地震诱发低角度黄土-泥岩滑坡动力响应及变形分析

基于室内试验获取黄土滑坡的静力和动力力学强度参数,建立低角度黄土滑坡破坏大型物理模拟试验模型,结合FLAC^3D有限差分软件,分析黄土滑坡的动力响应规律和宏观破坏特性,阐明在地震作用下黄土滑坡的失稳演化规律,揭示黄土滑坡滑体运动迁移路径。结果表明：低角度黄土-泥岩滑坡在地震荷载作用下地震波水平方向和垂直方向均出现明显的放大效应;在黄土层内部,随着斜坡高度增加,坡肩和斜坡后缘加速度放大效应较为明显,对比坡脚、坡腰和坡肩处剖面上加速度放大系数,下伏泥岩对地震波产生一定的放大效应。松弛拉张裂隙,土体强度降低,接触面和坡肩、斜坡后缘处的拉张裂缝形成弧形滑移面,上覆黄土层由内向外依次连带下滑,坡肩处土体的下滑力和地震力促使坡腰土体大面积长距离滑动,最大滑动涉及范围长达200 m左右,土体下滑至坡脚发生堆积并产生隆起。数值模拟结果和振动台试验结果在动力响应和宏观变形破坏特征均呈现较高的吻合度。     

采坑型滑坡地质力学模式研究--以贵州省福泉滑坡为例

福泉滑坡具有顺倾上硬下软的结构特征,采用颗粒流离散元模拟采动滑坡的变形破坏全过程,研究福泉滑坡在露天开采条件下变形破坏的地质力学模式。基于颗粒流离散元程序,引入平行粘结模型,通过参数标定确定细观参数与宏观力学性质的关系,据此建立斜坡模型,模拟斜坡采动过程中的变形破坏全过程,确定该类采动滑坡形成的地质力学模式;研究滑坡滑动过程中的速度和能量变化以及堆积特征。研究表明:斜坡采动过程中,潜在滑面顺层滑移,后缘拉裂,裂纹从下往上向软弱面拓展,前缘坡脚处岩体形成锁固段,斜坡出现由前缘至后缘缘递减的蠕滑变形,随着斜坡进一步采动,锁固段发生剪切破坏,前缘坡体启动,中后部裂缝贯通—滑移,斜坡整体失稳破坏,形成牵引式采动滑坡,该类滑坡形成的地质力学模式可分为:滑移—拉裂—剪断3个阶段;对滑坡运动过程的模拟可知,采坑积水是小坝组受灾的关键转化因子。     

宝兰客专天水市王家墩滑坡地震稳定性分析

天水市秦安县王家墩滑坡为宝兰客专沿线巨型古滑坡群,宝兰客运专线秦安隧道穿其而过。以王家墩滑坡为研究对象,围绕工程中静、动力抗滑稳定性问题,通过室内试验、现场调查对影响王家墩古滑坡稳定性的地质构造、场地工程条件等内在因素进行分析评价,在此基础上通过有限元动力分析,对王家墩古滑坡在地震载荷下的动力响应进行分析,明确地震荷载作用下,王家墩古滑坡失稳影响因素、地震荷载与滑坡失稳破坏间的关系。采用动力有限元法和强度折减法相结合的方法,开展动力抗滑稳定性分析方法研究;采用位移突变的方法来确定边坡动力失稳及动力安全系数,分析结果表明：地震作用时的水平推力对王家墩古滑坡的稳定性有很大影响,表现为上部坡体的整体滑移和隧道入口段黄土堆积层局部失稳滑塌;在天然状态下坡体处于稳定状态,在遭遇未来该区域中强地震作用时,该斜坡会发生失稳,黄土斜坡的整体滑动最容易出现在第三阶坡体,沿着塑性应变最大的滑移面整体滑移;给出了坡体动力稳定性安全系数F_s=0.92。     

降雨型与地震型滑坡试验研究

为了研究和探索降雨和地震诱发滑坡灾害的成因机理,对降雨型滑坡和地震型滑坡进行了物理模拟试验,系统地研究了坡度、坡体结构、降雨量、振动强度等因素对斜坡破坏变形的影响规律,探讨了降雨和地震诱发斜坡失稳破坏的主要模式和过程.对于降雨型滑坡,通过实验确定不同坡度滑坡的临界降雨量,发现临界降雨量与滑坡坡度呈幂指数关系.对于地震型...     

