千将坪滑坡动力学过程仿真模拟

滑坡体的失稳破坏是一个动态过程,动力学行为起着非常重要的作用。采用DDA方法对长江三峡库区千将坪滑坡的运动全过程进行了数值模拟研究。模拟方案充分依据该滑坡的地质、地形特征,按不同岩土体和地质结构面类型进行块体单元划分,模拟了滑坡发生、发展的渐进破坏过程以及滑坡触发后的运动情况。模拟结果表明,千将坪滑坡是以斜坡坡脚的局部破坏为其运动的开始阶段,并进一步牵引上部滑体,在地下水压力作用下最终产生整体滑动。     

四川王山-抓口寺滑坡成因机制及滑动过程分析

以王山-抓口寺大型岩质滑坡为例,在对滑坡变形破坏特征及周边工程地质条件现场调查和研究的基础上,通过地质分析手段获取区内滑坡体从缓慢变形到失稳破坏全过程的基本信息,提出滑坡演变概化地质模型,并结合非连续变形分析方法模拟真实时间和便于分析非连续大变形的特点,建立非连续变性分析(DDA)数值模型,对滑坡体稳定性和滑动全过程进行数值模拟,并对降雨弱化结构面强度参数影响滑坡滑距和速度进行分析。结果表明:王山-抓口寺滑坡主要诱发原因是汛期持续降雨使雨水沿裂隙大量渗入滑体导致滑坡体结构面强度参数降低;同时,滑坡前缘由于前期堰塞湖人工清理和河水自然侧蚀,临空面高达十数米,为滑坡的发生提供了有利条件,最终形成"强降雨-入渗-岩体软化-推拉"破坏模式,属典型的滑移-拉裂型岩质滑坡;参数影响性表明结构面内摩擦角φ对滑坡滑距和滑速影响显著,黏聚力c对滑坡位移和速度影响有限;模拟得到的滑坡最大滑移速度和后缘最大滑动距离与野外调查相符。     

基于PFC~(2D)的贵阳西二环滑坡破坏过程模拟

正近年来,随着计算机技术的发展,数值模拟方法在滑坡领域得到广泛应用。目前的数值模拟方法中,主要包括确定性分析方法和非确定性分析方法两类,而确定性分析方法又可分为连续介质分析与非连续介质分析方法。其中,连续介质数值分析方法有有限单元法、边界元法、有限差分法等,非连续介质分析方法有块体离散元法、颗粒离散元法、关键块体理论、不连续变形分析(DDA法)等[1]-[2]。颗粒流法(PFC)作为离散单元法的一种,是基于离散元的方法来模拟圆盘或球颗粒介质的运动及其相互作用,可以真实地模拟滑坡的失稳破坏过程。目前已广泛应用于滑坡破坏运动分析之中[3]-[5]。     

基于SPH-DEM流-固耦合算法的滑坡涌浪模拟

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法和离散单元法(DEM),并基于达西渗透试验原理,提出一种SPH-DEM耦合算法用于处理宏观尺度下离散体与流体之间的相互作用问题,并基于该流-固耦合方法采用FORTRAN语言建立滑坡涌浪数学模型。模拟了块体滑坡问题,并与试验数据进行对比以验证该耦合方法的有效性。模拟分析了离散体滑坡产生涌浪以及涌浪传播的过程,分析比较了数值模拟得到的最大涌浪高度与经验公式结果间的关系。研究表明:采用该耦合方法模拟水下块体滑坡问题得到的结果与试验数据吻合良好;模拟离散体滑坡涌浪问题时,较清晰地反映了滑坡体对水的排挤到涌浪的产生过程、水在滑坡体中的渗透过程和滑坡体与水耦合作用发生变形的过程;不同公式分析方法得到的最大涌浪高度之间均有一定差别,算例中滑坡体受重力作用沿倾斜坡面滑动入水过程更接近于潘家铮法的垂直运动模式,因此,模拟结果与之最为接近。     

