求解滑坡位移场的数字图像相关方法

精确求解滑坡位移场对于滑坡灾害的监控与防治有着十分重要的意义,将数字图像相关方法应用于滑坡位移场计算,可以快速准确得到滑坡在一段时间的位移场信息.本文以梅坪滑坡位移场求解为例,详细介绍了利用数字图像相关方法求解滑坡位移场的具体过程.对不同时间采集得到的梅坪滑坡图像,首先进行灰度化处理,以消除色彩、光照等因素造成的干扰;其次利用所选的标志点对两幅图像进行平移、旋转等校正,消除因人为拍照所引起的误差;最后对两幅图进行匹配求解得到对应时间的滑坡位移场.采用实验室标定方法对数字图像相关方法在小形变范围内的准确性进行了验证,为数字图像相关方法在滑坡位移场计算的应用上提供支持.     

黑方台台塬斜坡变形破坏的结构面效应研究

结构面对于黑方台台塬斜坡变形破坏的影响研究成果较多,但以单方面研究为主,较少进行系统研究,因此通过对黑方台台塬结构面类型及其组合特征以及斜坡变形破坏类型和特征的分析可知:研究区结构面类型主要包括节理裂隙、层面、接触面、断层和临空面,结构面组合类型分2大类8小类,各类型具有自身的结构特征和分布特征;结构面及其组合对黑方台台塬斜坡变形破坏类型选择和空间分布选择控制效应明显,特别是对滑坡类型选择和空间分布的影响。     

汉源县背后山滑坡动力稳定性分析

坐落于背后山古滑坡前缘堆积体之上的四川省汉源县在5.12汶川特大地震中出现了罕见的高烈度异常现象。针对此种现象,利用ANSYS有限元软件分析了汶川地震对背后山古滑坡稳定性的影响。通过有限元地震时程反应分析,计算得到了汶川地震汉源背后山滑坡的安全系数时程、速度时程及位移和应力矢量场,以此分析判断此滑坡是否发生整体滑动。在此基础上,针对坡肩附近等关键部位,分析其受力和振动速度效应,并运用4种安全系数确定方法计算了滑面和关键点的安全系数值。结果表明:背后山古滑坡在汶川地震中并未发生整体滑动,但在坡肩附近会出现局部拉张开裂,高烈度异常与滑坡滑动无关。     

基于数字图像测量系统的三轴试样变形研究

基于亚像素角点检测的图像测量技术能够记录试样表面方块角点每一时刻的位移,从而获得试样的表面应变场。将基于试样表面6行方块分别计算的应变与基于全部6行方块的整体平均计算得到的结果进行比较,显示中间4行方块区域的变形基本不受端部约束影响。还对采用试样上、中、下三个部分与整个试样的测量结果获得的应力与应变特性进行了对比分析。该方法能够测量任意时刻试样的轴向应变场,通过轴向应变场的变化可以准确地描述试样剪切带的产生、发展以及完全形成的全过程。     

基于数值流形法的反倾层状岩质边坡倾倒破坏分析

边坡破坏是累积性过程，从变形到破坏的过程中会产生永久位移，如果永久位移过大，极有可能产生滑坡。因此根据不同工况下采集到的位移数据，分析地震作用下反倾层状岩质边坡在不同内摩擦角下的破坏特征。利用二维数值流形法（NMM），以青藏高原金沙江流域西藏昌都地区芒康县索多西乡贡扎倾倒滑坡为研究对象，依据实地考察数据及室内力学试验得到的物理力学参数，建立数值计算模型，模拟地震作用下反倾层状岩质边坡倾倒破坏过程，并在边坡上布置3组监测点获取位移数据。模拟结果表明:随着内摩擦角的增大，边坡坡体从开始破坏到新的平衡状态和达到最大位移所需的时间越短，同时，滑动块体最大水平位移逐渐减小；内摩擦角＜40°时，坡体在前15 s呈整体移动趋势，大部分岩块产生整体滑移，靠近坡顶处的岩块发生轻微转动，推动前面的岩块加速滑动，呈倾倒-滑移模式；内摩擦角＞40°时，靠近坡顶的岩块首先产生滑动，并转动驱使前面的岩块，推动坡脚处岩块产生滑动，最终上部岩块达到新的平衡，呈渐进式倾倒破坏，产生整体性破坏的可能性较小。     