不同类型黄土场地地震诱发灾害分析

基于FLAC3D数值模拟方法,建立不同类型的黄土场地计算模型,研究地震动强度和频率对不同类型黄土场地的动力响应特征和变形规律,分析不同类型黄土场地地震动响应的差异性,揭示不同类型黄土场地诱发的地震灾害,结合理论分析验证数值模拟结果的可靠性。研究表明:黄土-泥岩接触型二元结构斜坡极易发生滑动破坏引起斜坡失稳,并且在坡肩位置引起较为明显的动力响应,加速度放大系数是坡顶的2倍左右,是一元结构黄土斜坡相同部位加速度放大系数的1.5倍左右; 黄土斜坡临空面的存在会引起土体沿坡面发生一定范围的滑动和堆积,黄土塬内较塬边更为稳定,不易发生损伤破坏; 低频地震波对平坦场地的地震响应影响明显,随着高程的增加,频带宽度增加,傅里叶谱幅值增加,坡肩处的幅值是坡脚的2倍左右; 黄土斜坡场地易诱发大面积的滑坡灾害,黄土塬场地在剪切力和压张破坏条件下易诱发局部震陷灾害。     

地震作用下陈庄黄土-泥岩接触面滑坡失稳机理及稳定性研究

以甘肃礼县陈庄黄土-泥岩接触面滑坡为研究对象,在对该滑坡的地震地质环境、基本特征等调查的基础上,运用数值分析对陈庄黄土-泥岩接触面滑坡在各人工计算场地基岩地震动时程作用下的失稳机理及稳定性进行动态模拟研究。结果表明,陈庄滑坡在地震诱发下变形破坏模式为受拉和受剪的复合破坏模式。失稳机理过程可概括为：地震作用→底部岩体受张拉→潜在滑面主滑段上部剪应力增大→剪应变集中带出现→剪应变集中带延伸扩展贯通→滑坡失稳;滑坡稳定性方面,随着输入地震动的增大,陈庄黄土-泥岩接触面滑坡稳定性降低,其中在50年超越概率2%的基岩地震动时程作用下滑坡处于不稳定状态。     

