汶川地震引发高速远程滑坡运动机理数值模拟研究——以谢家店子滑坡为例

针对汶川地震引发的谢家店子滑坡,在现场调查分析的基础上,建立了二维离散元数值模拟模型,采用2D-Block软件对其进行了全过程的数值模拟研究,并通过对跟踪块体的深入分析,研究了相应地质体在不同阶段下的运动特征.模拟结果表明,谢家店子滑坡经历了剧动启程抛掷阶段、快速撞击飞行阶段、铲刮减速碎屑流阶段及堆积掩埋阶段.为了揭示地震引发高速滑坡的发生规律,分别研究了地震震级、斜坡地形和斜坡上岩块的尺寸对高速滑坡启动和运动过程的影响规律.地震震级对边坡的启动、变形、破坏和运动有很大的影响,地震震级越大,滑体启动的加速度和速度也就越大,从而易形成高速远程滑坡.斜坡体本身的地形地貌对滑体运动也有较大影响.在震级和岩石力学参数一定的条件下,斜坡上岩块的大小对其启动、变形和运动过程有一定影响,随着岩块的增大,滑体运动的每个阶段历时都在减小,但当岩体十分破碎时,滑体虽然能够运动,但是很难发生抛掷.将地震滑坡的启动机理概括为积累变形效应、振荡启程效应和振荡加速效应.     

基于RAMMS数值模拟的短时强降雨型泥石流危险性评价

浙江省由短时强降雨诱发的泥石流灾害频发,严重威胁当地居民的生命财产安全,因此对此类泥石流进行危险性评价对浙江省“灾害智治”工作具有十分重要的理论与实际应用价值。为研究浙江短时强降雨诱发小型泥石流的危险性,选取武山坑泥石流为对象,通过现场调查、三维倾斜摄影与数值模拟等手段,查明了武山坑泥石流的地质环境与发育特征,揭示了由短时强降雨诱发的泥石流灾害链生过程特征,选用RAMMS软件对不同降雨频率下泥石流运动特征进行了模拟,获取了泥石流深度、流速、堆积范围等特征参数,并基于特征参数进行了泥石流危险性评价。研究结果表明：陡坡处松散岩土体在短时强降雨作用下发生浅层滑坡,随后在坡面与沟道地形控制下向沟口运移,运动过程中通过侵蚀作用扩大泥石流规模,最终在宽缓堆积区沉积。随着研究区降雨强度增大至50 a一遇及100 a一遇,泥石流冲出规模扩大,但受限于堆积区宽缓的地形条件,未能于沟口形成有效冲出;但堆积扇上游居民区泥石流深度、流速等强度指标显著增大,堆积区内高强度区域面积大小由7 276 m²增大至12 660 m²。结合泥石流活跃性分析结果,采取形成区雨量监...     

兴仁“6·10”彭家洞高速滑坡运动特征与形成机理

2021年6月10日20时30分左右, 贵州省兴仁彭家洞发生高速滑坡, 滑坡体高速运动沿途铲刮坡面崩塌堆积体, 造成3人遇难, 18栋房屋损毁。通过对滑坡发生前后影像资料遥感解译、灾害发生现场详细的地质调查及室内综合分析等技术手段, 对彭家洞滑坡的特征进行了详细描述, 阐明了滑坡发生的运动特征与形成机理。研究表明: 斜坡地形"上陡-中缓-下陡"与岩土结构"上硬下软"是滑坡形成的内在因素, 人类工程活动、强降雨的饱水加载和下渗软化作用是滑坡形成的外在因素; 滑坡平面形态呈折线形, 根据运动特征和堆积结构将滑坡分为滑源区(Ⅰ)、铲刮-流通区(Ⅱ)、铲刮堆积区(Ⅲ)3个区; 滑坡是由危岩带形成、滑坡孕育及斜坡失稳3个阶段孕育形成的挤压-推移式高速滑坡。研究结果对贵州类似的斜坡地带及岩土结构区域开展防灾减灾工作具有较强的指导作用。      

基于地震信号反演滑坡动力学机制

以2003年千将坪滑坡事件为例，基于地震信号分析大型高速滑坡启动之后的滑体运动特性。通过国家地震台网采集因滑坡激发产生的地震信号，反演得到滑坡区域的受力-时间函数，再经由时频分析划分滑坡期间的子事件，进而推导滑体的运动参数并还原滑坡过程。结果显示，由地震信号反演所求得的滑床坡度、滑坡方向以及滑体位移等数值与现场勘踏所得数据相符；同时，通过对滑坡子事件的分析，可分辨出因对岸河堤阻挡而产生的部分滑体反倾过程，从而还原较完整的滑坡过程。     

