拉裂-滑移式黄土崩塌的形成机制及其稳定性研究

拉裂-滑移式黄土崩塌是黄土地区高速公路建设过程中常见的一种崩塌灾害。根据土体极限平衡方程,得到黄土斜坡后缘最大竖直拉张裂隙深度。引进水致弱化函数,分别建立了竖直裂隙面介质及潜在滑移面介质的本构方程。根据崩塌体能量守恒原理及尖点突变理论,建立了拉裂-滑移式黄土崩塌隐患的尖点突变模型。根据该模型,探讨了拉裂-滑移式黄土崩塌的形成机制。认为黄土斜坡开挖后,后缘形成拉张裂隙,在裂隙充水的作用下,竖直拉张裂隙的剪切模量增大,潜在滑移面的剪切模量减小,当黄土含水饱和度达到一定程度时候,系统发生突变,滑裂面形成,土体重心不断向临空面移动。其重心一旦滑出陡坡,就会产生崩塌。根据极限平衡方程,结合摩尔-库仑定律,建立了拉裂-滑移式黄土崩塌隐患体的稳定性计算公式。研究结果对黄土崩塌治理的设计与施工具有重要参考价值。     

黄土崩塌破坏模式及离散元数值模拟分析

黄土崩塌是黄土高原区最常见、致灾最为严重的一种地质灾害.首先,从黄土地形地貌、黄土类型及结构、黄土垂直节理、坡脚侵蚀、降雨、人类工程活动等方面分析了黄土崩塌的成因,认为黄土中的垂直节理和坡脚侵蚀作用是造成黄土崩塌的主要原因;其次,通过野外黄土崩塌变形破坏特征及地质现象分析,将黄土崩塌归纳为拉裂-坠落式、拉裂-倾倒式、拉...     

斜坡地质结构与地质灾害发育类型研究——以店子街幅灾害为例

岩土体是组成斜坡地质结构的基本单元,斜坡地质结构类型与地质灾害的发育类型密切相关。店子街幅图幅调查范围内主要发育软弱-较坚硬层状泥岩、砂岩岩组,风积黄土单层土体,粉土、砂砾卵石双层土体,粉土、碎石和基岩碎屑多层土体等4类岩土体,这些不同的岩土体组成了6种不同的斜坡地质结构,进而演变形成了不同类型、不同规模的斜坡地质灾害。黄土斜坡结构和黄土—冲洪积层斜坡结构多演变发生小型滑坡灾害、黄土—泥岩斜坡结构多演变发生中—大型黄土泥岩滑坡灾害、泥岩与泥质砂岩互层斜坡结构多演变发生崩塌灾害、泥岩风化堆积层斜坡结构和滑坡堆积层斜坡结构多演变发生小-中型滑坡灾害。研究不同斜坡地质结构与地质灾害发育类型的发育关系,有助于进一步开展区域崩塌、滑坡形成机理研究,研究成果有助于洮河下游地质灾害防治工作的展开,并为地方政府科学制定地质灾害防灾减灾规划提供了技术支持。     

泾河下游黄土台塬区滑崩灾害空间分异研究

近年来,泾河下游黄土台塬区滑坡、崩塌灾害频繁发生,严重威胁当地居民的人身安全和正常的生产生活秩序。通过现场调查发现,这些黄土地质灾害在空间上表现出"东滑西崩"的分布特征,与区内二级地貌单元具有极高的空间相关。已有研究表明,农业灌溉造成塬区东段斜坡带水文地质条件变化是诱发黄土滑坡的主要原因,但同为灌溉区的塬区西段却未能形成相同类型的地质灾害。为此,以东、西段地貌单元差异为线索,利用Modlfow水文地质数值模拟软件,分析2种地貌单元在灌溉条件下的水文地质响应。在此基础上,探讨了二级地貌单元差异对斜坡孕灾环境的影响,并利用CSD和RTC应力路径试验模拟了农业灌溉和工程挖方工况下斜坡土体的力学行为,探讨了斜坡的2种破坏模式及"东滑西崩"空间分布的成因。结果表明,研究区东段塬面完整,在长期农业灌溉条件下,斜坡带水位涨幅显著、水力坡度大、潜蚀作用强,斜坡土体中超孔隙水压力的不断增大,将导致土体在不完全排水条件下发生剪切破坏,甚至静态液化,从而诱发黄土滑坡灾害;研究区西段塬面破碎、冲沟发育、有效灌溉面积小,斜坡带径流排泄边界广、蒸发作用强、地下水位涨幅小,受工程挖方影响,干燥的斜坡土体在围向压力不断降低的条件下,将导致脆性破坏的发育和贯通,使得斜坡在节理裂隙面控制下发生突然垮塌,形成黄土崩塌灾害。     

