汶川地震崩塌滚石坡面运动特征

滚石坡面运动影响因素众多,分析预测困难,确定崩塌滚石危害范围,对崩塌灾害防治具有重要意义。在实测汶川地震399条崩塌滚石剖面基础上,通过统计分析研究了滚石运动特征和危害范围参数,得出如下结论：(1) 滚石坡面运动可划分为启动阶段、运动阶段和堆积阶段;56º为启动区滚石自由坠落模式和滑动、滚动模式界限,堆积区最大角度为39.6º,26º以下区域为减速带。(2) 滚石运动距离与高度的比值,随着地震烈度以及边坡岩石强度的增高而增大,并给出了统计公式。(3) 滚石最大运动距离与坡高之间以及陡坡段坡度与滚石运动扩散角之间有较好的线性关系,根据堆积区在边坡高度上所占比例,划分了两种坡面形态,给出了两种坡面形态边坡陡坡段坡度与滚石运动扩散角之间的统计关系图,可作为崩塌滚石危害范围判定的参考。     

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。     

地震作用下康定市郭达山危岩带运动特征

康定地区多为深切河谷地貌,山坡陡峻,基岩裸露,崩塌落石多发,地震频发。为开展地震作用下崩塌运动特征和规律研究,以康定市郭达山危岩带为研究对象,采用颗粒流离散元软件(particle flow code in 2 dimension,PFC^2D)模拟危岩带不同部位崩塌源(坡顶孤石、坡体上部碎裂岩体、坡体中部老崩塌堆积体、坡体下部块状危岩)在面波震级(surface ware magnitude,Ms) 8.0地震作用下的运动特征和破坏过程。研究结果表明: ①坡顶孤石质量越小越易启动,孤石越接近球形越易发生倾覆和滚动,沿临空面飞出后运动类型以坠落、碰撞、滚动为主,坡顶孤石的运动速率最大时达11.8 m/s; ②坡体上部碎裂岩体破坏过程可分为裂隙延伸贯通—启动坠落—碰撞解体—滚动堆积4个阶段,位于碎裂岩体上部的块石运动距离最远,达269 m; ③老崩塌堆积体块石自前向后形成碎屑流,沿坡面运动类型以滚动、碰撞为主; ④下部块状危岩运动特征为启动—滑动—挤压—解体—再滑动—再挤压—堆积; ⑤不同部位的崩塌在运动过程中块石会发生碰撞、摩擦、挤压、解体,快速消耗自身动能,导致运动距离和速率骤降。采用离散元模拟能够更全面更精细化的认识深切河谷区的崩塌,可为崩塌灾害的工程治理和山区城镇的防灾减灾提供科学依据。     

边坡滚石运动轨迹分段循环算法

边坡滚石是在基本建设中常遇到的一种工程灾害。其防护结构的设计依据主要是边坡滚石的运动轨迹,因而要对这种灾害进行防治,首先要确定滚石的运动轨迹。根据落石运动全过程的三个阶段,即滚动(滑动)运动阶段、抛物运动阶段和与坡面碰撞阶段,利用分段循环算法分别得到了三个运动阶段的运动速度计算公式。以某岩质边坡构建相似模型,将该理论公式应用于落石运动轨迹预测,验证了公式的可行性和有效性。与现有方法相比,分段循环算法具有计算原理简单明确、易于使用等优点。该方法可用于斜坡区滚石运动特征的预测,并可作为斜坡区滚石灾害防治的依据。     

滚石冲击碰撞恢复系数研究

在研究滚石的运动规律过程中,滚石的碰撞恢复系数是重要的控制参数,它不仅与滚石的冲击速度、质量有关,还与滚石、坡面覆盖层的物理力学性质密切相关,目前尚无合理的计算理论,这是滚石灾害研究的一个难点问题。根据Hertz接触理论、Cattaneo & Mindlin切向接触理论,在考虑材料弹塑性特性的基础上研究了滚石法向碰撞恢复系数和切向碰撞恢复系数的计算模式,给出了具体的计算公式,并阐明了影响滚石碰撞恢复系数的主要控制因素。通过一算例的计算分析并与已有结论的比较,表明该计算模式的合理性。     