奉节县曾家棚滑坡时空差异性变形特征与成因机制分析

研究库水位波动和降雨影响下滑坡的位移变形特征并分析其破坏机制，对了解三峡库区滑坡的演化过程具有重要意义。以奉节曾家棚滑坡为例，基于GPS地表监测位移分析了滑坡在不同特征库水位运行阶段的变化规律，结合灰色关联度模型确定了滑坡不同部位的变形在不同阶段的主要控制因素，借助GEO-Studio软件模拟了曾家棚滑坡在历史降雨和库水位波动耦合作用下的稳定性变化，并与定量分析结果进行了交叉检验。结果表明:曾家棚滑坡的运动状态随时间变化，从缓慢蠕变状态进入阶跃变形状态。平面上，中东部坡体与西部坡体相比，运动更加强烈；剖面上，前缘变形早且变形量大。曾家棚滑坡变形失稳过程为初期蓄水启动了曾家棚古滑坡，前缘首先发生变形；降雨作为中后期主控因素，和库水位波动联合作用共同诱发了滑坡多次阶跃变形，使滑坡前中后部形成贯通裂缝；最终由二十年一遇的暴雨诱发滑坡发生整体破坏。      

风振影响下乔木坡地暴雨型浅层滑坡演化机制

强对流或台风等极端天气下乔木坡地发生浅层滑坡灾害往往是暴雨和强风共同作用的结果。以皖南山区一处暴雨型浅层滑坡——畈章组滑坡为例, 通过现场调查和气象资料的分析表明, 除暴雨外风荷载也有可能促进滑坡的启动。为揭示该滑坡启动与破坏后这一完整运动过程的演化机制, 首先基于无限斜坡模型分析了实际降雨条件下的滑坡稳定性, 然后对取自于滑坡体内乔木根系周围和滑动面附近的两种土样利用DPRI型环剪仪, 分别开展了不排水循环剪切试验和自然排水残余剪切试验。结果表明: ①降雨入渗引起滑动面孔隙水压力的上升, 并导致稳定性的降低是畈章组滑坡启动的直接原因; ②乔木根系周围的饱和土在风振作用产生的动剪切荷载下易形成高的超孔隙水压力, 并导致浅表层的局部失稳滑动, 增加了畈章组滑坡整体破坏的可能性; ③滑动面土体的残余强度具有强烈的"正速率效应", 从而控制了畈章组滑坡启动后不会表现出高速远程的运动特征, 与现场调查结论一致。研究结果可以为暴雨协同风振作用下富乔木坡地浅层滑坡的预警预报研究提供参考。      

降雨与开挖作用下黄土滑坡失稳过程分析: 以关中地区长武县杨厂村老庙滑坡为例

降雨入渗和人工开挖是诱发黄土滑坡的重要因素, 为了研究在这2种诱因作用下关中地区黄土滑坡失稳过程及其对稳定性的影响, 以陕西省长武县杨厂村老庙滑坡为研究对象, 通过现场调查、地质测绘和钻孔勘探, 查明了该滑坡变形特征, 定性分析了滑坡变形演变过程; 基于滑坡变形前15 d内日降雨量实测值, 采用有限元软件, 对坡脚开挖后连续降雨作用下滑坡形成过程进行了仿真模拟; 基于强度折减法对该滑坡稳定性变化规律进行了研究。结果表明: ①关中地区特殊的地层结构是滑坡变形的内因, 降雨是最主要的诱发因素; ②滑坡失稳演化过程表现为: 坡体处于蠕滑状态, 坡脚开挖后, 坡体前缘失稳, 牵引中后缘坡体向下错动而产生张拉裂缝, 在降雨作用下, 雨水沿裂缝渗入坡体深部, 滑坡中部岩土体浸水后抗剪强度降低, 从而导致黄土层与红黏土层接触面饱水形成贯通滑带, 诱发深层滑坡; ③滑坡开挖后较初始状态, 稳定性系数降幅为0.102, 此后受连续降雨影响, 稳定性系数在前10 d以平均0.010/d的速率缓慢下降, 第10~13 d以0.034/d的速率快速下降至最低, 第13 d以后开始回升。研究结果可以为该类滑坡防治提供有效依据。      