倾倒型黄土崩塌稳定性判据及其影响范围研究

倾倒型黄土崩塌是黄土地区常见的一种灾害。根据倾倒型黄土崩塌的形成特征,分别由静力平衡条件的临界状态与塑性流动临界状态得到倾倒型崩塌垂直裂隙长度的上、下限解;根据摩尔库仑准则,得到崩塌体底面产状。由以上结果确定倾倒型崩塌体的几何特征;再根据力的平衡、力矩平衡条件,建立倾倒型黄土崩塌的稳定性判据,实现对倾倒型黄土崩塌的稳定性评价。根据发生倾倒变形的条件,建立了倾倒型崩塌体的运动学方程。通过求解,可再现倾倒型黄土崩塌发生后的运动轨迹,确定崩塌体的致灾范围。研究结果揭示了倾倒型崩塌体的形成机制,为确定倾倒式黄土崩塌治理方法及确定建设项目的安全距离的确定提供理论依据。     

贵州上洋水河流域拉裂倾倒型崩塌机理研究

贵州上洋水河流域采矿工作引发了形式多样、成因复杂的崩塌地质灾害。以拉裂倾倒式崩塌失稳模式为例,在分析斜坡结构特征的基础上,运用岩体力学理论对崩塌形成岩体的受力演化过程以及中间出现的压缩、挤胀等现象进行了深入研究,并采用离散元数值模拟再现了崩塌形成的变形破坏过程。研究结果表明:磷矿开采产生采空区引起斜坡的应力应变调整,使得岩体产生变形,出现挤胀扩容现象导致岩体失稳倾倒,继而引发崩塌。岩体受力变形过程分为应力调整结构面张拉贯通-岩体变形受压-坡脚岩体挤胀扩容-岩体失稳破坏等4个阶段。在这整个过程中,应力应变的调整和岩体的变形形态以及裂隙的张拉形成相互作用,共同影响着崩塌的进行。     

神木县斜坡体结构类型与地质灾害的关系

岩土体是斜坡体的重要物质组成,与地质灾害的形成关系密切。神木县境内的岩土体主要有砂质泥岩夹砂岩碎屑岩、砂泥岩互层碎屑岩、泥岩组、多层土体、风成黄土单层土体、风成中细沙单层土体这6种,这些岩组构成了5种不同的斜坡体结构类型,进而引发不同的地质灾害,土岩双层结构、岩体单层及土体单层结构多发生崩塌灾害,土粘土岩双层结构多发生滑坡灾害,土岩多层结构多发生地面塌陷;根据不同的岩土体结构类型引发的地质灾害特点,研究其与地质灾害的关联性,并进一步研究陕北地区崩塌、滑坡、地面塌陷的形成机理,最后提出相应的治理措施,这对陕西省乃至全国正在实施的地质灾害详细调查项目有一定的指导意义。     

长白山天池地区斜坡稳定性分析

长白山天池地区崩塌灾害频频发生。为分析长白山天池地区斜坡稳定性,选取龙门峰作为典型斜坡,采用有限元法对其进行应力、位移模拟分析,绘制最大、最小主应力等值线图。分析结果表明,长白山天池地区高陡斜坡整体稳定性较好,不会发生大规模崩塌。斜坡上缘表层岩体的稳定性较差,极易导致小型崩塌和危石坠落发生。并确定龙门峰两侧南北向陡崖、瀑布附近东西向陡崖及黑风口以南南北向陡崖分布区为崩塌灾害严重区。     

地震边坡失稳机理及稳定性分析

通过对汶川地震边坡调研,发现大量边坡破坏形式为坡顶拉裂、下部坡体剪切破坏。本文利用有限差分程序,从边坡土体的应力状态出发,通过监测边坡土体的状态、位移和剪应变增量变化等,分析了岩土体在静力、横向地震和耦合地震作用下的破坏过程,发现坡顶附近发生张破坏,以下部位发生剪切破坏,而非传统的地质工程观点——地震边坡破坏主要是地震惯性力造成的剪切破坏。并提出一种新方法——关键点相对位移法,来判断边坡的动力稳定性,数值模拟结果与已有研究成果及震后灾害调查结果具有良好的一致性。     

反倾岩质边坡的时效变形破坏研究

为研究反倾岩质边坡的变形破坏规律性与形成机制,以黄河上游茨哈峡水电站库区反倾岩质边坡变形破坏为例,基于系统的工程地质方法并结合离散元模拟边坡的变形演化进程,对其倾倒变形的时效性进行了分析并研究了其形成演化机制。结果表明:1该倾倒边坡的时效变形规律表现为倾倒变形在不同方向上具有差异性,其时空演化特征表现为斜坡顶部的拉裂和中部的弯曲变形,目前倾倒体内未形成贯通性失稳界面,倾倒拉裂和弯曲变形同时存在,表现为倾倒机制的长期性、积累性和阶段性;2该类斜坡的变形破坏是岩层在自重应力作用下做悬臂梁弯曲,岩层发生弯曲变形,导致坡体后缘开裂、根部折断、前缘剪切蠕变,当坡体折断带内的剪应力超过其抗剪强度时,坡体逐渐错动下滑形成倾倒塌滑体;3该倾倒变形体的破坏模式为弯曲—拉裂变形、弯曲—折断破裂、蠕滑—拉裂变形、表层滑塌和深部滑坡形成。     

