缝－裂缝贯通－发生高位滑坡－转化为碎屑流－堆积坡脚。研究成果对地震灾区滑坡形成机制的认识和减灾防灾有一定的价值。     

重庆市鸡冠石污水处理厂滑坡成因分析及治理对策

基于鸡冠石污水厂的地理位置及地质环境条件,从由地形条件、现场钻探、探槽和现场位移确定的观测滑坡边界、滑体物质结构特征中的粉质粘土和碎石土、滑坡特征、滑坡变形破坏迹象、由工程地条件、受有效应力原理决定的水的活动及人类工程活动等方面,深入分析了该滑坡的形成条件、主控因素及原抗滑桩失效原因等,分析结果表明,大量的松散堆积物和岩层的顺向坡、不当的人工开挖卸载、地下水及降水渗入和生活废水无序排放是诱发滑坡的控制因素。提出治理措施应因地制宜,对已有的抗滑桩地段,宜采用桩板体系进行支挡,并控制好爆破程度及施工进度,做好截水沟等排水措施和加强滑坡变形观测。