基于滑面分区段力学模型的高速滑坡运动过程能量转化研究

高速滑坡具有运动速度快、波及范围广的灾害特征, 因此对滑坡启动、加速和静止整个运动过程进行研究很有必要。基于滑面力学特性将滑面分为弹性介质区和应变弱化区, 构建了高速滑坡二维力学模型, 提出了滑坡启动动能计算公式和滑坡运动过程的能量计算公式; 以千将坪滑坡为例, 采用启动动能计算公式得出滑坡的启动速度为2.35 m/s; 依据滑面形态将其运动轨迹划分为快速加速、平稳加速、平稳减速、急剧减速4个阶段, 进行运动过程分析, 得出滑坡最大速度为16.8 m/s, 以滑坡前缘高程所在平面为势能基准面, 分析不同能量与总能量占比的变化情况, 在滑坡的4个运动阶段中, 动能占比分别为9.1%, 25.6%, 15.1%, 0%;摩擦损耗能量占比分别为: 5.5%, 58.8%, 81.7%, 95.5%;势能占比分别为: 85.2%, 14.2%, 0%, 0%;其他阻力能耗占比分别为: 0.2%, 1.4%, 3.2%, 4.5%。研究结论对高速滑坡致灾机制和风险分析具有重要意义。      

陕西泾阳南塬多序次黄土滑坡演化特征及成灾模式

陕西泾阳南塬自１９７６年引水灌溉以来黄土滑坡频发,调查发现,塬边黄土滑坡表现出明显的多期次滑动 特点,且随着灌溉的持续,滑坡类型也在发生变化.以野外详细地质调查为基础,结合无人机航拍等技术手段,重 点研究了蒋刘滑坡和庙店滑坡２个具代表性的多序次黄土滑坡,依据滑坡的运动堆积特征将泾阳南塬黄土滑坡 划分为低λ挤推式、高λ堆积式和高λ滑出式黄土滑坡３种类型,并详细阐述其成灾模式.结果表明:低λ挤推 式黄土滑坡大多是在２０世纪８０年代大面积引水灌溉的基础上,黄土层底部长期浸水形成软弱基座从而产生的 较大规模的黄土滑坡,因剪出口多低于地表,滑坡高速运动推挤前缘阶地在地表形成波浪状地形,内部则形成复 杂的逆冲推覆等小型构造;高λ堆积式黄土滑坡大多为第一期滑坡后壁的浅表层滑动或崩塌,受第一期滑坡后缘 平台或凹陷的阻挡,具体积小、滑距短等特点;高λ滑出式黄土滑坡为近年来蒋刘村一带滑坡发展演化的主要类 型,受该区S５古土壤层形成的相对不透水底板影响显著,该类滑坡具有剪出口较高、高速远程运动、流动性显著 等特点,后两类滑坡可随着地下水文条件的改变而交替出现.      

多功能高速远程滑坡运动堆积过程物理模型试验装置设计与应用

高速远程滑坡运动堆积过程影响因素众多,在物理模型试验装置研发过程中应满足多因素变化需求,从而实现多功能目的.该试验装置初始状态下(垂直角度=20°,水平角度=0°)长3.40m,宽0.56m,高1.35m.设计有滑体体积调节、上滑槽坡度调节和下滑槽水平角度调节三大模块.材料上采用了3mm厚不锈钢钢板与8mm厚钢化玻璃2种材料,使用耐久性较好,并且采用分部件组装形式,安装有万向轮,便于实验仪器的搬运.基于砂子与卵石颗粒材料,应用所研发装置,初步开展了高速远程滑坡运动堆积过程物理模型试验,简要分析了滑体坡度、水平角度、滑体高度及基底材质等参数对滑动距离的影响规律.     