硬土软岩滑坡近水平滑移的离心机模型试验研究

中国西北地区存在大量的新近纪硬土软岩滑坡灾害,为研究该类滑坡的变形特征,开展两组离心机模型试验模拟滑带劣化引起滑坡变形破坏的全过程,获取模型坡体土压及位移的实时变化曲线。研究表明,当软弱带强度降低时,硬土软岩滑坡的上部滑体呈块体状滑动,在快速运动滑动过程中,滑体呈现块状平移,不会彻底解体、液化;硬土软岩滑坡中前部出现水平应力集中,导致下伏滑带塑性流动变形,诱发其中前部上覆滑体的水平运动,并向滑坡后缘扩展,最终形成多级水平滑动。     

滑坡速度预测的计算方法探讨

滑坡速度预测一直是一个比较复杂的问题。采用潘家铮提出的基于垂直条分的滑速计算方法求解条块的运动速度,并以三峡库区某滑坡为实例,对其滑动加速度及速度进行分析。同时,采用不连续变形分析方法（DDA）对滑坡体的滑动全过程进行了模拟,二者对滑速发展趋势的预测基本吻合, 而且DDA模拟较全面地反映了滑坡运动在时间和空间的发展变化特征,清楚地再现了滑坡发生、发展、失稳的全过程,可作为预测滑坡滑速的有效分析方法。     

基于离散单元法的滑坡堆积及其涌浪计算

采用离散单元法对水库库岸边坡的动态破坏过程进行了研究,给出了计算流程并开发了相应的软件。介绍了离散单元法的基本原理,分析了常用的计算滑坡速度方法的不足及用离散单元法的优势,基于离散单元法提供的块体运动信息并结合波动方程模拟了滑坡体滑入水库时所激起的涌浪。此外,采用离散单元法研究了滑坡的堆积形状。通过算例验证了方法的可行性与程序的正确性。算例结果表明：块体在坡面上运动时,用离散单元法计算得到的块体的速度和能量法与潘家铮法一致,且更方便、更高效;由于涌浪的叠加,多个块体所激起的涌浪高度比单个块体的涌浪高一些,这表明在进行涌浪分析时,考虑多块体的涌浪叠加效应是至关重要的,滑坡的堆积形状为滑坡的灾害评估提供了依据。通过自行开发的离散单元法软件模拟了块体的滑动和涌浪的产生及其传播过程,其模拟结果为研究边坡的滑动破坏的启动、破坏过程及滑坡的风险评价提供了新的思路。     

湖北省香溪河流域白家堡滑坡稳定性分析与评价

三峡大坝建成蓄水后,将导致库岸部分古滑体复活、新滑体产生,香溪河流域白家堡滑坡就是其中之一。文章在对该滑坡的工程地质条件、深部位移及伸缩计监测资料的研究基础上,分析了滑坡变形机理,得出白家堡滑坡只有一个滑动面,其总体变形趋势为推移式,目前仍具有微小的变形。滑坡变形与降雨及库水有密切联系。结合试验资料,针对滑坡变形的实际情况,采用反演分析方法进行了滑移面抗剪强度参数的反演计算。利用反演结果,在三峡水库蓄水4种不同水位工况下进行稳定性计算。结果表明,滑坡的稳定性系数经历了大→小→大的过程。正常蓄水位时稳定性处于较低状态。滑坡体饱水处于蠕滑或失稳状态,需尽快进行治理。     