汶川地震背后山滑坡稳定性与动力响应分析

2008年5月12日,四川汶川发生了8.0级特大地震,这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广、诱发地质灾害最严重的一次强烈地震。此次地震震撼了整个中国,引起了全世界的关注。在距离震中约250km,坐落于背后山古滑坡体前缘堆积体之上的汉源老县城,出现了比周边地区高出两度的烈度异常现象。如此高的烈度异常现象引起了广大科研人员和政府相关部门的高度关注。为了科学合理地解释汉源老县城高烈度异常的原因是否与背后山滑坡有关,并进一步探讨地震作用下边坡的稳定性及动力响应等问题,本文对背后山滑坡开展了与地震相关的一系列研究。本文的研究对推动这一领域的研究工作具有重要的理论和工程意义。本文系统地归纳、总结和评述了边坡稳定性的研究进展,对背后山滑坡的工程地质条件进行了详细的调查,整理和分析了汶川特大地震背后山滑坡科学考察的全部资料。在此基础上,通过有限元数值模拟,对背后山滑坡的共振特性,静、动力稳定性以及动力响应等进行了计算和分析研究,得到了若干有意义的结论,主要研究成果如下:(1)对汉源县的震害及背后山古滑坡进行了科学考察。在汶川特大地震发生后,防灾科技学院科考组在中国地震局的统一指挥下,负责汉源和北川的科考工作,对汉源县城背后山滑坡进行了野外调查,获得了地形地貌、地层岩性、地质构造等详细资料,揭示了背后山有古滑坡存在,圈定了古滑坡的边界范围,明确了古滑坡的活动期次、特征及现今稳定性状况。调查分析结果显示,汉源老县城位于背后山古滑坡体的前缘,但并未发现古滑坡整体复活的迹象,只在坡体后部出现了几条张性裂缝。(2)建立了背后山滑坡的地质模型、力学模型和有限元计算模型。选取典型的地质剖面,建立滑坡的地质模型、力学模型和计算模型,并制定了计算方案。提出4种安全系数的计算方法,对背后山滑坡的静力稳定性进行了计算和分析,得到静力安全系数为4.09。结果表明,在静力条件下,背后山滑坡是稳定的,同时为滑坡的地震稳定性分析提供了初始的静应力场。(3)分析了背后山滑坡的共振特性。分别通过ANSYS有限元模态分析和谐响应分析,得到了边坡体固有频率和振型,以及位移与频率的关系(共振曲线)。对比分析汉源县附近强震台站记录到的地震动卓越周期,我们发现,滑坡的固有周期与其基本相近。现场考察发现,汉源老县城坐落于背后山滑坡体前缘之上,由此分析认为,可能是由于滑坡体发生共振而导致了汶川地震时汉源老县城的高烈度异常。(4)计算和分析了背后山滑坡的地震稳定性。分别用拟静力法和有限元动力时程分析法计算了地震作用下滑坡的安全系数,重点是运用后一种方法进行计算、分析和评价。通过有限元动力时程分析,得到滑坡在地震作用下的安全系数时程曲线,通过分析给出了滑坡最小动力安全系数值为1.1,由此判断,滑坡整体是稳定的。对于边坡稳定性评价,本文提出可以根据安全系数最小值是否大于1,边坡关键点速度时程末段是否趋于零,以及在地震动时程末段位移、应力矢量场大小几个方面来判断滑坡的稳定性。在判断滑坡整体稳定的情况下,针对坡肩、坡脚等关键部位,提出从受力情况和振动速度两方面对其进行局部稳定性的分析和判断,并计算了关键点处的安全系数。计算和分析的结果表明,汶川地震中汉源县高烈度异常现象与滑坡滑动无关,但在坡肩附近以及坡体上部小范围内有轻度的拉张开裂,这与实际调查现象基本符合。(5)分析和讨论了背后山滑坡的动力响应,以及地震动三要素对边坡动力响应的影响。具体计算分析中,本文在坡面上、滑体内、滑面上、坡体内设置了32个监测点进行计算和分析。计算结果发现:在坡面附近,动力响应加速度峰值相较于输入地震动加速度峰值达到3倍以上,即PGA放大系数达到3以上。并且边坡体各点PGA放大系数在竖向上随高程增加而增大;沿坡体坡面方向从左至右,PGA放大系数逐渐增大后缓慢减小。坡体水平位移在竖向上随高程增加而增大;沿坡体坡面方向从左至右,位移逐渐减小。坡面陡坎对加速度、位移响应的突变效应很明显。分析地震动三要素对坡体动力响应的影响可以看出,加速度、位移动力响应的绝对量随输入地震波振幅增大呈明显的线性增长关系,但位移、加速度放大系数保持不变,它们不受振幅的影响,只取决于岩土体材料以及频谱特性。随着输入地震波频率的增大,坡面上各点的PGA放大系数减小,位移峰值随输入地震波频率的增大而减小。持时对坡体加速度峰值响应的影响不明显。综上所述,本文在背后山古滑坡工程地质条件调查的基础上,建立了地质模型、力学模型和计算模型。采用有限单元法对背后山滑坡进行静、动力稳定性分析、共振特性分析、动力响应分析等方面的研究是可行并且有效的。本文研究结果表明,背后山滑坡在汶川特大地震中并没有发生整体滑动,只是在坡肩附近小范围内产生轻微的拉张开裂。汉源县老县城高两度的烈度异常现象与背后山滑坡整体稳定性无关,与滑坡体共振产生剧烈振动有关,坡面的加速度放大效应非常明显。此外,本文认为,对于避免地震作用下边坡的失稳问题,可以通过分析边坡响应变化趋势、响应最明显的位置以及产生共振反应的频率段等相关特征给出相应的抗震措施。     