数字滑坡与数字仿真应用研究

在 GIS支持下建立数字滑坡 ,利用其空间分析、立体显示能力在三维空间中进行滑坡稳定性分析、定量动态计算滑坡稳定性系数 ,确定滑坡滑动方向 ;研究滑坡启动机制和滑坡运动规律。建立滑坡方向稳定系数概念 ,完成了在三维空间里计算滑坡稳定系数和确定滑坡滑动方向的精确定量方法研究 :完成滑坡启动机制和滑坡运动规律的数字化、可视化三维动态研究。在此基础上建立相应的数学模型对滑坡进行 :静止-运动-停止全过程的三维数字化、可视化动态研究与数字仿真、模拟。最终完成了在 GIS支持下的数字滑坡三维动态研究与数字仿真。     

浙江省玄武岩台地稳定性评价:以嵊州市地雅园滑坡为例

玄武岩台地型滑坡是一种特殊的滑坡类型，此前对其稳定性的研究较少。以嵊州市地雅园滑坡为研究对象，采用三维数值模拟的方法进行了稳定性分析评价，首先基于详细的地质资料采用三维模拟软件进行了建模；然后基于P-Ⅲ型分布曲线确定了降雨重现期，分别采用岩土软件MIDAS进行了滑坡稳定性模拟与三维运动模拟平台DAN3D软件进行了滑坡影响范围计算；最后对影响地雅园滑坡稳定性的因子进行了敏感性分析。结果表明:不同降雨强度对地雅园滑坡稳定性的影响不同，最不利工况为百年一遇降雨工况，此时滑坡稳定性系数为0.946，破坏概率为65.25%，影响范围最大增加了36.83%；内摩擦角和降雨是影响地雅园滑坡稳定性的主要因子。分析原因认为玄武岩台地型滑坡稳定性主要与硅藻土滑带、节理裂隙面的发育情况、降雨入渗滞后性有明显的相关性。本研究成果可为同类滑坡稳定性评价提供参考依据。      

数据预处理在滑坡位移相关分析中的应用

滑坡位移的变化除受控于其内在的地质条件之外,也受到外在诱发因素动态作用的影响。为更好地揭示滑坡位移变化
与诱发因素的综合关系,运用多种数据预处理方法对滑坡位移监测数据进行了处理分析。以巫山监测预警示范站玉皇阁崩滑体
为例,分别采用t检验准则、正交多项式及三次样条函数进行数据剔除处理、数据平滑处理及数据等距化处理,在得到有效数据的
基础上,对滑坡位移量与降雨量、库水位变化等诱发因素进行了相关分析。结果表明,滑坡位移量与降雨量、库水位变化等诱发因
素存在较强的相关性,同时具有典型的滞后性,其中,连续降雨与库水位下降是滑坡变形主要的直接诱发因素,且连续降雨对滑坡
位移影响的滞后时间为0~6d,库水位下降对滑坡位移影响的滞后时间为0~21d。      

大奔流顺层岩质滑坡溃屈型破坏力学机制研究

溃屈型破坏是顺层岩质边坡一种常见的破坏模式。以大奔流顺层岩质滑坡为例，分析了其溃屈型破坏的形成机制，绿泥石片岩层面发育程度和层面抗剪强度及岩石破碎程度是大奔流滑坡发生的主要地质因素，爆破震动荷载和地下水作用是发生溃屈型破坏的主要诱发因素。基于弹性板梁稳定理论和能量平衡原理，建立了顺层岩质滑坡溃屈型破坏力学模型；通过力学分析，提出了综合考虑滑坡自重、地下水与震动荷载作用的顺层岩质滑坡溃屈段长度条件方程。以大奔流滑坡为实例进行了验算，计算结果和现场破坏特征基本一致，表明了该方法的可行性，为研究顺层岩质滑坡溃屈型破坏的力学机制提供了依据。      

孔隙水压力的变化与滑坡速度的关系

为了研究滑坡运动产生的孔隙水压力与运动速度的关系,建立了滑体饱和状态下的无限斜坡模型,结合有效应力原理
以及剪切滑带处的土体运动定律,推导出滑坡运动速度v、滑带处的孔隙水压力uw 以及滑坡运动时间t 三者之间的解析表达式。
并以三峡库区三舟溪滑坡为例,运用MATLAB编程计算得到三舟溪滑坡的v(t)-uw(t)之间的关系曲线。分析曲线得出:若滑坡
保持某一速度v 匀速运动时,由于土体排水固结作用,运动变形产生的孔隙水压力增量及时得到消散;在滑坡加速运动的过程中,
孔隙水压力值随着加速度增大而增大,当孔隙水压力的增长速率超过土体的固结排水速率时,孔隙水压力大大削减了土体的抗剪
强度,加速了滑坡的破坏。      