河流作用诱发黄土滑坡机理

在对泾阳南塬实地调查中发现,位于泾河与塬边交切处,发育有数量较多的黄土滑坡,分析认为河流作用是该类滑坡发生的主要诱发因素。通过实地调查,对饱和Q₂黄土进行减围压三轴剪切试验以及数值模拟,研究河流作用诱发黄土滑坡的形成机理。研究表明:土体抗剪强度与应力路径有关,减围压三轴剪切状态下,土体抗剪强度指标小于常规三轴剪切状态下的抗剪强度指标,土体更容易发生剪切破坏;斜坡坡脚处存在关键块体,对斜坡整体稳定性起着控制作用。河流作用诱发黄土滑坡就是因为河流的持续侧蚀,造成坡脚关键块体逐步滑塌,最终导致斜坡失稳滑动。      

延安市阳崖黄土边坡开挖破坏离心模拟试验研究

人工开挖是黄土地区滑坡形成的主要诱发因素之一,开挖导致斜坡一定范围内产生卸荷回弹和应力重分布,斜坡应力重新平衡的过程伴随着斜坡形变,甚至破坏。延安市宝塔区枣园镇阳崖滑坡为典型开挖诱发的黄土边坡,本文选取阳崖滑坡为地质原型,采用TLJ-500大型土工离心机对边坡坡脚开挖状态下变形破坏过程进行模拟试验,通过对模型控制点监测数据分析,研究边坡坡脚开挖前后坡体形变位移特征、坡体内部土压力响应特征以及边坡变形破坏机理。结果表明:坡脚开挖后临空面附近产生局部垮塌,其坡体位移、潜在滑移面以及拉张裂缝均由坡体前缘往后部渐进性变化发展。开挖后坡体内部产生明显的应力松弛,且越靠近开挖面卸荷效应越明显,开挖主要影响坡体的中前部分,对坡体后部影响较小甚至无影响,分析得知坡体变形破坏机理为典型的渐进后退式。     

辽西黄土陡坡的冲刷破坏机制

以70°辽西黄土陡坡为例,在降雨强度为2.7 mm/min条件下对边坡坡面冲刷破坏特征进行了室内物理试验模拟。试验发现：随着降雨的持续坡面水流能量不断增加,致使侵蚀强度增强;边坡的侵蚀方式从试验初期的片蚀,到中期的细沟侵蚀,最后演化为坡顶部的切沟侵蚀和坍塌。基于试验成果,采用SEEP/W程序对降雨条件下边坡降雨入渗规律进行数值模拟,发现在降雨过程中坡顶部所产生的水头压力最大,随高度降低呈减小趋势;运用PFC2D颗粒流软件从微观角度对坡体土颗粒运动情况进行模拟,结果发现位于坡顶的颗粒最先被径流冲刷带走,且下落速度很快。经对比表明：数值模拟结果和物理模拟试验现象基本一致,可为进一步研究黄土边坡冲刷破坏规律提供参考。     

靖远地区大厚度黄土地基浸水湿陷过程及土中竖向应力特征试验研究

为了研究靖远大厚度黄土在浸水条件下的水分入渗规律和自重湿陷变形特征,在中兰铁路沿线的靖远北站黄土自重湿陷场地进行了不打注水孔的现场浸水试验,监测并分析了地表及地下湿陷变形、试坑周围裂缝、含水率和土中竖向应力变化情况,对水分扩散规律、自重湿陷特性和土中竖向应力变化规律进行了研究,并对地区修正系数β0值和浸润角进行了探讨。结果表明：体积含水率变化分为浸水稳定（2个）、快速增加（1个）和缓慢增加（1个）共4个阶段;浸水过程中,水分在21m处竖向入渗加快、径向扩散减缓,湿润峰最终形态呈现为椭圆状。根据探井和钻孔含水率测试结果,推算出浸润角最大为41°。该场地黄土自重湿陷过程历经剧烈湿陷、缓慢湿陷和固结稳定3个阶段。试验结束时共计发展了13圈环状裂缝,裂缝最远处距试坑边缘26m。根据室内试验和现场测试结果,建议地区修正系数沿土层深度进行修正,0～10m内β0值取1.05,10～27 m内β0值取0.95。在地表至21 m深度范围内,地基土浸水饱和且湿陷充分,土中竖向应力沿深度呈线性增加,土中竖向应力接近饱和自重应力,21m以下的地基土未能充分湿陷,土中竖向应力逐渐减小。该研究成果可应用于中兰铁路...     