基于多源遥感数据的高位滑坡特征分析——以广元市利州区荣山镇岩窝村滑坡为例

2021年10月6日13时许，四川省广元市利州区荣山镇岩窝村三组发生高位滑坡灾害。滑坡造成4处民房、3条电力线路被毁，掩埋170 m长的乡村公路，堵塞河道350 m。利用高位滑坡滑前多期卫星数据、滑坡滑后高精度无人机航空影像以及机载LiDAR数据等多源遥感信息源，采用三维立体+时间的四维分析方法，研究高位滑坡特征及其滑动模式。从高位滑坡发育背景入手，通过高位滑坡滑前变形特征以及高位滑动过程动态分析，总结高位滑坡变形破坏特征及滑动模式。根据滑坡已经发生过程推演及后部残留滑坡体稳定性分析结果，预测分析高位滑坡未来滑动的三种滑动模式：一是滑坡后缘继续错落和活动，挤压前部滑坡体直接剪出；二是滑坡后缘继续错落和活动，沿着已有滑坡通道发生推移式滑坡；三是前部滑坡体启动，引发中后部滑坡体发生牵引式滑坡。高位滑坡在西南山区屡见不鲜，在早期地质灾害隐患调查中应有效识别、加强防灾减灾措施。     

突发地质灾害中应急数值模拟技术应用浅析

以滑坡为例,通过综合分析大量前人研究成果,阐述数值模拟在常规状态地质灾害稳定性分析、滑坡机制分析和滑动过程推演中的应用状况,总结数值模拟技术应用于地质灾害应急的基础,比较常规状态和应急情境下数值模拟技术条件的区别,明确应急数值模拟过程特点,提出应急数值模拟技术关键问题。最后,以峨眉山九里镇王山—抓口寺滑坡灾情为例,结合非连续变形分析方法（DDA）大变形和真实时间模拟的优势,进一步研究了数值模拟在灾情应急过程中启动原因和滑动过程反演的实际应用。结果表明,滑体滑动过程中最大水平位移约87m,峰值速度7m·s-1,滑距约38m,前缘堆积厚度53m,滑坡滑动过程持续时间70s左右,与应急调查结果相符。模拟结果有助于理解滑坡发生机制,有助于确立滑坡应急防治重点,辅助应急决策效果明显。     

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。     

三峡树坪滑坡动力学的有限元模拟

三峡工程是迄今为止最大的水利工程,对库区滑坡灾害的监测和机制研究一直是重要的研究课题。本文利用Terra SAR-X的强度图进行相关计算,求解出2009年5月20日至8月5日期间三峡树坪滑坡的形变场。该形变场特征和树坪滑坡体的地形特征吻合甚好,位移大小、方向和三峡大学对滑坡体的野外观测结果基本吻合。以此高精度位移场为外部约束,结合野外观测资料对滑坡体介质力学性质进行分类并选取边界条件,利用有限元方法对滑坡活动进行动力学计算模拟。计算过程中对滑坡体的滑动面形状、因降雨引起材料参数变化和三峡水库水位等因素分别反演和调整,得出符合其变形和发展过程的滑坡动力学特征。发现软弱带的物性参数决定滑坡体总体滑动量,滑坡体的物性参数决定位移分布的峰值位置。在确定了滑坡动力学特征之后,进一步讨论降雨和库区水位下降对滑坡产生的贡献权重,得出降雨是树坪滑坡的决定因素。     

青海上湾特大型红层老滑坡体形成机制研究

青海上湾特大型老滑坡体是一个典型的多期次第四系上更新统黄土与新近系贵德群泥岩切层旋转滑坡,滑动面主要位于新近系贵德群泥岩内。在充分利用现场滑坡勘查和钻探试验所获取资料的基础上,通过对滑坡堆积物中的关键层（黄土状土和砾岩堆积物）与泥岩堆积物的空间位置组合关系的研究,以及对老滑坡体底滑面的形态和黄土状土顶部的淤泥（堰塞湖湖积物）的分析,确定了上湾特大型老滑坡体主要经历了两次规模较大的滑动。利用地下水动力学的理论,计算出两次滑动前的地下水位,并建立了分析滑坡变形与破坏机制的数值模型。综合区域新构造运动特点、地下水位的动态变化、新近系贵德群泥岩在饱水状态下力学强度显著下降的特征以及FLAC3D数值模拟结果,得出老滑坡体第1次滑动主要是由于河流下切作用引起,并给出了河流下切过程中坡体变形的3个阶段。第2次滑动是由于第1次滑动后,斜坡临空面变陡,坡脚剪应力进一步集中,且在其前缘形成一个堰塞湖,导致地下水位上升软化泥岩而发生的累进性牵引滑动。     