青藏高原东南三江流域黄土类堆积体斜坡地震作用下的动力响应试验研究——以四川巴塘下归洼滑坡为例

青藏高原东南三江流域广泛存在堆积体斜坡,该类斜坡极易演化为滑坡灾害。以四川巴塘下归洼斜坡为例,通过振动台模型试验研究地震诱发的堆积体滑坡动力响应特征与破坏模式。试验结果表明,在地震作用初期,由于孔隙被挤密,斜坡的自振频率增大;在茂县波激励下,斜坡肩部动力响应最强烈。高幅值茂县波激励下,因斜坡整体刚度降低,放大效应减弱。Hibert谱描述了地震波在斜坡中的传播特征,向斜坡顶部传播时,地震波高频能量显著增强,地震波经过堆积层后,放大效应减弱。在足以致使堆积层滑动的强震作用下,坡表一定深度下动力响应呈现一致剧烈现象,斜坡上部会形成“脱离体”,“脱离体”在地震作用下上下颠簸运动;在临滑时,坡表出现最强烈的动力响应。斜坡的破坏模式为:地震初期,在重力和地震耦合作用下,坡表土体剥落;随地震幅值增加,坡肩与堆积层发生明显相对位移,堆积层表面出现裂缝;最终,坡脚发生明显相对位移,随后堆积层偏离基岩加速滑塌。基于地震信号特征的斜坡堆积层滑落过程可分为三阶段:(1)稳定阶段;(2)临滑阶段;(3)滑移阶段。     

基于D-InSAR和PFC2D技术的白格滑坡稳定性分析

2018年10月11日和11月3日,位于金沙江上游右岸的西藏江达县波罗乡白格村先后发生了2次特大规模的滑坡堵江事件,经人工干预后险情得以解除。运用差分干涉合成孔径雷达(D-InSAR)技术对白格滑坡后缘的潜在危岩体进行了7.5d连续不间断的监测,结果表明：滑坡体上侧区域目前仍然不稳定,具有再次发生滑坡堵江的危险。基于此,文中利用颗粒流软件PFC2D模拟了滑坡后缘潜在危岩体在自身重力、强降雨、地震条件下的稳定性状况。模拟结果表明：后缘潜在危岩体在静力作用下不会产生明显的失稳滑动,在强降雨和强地震动条件下会发生失稳破坏,可能会再次堵塞金沙江并形成堰塞湖。根据文中的模拟结果可对滑坡稳定性做出科学评价,同时为以后类似滑坡的防灾减灾提供参考。     

汶川地震高速远程滑坡速度研究

汶川地震诱发了大量的高速远程滑坡。在超强的地震动作用下,坡体结构被撕裂并抛射后,受到坡体前缘地形及自身势能的影响,很容易转化为碎屑流作远程运动,这种高位滑坡以其很快的运动速度和超常的运动距离造成了巨大的灾害与损失。本文在对汶川地震大型典型高速远程滑坡大量现场调查的基础上,分析了坡体临空飞行运动初始速度、滑程运动最大速度以及碎屑流运动速度,并且以东河口滑坡为例,对比了不同计算方法下的运动速度和运动性,得到东河口滑坡的运动特征值μ=0.2292,最大运动速度Vm ax=63.40 m/s,平均运动速度超过25 m/s,属于超高速滑坡运动以及强碎屑流性质。     

黏性土坡地震失稳机制及其在黄土斜坡地震稳定性分析中的应用

基于地震作用下黏性土坡失稳滑动特点,以土体应力状态及其变化分析边坡失稳过程。通过分析地震作用下边坡不同部位土体应力状态和剪应力变化,结合实际地震边坡失稳破坏特征,提出黏性土坡地震三段式滑动失稳机制。在分析该滑动失稳机制与有限元强度折减法之间应力关联的基础上,将两者结合应用于实际黄土地震滑坡动力稳定性分析。依据此考虑得到的动力安全系数相比较其他方法,与极限平衡法得到的结果更为接近。     