吉林通化地震台四分量钻孔应变在日本9.0级地震前后的变化特征

基于通化地震台四分量应变观测,通过K-L最佳直线拟合及傅立叶滑动去年周期对数据进行处理,进一步分析日本9.0级地震前后应变变化特征。结果表明,K-L最佳直线拟合和傅立叶滑动去年周期,可以较好地消除通化台应变观测中的长趋势变化项和年变成分,使应力应变的微动态变化更加显著地表现出来;通化台四分量应变在日本9.0级地震前的压性变化与同一构造带的另外两个台站分量应变观测的大幅压性变化一致;日本9.0级地震使通化台面应变出现持续约8个月左右的扩张变化,变化性质与由GPS计算得到的同震位移结果较为一致。     

地震诱发黄土滑坡的滑距估测

认为用坡体波动振荡效应来解释地震滑坡的形成是合理的,地震动使坡体波动振荡产生的启程剧发速度会直接影响到滑后行程速度和整个滑动土体的滑移距离。最大滑距可分为地震时坡体波动振荡产生的位移和地震波动停止后滑坡的滑移距离两部分,先采用Newmark有限滑动位移分析模型计算前者的永久地震位移,再进一步计算后者。经海原地震滑坡实例计算,文中地震滑坡滑距计算公式实用有效。     

强降雨作用下金场坝水库边坡稳定性分析与治理评价

以FLAC3D数值模拟计算为主要研究手段,基于结构动力学非线性有限元理论,结合某水库左岸边坡实例,对强降雨作用下滑坡体应力、位移、塑性区域进行研究,以及采用混合抗滑措施后的加固效果进行评价.结果表明:强降雨作用下,滑坡体内部主要以压应力为主,不存在拉应力;滑坡产生的最大竖向位移位于滑坡体的中下部;塑性区域面积存在集中现象贯穿滑坡体内部,滑坡处于不稳定状态.加固处理后,滑坡产生的最大竖向位移相比设抗滑装置前滑坡滑动位移量明显减小,塑性区域的面积减少,滑坡整体处于稳定状态,治理效果明显.     

基于GeoStudio的滑坡稳定性计算方法对比分析

为了解决滑坡治理过程中的稳定性分析问题,将GeoStudio软件应用于滑坡稳定性分析计算中。以陕西巨亭滑坡为例,采用极限平衡法、滑面应力分析的有限元法分别进行了稳定性计算。对比分析2种计算方法得到的安全系数和潜在滑动面得出：安全系数较勾接近,但有限元法得出的潜在滑动面更准确。GeoStudio软件可以方便的计算出边坡安全系数,直观的表达出潜在滑动面,为滑坡的治理分析提供可靠依据。     

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。     

高密度电法在黑方台地下水探测中的应用

由于农业灌溉,黑方台台塬边共发生了120余次黄土滑坡,严重威胁当地居民的生命财产安全.研究表明,该地区滑坡的主要诱因是黄土层中不断抬升的地下水,故对研究区滑坡的诱发形成机理展开分析探讨,就不能脱离对该地区黄土层中地下水分布规律的研究.基于此,本文运用高密度电法,对黑方台台塬内部及塬边滑坡区的黄土层中地下水分布规律进行探测研究.据三条物探剖面探测结果可知:1)研究区地下水中矿化度高,可断定其来源为农业灌溉;2)台塬内部黄土层中的地下水水位较为平缓,汇向台塬东北侧一带;3)而塬边水位骤降,趋势与滑坡地形基本一致,且滑坡坡顶处有局部水位抬升现象.物探结果与钻孔数据结果基本吻合,证明运用高密度电法对研究区地下水位进行探测是一种可靠的方法.     