汶川地震区映秀——卧龙公路边坡崩塌类型的赤平投影解法

汶川地震后,公路岩质边坡结构面发育,极易失稳形成崩塌。从发育的多组结构面中选取典型的结构面作为形成崩塌的控崩结构面,并通过对结构面所处边坡的工程地质条件分析得出控崩结构面的选取原则;考虑控崩结构面与边坡临空面的空间位置关系,运用赤平投影解法重点分析一组和两组控崩结构面与边坡临空面的图解关系;将震后公路边坡发生崩塌分为三种类型：滑移式、坠落式和倾倒式,结合边坡岩性、坡形、坡度、坡高等因素,得到了震后公路边坡崩塌三种类型的判据;将其应用到汶川地震后映秀—卧龙公路沿线边坡发育的典型崩塌中,得出的崩塌类型与实际相符。     

“4•20”芦山地震诱发地质灾害基本特征及其与“5•12”汶川地震对比分析

2013年4月20日8时2分,四川省雅安市芦山县(30.3°N,103.0°E)发生了Ms7.0级强烈地震,其是继2008年5月12日汶川Ms8.0特大地震后在龙门山断裂带上的又一次破坏性地震。文章分析了"4·20"芦山地震诱发地质灾害基本特征、形成机制和典型案例,并与"5·12"汶川地震诱发地质灾害进行了对比,在此基础上研究了两次地震地质灾害集中区断裂带活动性质、地貌特征、地形坡度、地震烈度等对崩塌滑坡的影响,主要取得了以下认识:①芦山地震诱发的地质灾害类型主要有崩塌(滚石)、滑坡、泥石流和不稳定斜坡四类,与汶川地震诱发灾害相比数量少,规模小,主要以中小型浅表层滑坡崩塌为主,且主要集中在高陡边坡和高山峡谷区;②芦山地震区宝兴县冷木沟和校场沟泥石流和2010年甘肃舟曲三眼峪、罗家峪泥石流灾害具有极为相似的地形地貌特征和孕灾条件;③芦山地震诱发地质灾害机制主要有:拉裂-崩滑-碰撞-铲刮-碎屑流、拉裂-崩落、震动-降雨-崩塌(滑动)-泥石流、震动-抛掷(滚动)四种,震后地质灾害是内外动力地质作用耦合叠加的结果;④芦山地震与汶川地震因其震级、断裂带性质及破碎程度、地形地貌等差异诱发的地质灾害存在明显的异同点,灾害类型基本相同,而方量、数量、危害等方面差异明显。     

直线型斜坡滚石运动速度特征研究

斜坡滚石运动速度特征与坡表覆盖层特征、滚石形状、坡面角度、滚石质量等主要因素有关,选择不同坡表覆盖层,对不同形状、质量的滚石,采用低角度直线坡段设计正交试验（L27（34））,研究斜坡滚石滚动状态下速度特征。分析得到滚石斜坡运动影响因子排序:坡表特性X1、坡角X3、滚石形状X2、滚石质量X4。回归分析得出斜坡滚石运动估算速度公式:vc=-7.85X10.50+0.47X23.22+2.97X30.24,与试验实测值进行对比,得出相对误差为8.2%,相关系数为r=0.92。利用回归方程分析单因素的影响趋势,结果表明:坡表特征与速度有明显线性负相关关系、滚石形状与速度呈上凹型曲线、坡角与速度呈下凹型曲线的数学关系。通过现场试验,实测得到斜坡滚石速度计算简化修正公式v=v0+(L/2.45) vc,对比验证与实测结果吻合较好,证明了本文计算公式对于总体平直、角度局部变化的直线型斜坡的适用性和有效性。所得成果可估算斜坡滚石的速度与冲击能量,对滚石防治措施的选择有参考价值。     

变质片岩区边坡稳定性的块体理论分析

变质片岩区的边坡破坏与结构面和坡面的组合密切相关,块体理论在分析结构面和坡面组合方面有独特的优势。本文以秦岭北坡西安市黑河水库左岸108国道边坡为例,说明变质片岩区边坡稳定性的块体理论分析方法。作为准备工作,本文编制了块体理论相关程序和制作等密度图的相关程序。通过现场调查,本文将黑河库区108国道沿线边坡分成了15段,其中有4个潜在崩塌段。针对这4个潜在崩塌段,本文在每段中选取一个典型点,借助自编程序,使用块体理论分析方法寻找可动块体、关键块体并计算剩余下滑力。计算所得关键块体的结构面组合形式和实际相吻合,所得剩余下滑力计算结果表明4个潜在崩塌段中有3段崩塌危险性较高,且需要采取工程措施以防止崩塌阻断108国道。说明了变质片岩区边坡稳定性的块体理论分析方法,对变质片岩区其他工程具有一定借鉴意义。     