大型高位堆积体滑坡稳定性分析与数值模拟

青藏高原边缘地带堆积体滑坡的发生与地质构造、强降雨、地震等作用密切相关,其中多数属于大型高位堆积体滑坡。为研究其发生机理与稳定性,以舟曲县江顶崖大型高位堆积体滑坡为研究对象,首先,从滑坡所处的地理位置、地质条件等出发,分析滑坡的概况与成因;其次,基于传统传递系数法划分滑坡计算模型,提出滑坡稳定性分析的变坡法;最后,采用Midas GTS NX软件对江顶崖滑坡自然工况下稳定性进行数值模拟分析,并与传统及改进算法结果进行对比。研究结果表明：(1)研究区的地形坡度、地层岩性条件以及活动断裂、历史强震作用是滑坡发生的内因,外因是连续强降雨作用使岩土体力学强度降低以及暴雨导致滑坡前缘的白龙江水位上涨、流速加快,冲刷坡脚导致前缘失稳,滑坡中后缘发生牵引式滑动;(2)运用传递系数法计算折线形滑坡稳定性时,滑面倾角变化值大于10°会导致结果出现较大误差,应用改进的“等分均匀变坡法”可以减小误差,以江顶崖滑坡为计算实例并结合数值模拟验证该方法的有效性;(3)自然工况下模拟发现,滑体的前缘主要表现为水平滑移,滑体的中后部局部主要表现为垂直下沉,而滑坡前缘则主要表现为隆起,因此,滑坡部分区域出现了较大的位移...     

Landslide Amplification by Liquefaction of Runout‐Path Material after the 2008 Wenchuan (M 8·0) Earthquake,China

Here, we propose that an earthquake can trigger the failure of a landslide mass while simultaneously triggering liquefaction of runout‐path materials before the arrival of the landslide mass, thus greatly increasing the size and mobility of an overriding landslide. During the 2008 Wenchuan earthquake, about 60 000 landslides were triggered, directly resulting in about 20 000 casualties. While these landslides mainly originated from steep slopes, some landslides with high mobility formed in colluvial valley deposits. Among these, the most catastrophic was the Xiejiadian landslide in Pengzhou city, which traveled hundreds of meters before coming to rest. Through field investigation and laboratory testing, we conclude that this landslide primarily formed from colluvial deposits in the valley and secondarily from failure of slopes in granitic rock located uphill. Much of the granitic slope failure was deposited in the upper part of the travel path (near the slide head); the remainder was dispersed throughout the main landslide deposit. Superposition of deposits at the landslide toe indicates that landslide debris derived from colluvial soil was deposited first. The deposits at the landslide toe displayed flow characteristics, such as fine materials comprising basal layers and large boulders covering the deposit surface. We hypothesize that the main part of the landslide resulted from seismogenic liquefaction of valley colluvium, rather than from liquefaction potentially caused by undrained loading from the granitic slope failures impacting the colluvium. To examine the likelihood that seismogenic liquefaction occurred, we took samples from different areas of the landslide deposit and performed undrained cyclic shear tests on them in the laboratory. The results showed that the sandy soils that comprise most of the deposit are highly liquefiable under seismic loading. Therefore, we conclude that liquefaction of the colluvium in the valley during the earthquake was the main reason for this rapid (~46 m/s) long‐runout (1·7 km) landslide. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