特大型顺层古滑坡复活变形特征分析及变形预测研究

为有效掌握古滑坡复活特征及其变形规律,基于滑坡区现场调查成果,首先开展其复活变形特征分析,再利用WPT-ROA-RVM-CT模型进行滑坡变形预测研究。结果表明,在强降雨或持续降雨后,滑坡地表裂缝较为发育,具有张剪性质,且滑坡呈明显推移式特征,即滑坡中、后缘变形明显大于前缘,变形方向具有逆时针变化规律,充分说明古滑坡复活变形特征显著。同时,通过变形预测,验证WPT-ROA-RVM-CT模型具有较高的预测精度,并经外推预测,得到滑坡后续变形速率均为正值且较大,判断滑坡后续变形还会进一步增加,具有较大失稳风险,需尽快开展灾害防治研究。     

高速库岸岩质滑坡运动过程及速度分析

基于滑坡气垫层学说,分析了大型岩质滑坡高速滑动的成因和整体滑动的动态过程,提出了判断滑坡产生高速的必要
条件,即滑坡厚度大于临界厚度;并提出了库岸高速岩质滑坡运动过程分析模型,即将整个过程分为4个阶段:初始滑动阶段、开
始运动至加速度增大至最大阶段、继续加速阶段和减速至停止阶段。运用分阶段运动过程分析模型,以千将坪滑坡为例,计算了
其各个阶段的速度、加速度及滑动距离,并与前人已有的研究成果进行了对比,验证了模型的合理性。与动能定理相比,该计算模
型可以较好地分析滑坡速度的动态变化,可以较直观地反映滑坡入水的最大速度,为滑坡涌浪的首浪分析奠定了基础。      

高速远程滑坡动力学研究进展

高速远程滑坡动力学机理研究一直是国际地质灾害领域长期关注的热点与前沿性科学。通过对已有研究成果的系统性梳理,对高速远程滑坡动力学研究现状进行了概略性述评,厘定了本文所讨论的高速远程滑坡的定义,阐述了高速远程滑坡的典型沉积学特征,并对国内外学者提出的最有影响、最有地质证据支持的高速滑坡远程运动机理——摩擦生热减阻、滑带液化减阻、动力破碎减阻、底部裹挟减阻、剪切振动减阻、动量传递远程进行了论述。在此基础上,分析与讨论了高速远程滑坡动力学研究的发展趋势,提出今后研究所面临的深层次科学问题,并提出未来应进一步重点研究的关键科学问题在于速率相依摩阻弱化机理、破碎渐进相变耗能机理、过程相依波动减阻机理等。     

降雨作用碎石土堆积层滑坡变形规律

降雨诱发碎石土堆积层滑坡十分普遍,野猫面滑坡则是典型的碎石土堆积型滑坡,也是三峡库区内距三峡大坝最近的
特大型滑坡体,研究其在不同降雨条件下的变形规律具有示范性和实用价值。首先,在滑坡区域地质分析的基础上,研究了碎石
土堆积层滑坡的组成结构;然后应用Modflow软件建立了滑坡地下水渗流场数值模型,对不同降雨强度和降雨历时条件下,降雨
入渗补给地下水的规律进行了模拟;最后,运用FLAC3D软件对不同降雨工况条件下,渗流场变化引起的滑坡变形规律进行了模
拟。研究结果表明:①野猫面滑坡碎石土堆积层表现为三层结构,上部为碎块石土,中下部为块石土、钙质胶结碎块石,下部滑面
为碎石土和黏土夹碎石;②降雨强度和降雨历时增加均使滑坡地下水头抬升,在斜坡前缘临近库岸部分的水力坡度明显增大;③
降雨作用下,滑坡位移量增加,变形由地表向深部、由前缘向后缘发展,在滑面处剪应变集中;极端大暴雨条件下,前缘存在整体变
形区;④碎石土堆积层滑坡地表径流疏导与生态防渗可有效防治滑坡。      

湖南炎陵新屋组滑坡专业监测方案及成效分析

文章介绍湖南省地质灾害应急中心布设监测设备对炎陵县霞阳镇草坪村新屋组滑坡隐患开展专业监测。监测数据分析表明,GNSS地表监测数据出现了一次明显增大过程,经现场调查验证,专业监测数据与现场裂缝变形情况基本相符。初步判断滑坡体隐患整体上处于变形阶段,降雨是导致滑坡加剧变形的主要因素。