非均一性斜坡落石运动轨迹

现有的落石运动轨迹研究均将斜坡视为半无限均匀的坡面,而实际的工况下,坡面由不均一材料组成。根据落石不同的运动模式,将坡面简化为多层岩土体材料的结构形式,在滚动阶段,基于Hertz接触理论得到落石在不同坡面条件下运动特征,并给出坡面分层条件下落石切向摩擦系数的计算公式,在碰撞阶段,基于能量守恒定理,采用准静态接触力学理论得到法向恢复系数公式,理论推导得到任意层厚岩土体材料坡面条件下落石法向和切向恢复系数的解析解,然后求解得到碰撞后落石运动参数,并根据碰撞后落石的速度及回弹量关系,给出碰撞后落石运动模式转换的判别条件,最后结合运动学定理,得到3种运动模式任意分层坡面条件落石的运动轨迹,将理论公式应用于某山区落石运动轨迹预测,验证了理论公式的适用性和有效性。     

滚石冲击下棚洞破坏动力响应分析及改进对策——以川藏公路（安久拉山南麓）门式棚洞为例

位于川藏公路安久拉山南麓的门式防滚石棚洞,在路边高陡边坡滚石冲击下已严重损坏,滚石冲击产生的巨大冲击力导致棚洞纵梁、顶板、梁柱连接处等应力集中部位发生破坏,且滚石冲击后大量堆积在棚顶成为永久荷载。在现场通过卷尺测得棚洞结构尺寸,使用测距仪测得棚顶堆积滚石的最大粒径D=1 m,滚石的最大下落高度H=20 m。为解决门式棚洞存在的安全问题,提出在棚顶设置凹槽并在槽内铺设厚度为10~70 cm、向外坡度为6°的橡胶垫层对原结构进行改造。借助LS-DYNA动力有限元软件按实际尺寸分别建立改进前后的棚洞有限元模型,并模拟改进前后棚洞在滚石冲击最不利工况（H=20 m,D=1 m）下棚洞结构的动力响应,通过数值模拟结果的对比来验证改进后棚洞的受力性能,研究结果发现:改进后的棚洞相对于原棚洞,最大等效应力减小72%、棚顶最大挠度减小45%、落石冲击力减小62%、滚石堆积在棚洞顶板的概率显著降低,说明在棚顶设置起坡橡胶垫层的措施可有效解决目前门式棚洞存在的安全问题。     

Continual erosion of bare rocks after the Wenchuan earthquake and control strategies

The newly bared rocks created by the Wenchuan earthquake are undergoing continual intensive erosion in the form of detachment and movement of individual grains. Grain erosion is defined as the phenomenon of breaking down bare rocks under the action of insolation and temperature change, detachment of grains from the rockwalls by wind, flow down of grains on the slope under the action of gravity, and accumulation of grains at the toe of the mountain, forming a deposit fan. The Wenchuan earthquake, which occurred in Sichuan on May 12, 2008, caused thousands of avalanches and landslides and left scars on slopes and a huge area of bare rocks. Grain erosion causes flying stones, injured humans and resulted in numerous slope debris flows. The process of grain erosion and strategies to limit the erosion were studied by field investigations and field experiments. According to these field investigations and field studies, the most serious grain erosion occurs in spring and early summer when it is very dry. Rocks are broken down to grains under the action of insolation and temperature change. Then, wind blows the grains from the bare rock down slope. Experimental results showed that the amount of grains blown down by wind per area of rock surface per unit time is proportional to the fourth power of the wind speed. However, the size of the grains blown down by wind increases linearly with the wind speed. An experiment proved that grain erosion can be controlled with two moss species. Moss spores were mixed with clay suspension and splashed on bare rocks. The moss species germinated on the rock surface in one month and greened the bare rocks in two months. The moss layer protected the rocks from insolation and mitigated the effects of temperature change, thus effectively mitigated grain erosion.     