崩塌诱发其下部滑坡变形过程的分析研究

崩塌冲击或崩积物重力加载作用都可能诱发坡脚滑坡的变形或失稳。在查明坡体结构的基础上,采用3DEC离散元数值模拟方法,对高陡斜坡在地下开采作用下崩塌所产生的机理、失稳模式、破坏规模、运动轨迹进行了全过程模拟,特别是斜坡失稳后和坡脚滑坡的相互作用效应进行了深入分析。结果表明:通过地下开采诱发的崩塌过程模拟及其研究,发现斜坡在地下开采的扰动下会产生大规模的崩塌,其滚石会对滑坡体产生强烈的冲击作用,且所形成的崩积物会对滑坡体产生重力加载作用。再通过监测数据以及现场收集的资料分析得出滑坡的蠕滑变形主要是由于崩积物重力加载作用引起的,且有继续变形的趋势,在暴雨季节时,滑坡的变形速率可能会增大,有潜在大规模滑动的危险,需做好相应的防护工作。     

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。     

基于PFC2D的刘涧滑坡破坏运动过程模拟

以陕西省洛南县刘涧滑坡为研究对象,采用颗粒流离散元法对其破坏运动过程进行数值模拟。首先通过双轴数值试验对滑坡饱和土体进行细观参数标定,并与室内试验中饱和土体宏观力学参数进行对比,经验证该细观参数能应用到滑坡的破坏运动分析中,进而引入颗粒流（PFC2D）程序中平行黏结模型,采用ball-wall建模方法建立滑坡模型,对滑坡不同关键部位颗粒进行位移、速度监测,阐明其破坏运动特征。模拟结果表明,降雨为刘涧滑坡的直接诱发因素,斜坡变形破坏模式为由坡脚开挖引起的自前缘向后部牵引-孔隙水压力诱发的后部向前缘推移式滑塌。总体特征为上部推移,中部剪切,下部牵引;滑坡滑动最高时速13.4 m/s,最大滑移170 m,滑动阶段持续25 s。利用颗粒流法对滑坡的破坏运动过程模拟具有较好的适用性,可为工程决策提供依据。      

不同类型滑坡渐进破坏过程与稳定性研究

滑坡的类型一般可分为牵引式滑坡、推移式滑坡和复合式滑坡,根据其滑面的发展形态,依次表现为前进式渐进破坏模式、后退式渐进破坏模式和复合式渐进破坏模式。基于岩土体应变软化特性,揭示了滑坡渐进破坏过程的本质是滑带力学参数弱化的过程,初步探讨了3种类型滑坡渐进破坏过程的远动特点和力学特征和滑坡渐进演化过程。以不平衡推力法和3种类型滑坡的演化特征为基础,提出3种类型滑坡渐进破坏过程中临界状态条块确定方法,通过建立滑坡渐进破坏稳定性计算模型和计算公式,提出滑坡随着渐进演化过程的滑带参数取值方法,并阐述了渐进破坏过程的稳定性计算实现过程,实现不同类型滑坡渐进破坏过程的稳定性分析。以3个典型滑坡为例,分析得出滑坡渐进破坏过程中牵引式滑坡和复合式滑坡稳定性降低速率由大到小再到大和推移式滑坡稳定性降低速率由小到大的过程,3种类型滑坡在渐进破坏过程中不同部位对稳定性的贡献不同,验证了不同类型滑坡的变形规律。研究结论可对不同类型滑坡的稳定性发展进行初步预测和为滑坡治理提供指导意义。