汶川地震高速远程滑坡机制实验研究

汶川大地震触发了多处高速远程滑坡,导致了大量的人员伤亡及财产损失。其中,东河口滑坡是这次地震触发的最为典型的高速远程滑坡之一,同时也是目前备受关注、争论颇多的滑坡之一。野外调研结果表明,该滑坡的成因和动力特征主要包括震裂溃屈、水平抛射、碎屑流化和振动液化等4个方面。为了对该滑坡滑动过程中的振动液化这一动力特征进行模拟再现,在东河口滑坡体上采集了具有代表性的滑带土作为试验样品,并以该地震时的实测地震波作为动力输入,利用目前国际上最先进的DPRI环剪试验机,对滑坡滑动过程中的振动液化现象进行了一系列环剪试验研究。结果表明,地震作用过程中,发生在滑坡潜在滑面上的振动液化现象是导致高速远程滑坡产生的一个重要因素;伴随着振动液化过程,滑体的剪切强度迅速降低并产生逐渐增大的剪切位移,为高速远程滑坡的形成提供了条件     

21世纪初几次大地震事件触发滑坡基础数据建设

自2008年5月12日汶川MW7.9地震发生以来,针对地震滑坡与光学遥感影像的特点,制定了地震滑坡编录新原则、遥感影像选取新原则及地震滑坡属性库建立原则。文中介绍了21世纪初4次大地震事件触发滑坡基础数据建设成果:包括2008年5月12日汶川MW7.9地震,此次地震触发了至少197 481处滑坡;2010年4月14日玉树MW6.9地震至少触发2 036处滑坡;2010年1月12日海地MW7.0地震至少触发30 828处滑坡;2007年4月21日智利艾森峡湾MW6.2地震至少触发1 000处滑坡。分析了地震触发滑坡基础数据建设成果与以往研究的不同。最后从地震滑坡基础数据建设成果对地震滑坡分布规律与危险性评价的影响,对震区滑坡与泥石流防灾减灾的意义,对地震震级、活动断层运动习性、地震烈度等的反馈,对震区河流与地貌演化研究的基础意义,对全球地震震级与触发滑坡关系研究的意义等几个方面,分析了地震滑坡基础数据建设的实际应用价值与科学研究意义。     

海原大地震诱发石碑塬黄土滑坡机制探讨

1920年海原8.5级大地震诱发的石碑黄土塬滑坡,因其规模大、坡度小、滑距远的特点成为业界关注焦点,目前对该滑坡的物理力学过程仍无统一认识。基于此,文章通过理论分析和数值计算方法研究该滑坡初始状态、地震动力响应和流滑发展过程。为分析震前斜坡初始状态,建立考虑斜坡表面拉裂缝中侧向水压力作用的力学计算模型。结果表明,拉裂缝中侧向水压力削弱了斜坡整体稳定状态;为研究地震时斜坡动力响应过程,建立数值计算模型,获得地震时斜坡饱和土层的孔隙水压力比和斜坡位移的变化特性;为解释远程滑坡,将液化后土层等效为流体,借鉴泥流滑距估算理论,求算石碑塬滑坡的滑距,计算结果与前人现场考察结果吻合。     

断裂性质与滑坡分布的关系——以汶川地震中的大型滑坡为例

越来越多的地震滑坡相对于地震断层的不对称分布震例让人们意识到断层上盘效应的存在。 然而,目前有关断裂运动方式与滑坡空间分布关系的研究还不够充分和深入。在收集大量地震滑坡震例资料并获得其分布规律的基础上,建立了一个简化的断层模型,以地震波在地表与断层面之间反射传播特性为基础,探讨断层倾角改变对地表地震动强度的影响。进而,以汶川地震触发的大型滑坡为例,研究了断层的几何特征和运动方式对诱发滑坡空间分布的影响。结果表明,断层的倾角对滑坡空间分布范围具有控制作用,随着倾角的增加,垂直断层走向的滑坡分布范围逐渐减小;并且,大型滑坡的初始坡面受到断裂运动方向的影响,与断裂运动方向一致的坡面更容易发生滑坡。所获结果不仅有助于提高区域性地震滑坡危险区域的预测精度,而且对认识大型滑坡的滑动机制、主控因素以及可能的滑动规模、滑距等也起到促进作用。通过对滑坡崩塌的认识来辅助提高对地质构造、地震断层等的认识,应是地震诱发滑坡崩塌研究的新的意义所在。