黄土陡坡降雨冲刷试验及其三维颗粒流流-固耦合模拟

针对坡角为70°的黄土边坡,进行2.7 mm/min降雨强度下的室内坡面冲刷试验。根据边坡冲刷破坏的过程特征,将边坡侵蚀方式演变过程归纳为试验初期的片蚀、中期的细沟侵蚀、到后期的切沟侵蚀和坍塌。试验中坡顶处侵蚀强度大于其他部位,当坡面形成上下贯通的切沟之后,水流开始掏蚀沟槽底部土体,随着冲刷的持续,切沟两侧土体强度降低,坡顶土体发生坍塌。以此为基础利用三维颗粒流软件PFC3D对边坡降雨冲刷过程进行流-固耦合模拟,在模拟颗粒大变形的同时得到颗粒运动轨迹、孔隙率、流体单元内流速等重要参数,这些参数的定量变化过程反映了降雨过程中边坡遭受侵蚀程度及水流侵蚀能力的分布规律:坡顶处侵蚀最为强烈、水流侵蚀能力最强,且两者随高度降低呈减小趋势,与室内试验结果一致。     

现场试坑浸水试验在湿陷性黄土地区地铁工程中的应用

大厚度湿陷性黄土地基处理是黄土地区地铁建设中所面临的主要技术难题,采用传统的室内试验评价湿陷性的方法具有一定的局限性。本文采用数值模拟方法分析了地铁工程基底湿陷性黄土应力特征,在此基础上,通过现场试坑浸水试验,准确判定了黄土场地湿陷类型及自重湿陷下限深度,研究了大厚度湿陷性黄土场地浸水过程中的自重湿陷变形特征、水分场的时空运移、土压力(竖向及侧向)、侧向位移的变化规律,查明了浸水影响范围及地面裂缝影响范围,确定了自重湿陷的地区土质修正系数β0,为湿陷性黄土地区地铁工程的地基处理提供依据。     

宝鸡市黄土工程边坡抗滑挡墙防治失效问题研究

论文基于对陕西省宝鸡市黄土工程边坡防护工程的系统调查测绘,针对普遍存在的抗滑挡墙防治失效问题进行了研究,提出了抗滑挡墙3种失效模式:黄土泥流越顶、墙体剪切破坏和挡墙“坐船随行”。以岭南滑坡抗滑挡墙防治失效为例,开展了黄土土力学测试,运用极限平衡法对滑坡推力进行了复核,分析了不同失效模式对应的成因机制。研究表明:（1）黄土工程边坡失稳多受工程切坡和降雨的双重影响。（2）坡面排水系统不完善、表层土体松散、降雨及坡体局部存在积水洼地是导致黄土泥流发生的主要影响因素;挡墙有效埋深不足是发生“坐船随行”的主因。（3）最后对解决黄土工程边坡抗滑挡墙失效问题进行了对策探讨。     

降雨诱发直线型黄土填方边坡失稳模型试验

近年来,随着“治沟造地”和“固沟保塬”等工程在黄土高原的陆续开展,出现了许多直线型黄土填方边坡。降雨是诱发边坡失稳的重要因素,但对降雨诱发直线型黄土填方边坡变形演化特征和破坏模式的研究较少。以直线型黄土填方边坡为研究对象,通过传感器监测、三维激光扫描和人工降雨,开展室内降雨模型试验,记录了降雨入渗下边坡内部水文响应特征和边坡失稳破坏过程,并对湿润锋、土颗粒运移、坡体内部变形响应、裂缝演化特征及破坏模式进行了分析。试验结果表明:随着降雨入渗,湿润锋达到后,体积含水率增加,并在峰值后保持稳定,而基质吸力则减小,到达最低点后保持稳定。冲沟对填方边坡的影响较大,它的发育改变了坡体内含水率特征,同时也是控制边坡整体滑动的边界;边坡变形响应区域主要是以填方边坡前缘堆积区和后缘滑塌区为主;裂缝演化方向由边坡前缘向后缘发展,它的发育为雨水入渗提供优势通道,同时也加剧边坡的变形破坏;降雨形成的水动力驱使坡体中细颗粒从填方边坡后缘向前缘流失,减弱了土体颗粒之间的胶结能力,使其抗剪强度降低,进而使边坡失稳破坏。因此,在降雨入渗下,直线型黄土填方边坡的变形破坏模式为:坡顶冲沟破坏、坡脚软化→局部牵引坍塌、整体失稳→块体分割、流滑破坏。研究结果可为直线型黄土填方边坡的工程建设和滑坡灾害防治提供理论参考。