基于多源数据三维可视化集成的高切坡解译

三峡库区移民迁建工程涉及20个区(县),在城镇和公路等基础设施建设中,人工开挖而形成了大量的高切坡,其中约90%处于不稳定状态,严重威胁着库区人民生命财产安全。选择库区长江干流具有代表性的秭归-巴东库段作为研究区,采取遥感、地理信息、地质图等多源数据融合及三维可视化技术,解译了高切坡177处(总长度25.165km),提取了高切坡的位置、规模、地层、坡度、斜坡结构、工程防护措施和危害对象等信息,并分析了高切坡与地层、岩性、坡度和斜坡结构的关系。研究表明:①高切坡主要分布于城镇区及公路内侧;②碳酸盐岩、结晶岩和碎屑岩3种工程岩组中高切坡的稳定性依次降低;③香溪-泄滩亚段碎屑岩地区高切坡稳定性差,应重点防治。     

高边坡设计与加固问题讨论

在高边坡调查、勘探和稳定性评价中,应认识高边坡变形的类型、性质、机制、范围和规模,划分出稳定、基本稳定、稳定性差和不稳定级别.在高边坡设计施工中应按一定的设计思想、技术路线、基本原则和方法指导高边坡的设计施工.高边坡加固工程目前广泛采用预应力锚索框架(地梁、墩)、预应力锚索桩、普通抗滑桩和挡土墙等,应根据实际条件选用.高边坡设计尚无规范可循.如何正确认识高边坡的特性,合理地进行勘察、评价、设计和加固,作者提出了自己的意见和建议,与同行专家讨论.     

高陡岩质料场边坡稳定性与支护设计研究

水电站料场高边坡具有高度大、坡度陡、卸荷速度快等特点,因多按临时边坡进行设计,故施工期变形破坏事例频发。基于这一现状,依托瀑布沟水电站两岩质料场边坡,通过两年多跟踪施工过程的支护设计工作,总结出一套操作性强的料场高边坡稳定性及支护设计方法。针对料场边坡存在的受软弱结构面控制的边坡整体稳定性、浅表层块体稳定性、碎裂岩体稳定性三种工程地质问题,在跟踪施工过程开展岩体结构调查的基础上,按照先整体后局部的稳定性评价思路,开展高边坡稳定性评价。施工期动态支护设计按照保证整体稳定,控制局部变形,顾全潜在失稳区域的理念,通过定性评价确定不稳定区域并优先设计提交施工;针对施工中最易出现的块体变形和碎裂岩体变形,建立了合理的支护设计原则和严格的施工规定;对稳定性差、施工风险高、支护造价大的潜在不稳定区域,应及时地调整开挖方案,减少工程造价。实践表明,这套方法保证了料场高边坡的快速施工安全,减少了工程投资。     

某水电站引水硐进水口边坡稳定性分析

介绍了某水电站引水硐进水口边坡的基本地质条件，从地形地貌特征、岩土工程地质特征、岸坡地质结构特征和地质构造条件几个因素系统的研究其对边坡变形破坏的影响，提出了边坡的变形破坏模式。根据平洞揭露裂隙特征，对可能的滑面组合采用毕肖普、一般条分法和摩根斯坦普顿斯法等方法对进水口边坡进行稳定性分析和计算，最后对边坡的安全性进行了评价。     

三峡工程船闸高边坡岩体稳定性预测方法研究

三峡船闸高边坡岩体稳定性主要影响因素为结构面发育情况。施工期地质超前预报,着重从结构面网络角度进行处理,其方法为：编录统计整理结构面,建立高边坡的三维立体网络图形;岩体质量分析,进行概率模型与确定性模型的耦合模拟;块体判断分析,对临空面块体、内部块体进行判断、搜索、分析;稳定性计算分析。     

Geology of the Yap Trench: new observations from a transect near 10°N from manned submersible Jiaolong

This paper describes the petrology and geochemistry of rocks from the Yap Trench acquired by three dives of the Jiaolong research submarine. Combining the geophysical data and submersible observations, this paper describes the geomorphology, shallow structures, and sedimentology of the Yap Trench and further discusses the tectonics and activities of this region. Two obvious slope breaks are found on the landward slope, and horsts and grabens with small fault offsets are observed in the ocean-ward slope of the trench. Peridotites sampled from the Yap Trench inner wall are highly depleted subduction-related mantle residues. Volcanic rocks in the northern segment of the trench have subduction-related characteristics that Yap fore-arc rocks underwent metasomatism during Cenozoic subduction. The rocks with remarkable lithologic difference from lithospheric mantle and upper crust sampled in the break slopes suggest that the slope break area may represent a lithologic boundary or transition zone. The landward slope of the Yap Trench was removed by subduction erosion as a result of collision with the Caroline Ridge. The bending of the down-going plate caused normal faults, horsts, and grabens with little or no sediments indicating that the Caroline Ridge is subducting beneath the Yap arc along the trench even though the convergence rate is very slow.