断层黏滑动态变形过程的实验研究

实验研究断层黏滑过程的变形演化,尤其是失稳黏滑瞬间的断层位移演化特征,对于了解地震从孕育到发生的全过程具有重要意义.本文基于数字散斑相关方法(digital speckle correlation method, DSCM),用三套图像采集系统(两套低速和一套高速图像采集系统)搭建了断层黏滑过程的多观测区域、多时间尺度的变形场测量系统,并用此系统对一种花岗岩双剪滑动模型的黏滑过程进行了实验研究.对间黏滑期和黏滑期断层位移演化特征进行深入分析的结果表明:间黏滑期断层位移演化体现出空间上的非均匀性和时间上的"趋同化"特征,断层滑动趋同化也许是断层错动匀阻化的一种宏观表现形式;断层黏滑动态过程持续时间非常短(本文300 mm断层黏滑过程持续时间约在1 ms量级),黏滑失稳前会出现预滑,预滑出现到黏滑失稳发生所经历的时间与黏滑失稳过程所用时间相差一个量级;断层的一次黏滑由若干个滑动速度不同的、小的失稳滑动组成,黏滑失稳过程中断层的滑动速度呈现出波动性,整个滑动过程中断层经历了多个高速滑动和低速滑动的交错.     

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     

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。     

考虑动态临界加速度的地震边坡永久位移预测模型研究

在区域边坡地震危险性评价中主要采用永久位移预测模型进行地震边坡永久位移计算。永久位移预测模型以Newmark滑块理论为基础,通过大量实测地震时程记录统计拟合得出。针对Newmark理论中滑动面抗剪强度参数保持不变和已有位移预测模型的计算位移小于实测位移的问题,利用动态临界加速度理论,分别构建含有峰值加速度和阿里亚斯强度的两种位移预测模型。对该模型计算出的永久位移合理性进行讨论,发现永久位移计算结果符合滑坡实测位移的数量级。采用本文模型计算的永久位移更加接近地震滑坡位移实际大小,可以解决一直存在的预测位移小于实测位移的问题。在更进一步讨论发展的基础上,本文模型可满足更多的理论应用和工程实际,为区域边坡地震危险性评价提供思路。     

断层走滑不均匀性对地面变形的影响

根据塞积群理论导出了走滑断层两端点固定时位移场随位置的不均匀分布解析表示关系,分析和讨论了断层上不同位置的位移场分布特征, 采用新导出的断层滑动不均匀分布公式对地面的水平位移场和垂直位移场进行了数值模拟计算,并与传统的Okada 位错模型在理论和计算结果上进行了对比分析.理论和计算结果分析表明：断层滑动不均匀分布公式是Okada位错模型在一定条件下理论上的扩展,而Okada位错模型是走滑不均匀公式的零阶近似;断层滑动不均匀分布公式与Okada 位错模型计算的地面位移场在走滑方向、垂直于断层走向和垂直于地面方向的近场变形差异最大在50%至65%之间,而最小差异在1%以内.     

地震作用下黄土边坡动态滑动位移研究

提出在地震作用下黄土边坡滑动的新模型,该模型由一个四边形块体和一个扇形块体构成。根据牛顿第二定律,分析该边坡在地震作用下两滑动块体的受力状态,推导任一时刻滑动块体的加速度。从而给出该边坡模型的临界地震加速度系数表达式并计算不同参数下,临界地震加速度系数的值。对已推导边坡块体加速度积分,解得任一时刻滑动块体的位移表达式,计算此时滑动块体的位移特解,并根据给定的三种实例,计算不同参数下滑动块体的位移。结果表明：块体交界面的倾角对临界地震加速度系数和块体滑动位移有显著的影响,当块体交界面倾角为正时,滑体越大,则临界地震加速度系数越小;当块体交界面的倾角为负时,滑体越小,则临界地震加速度系数越小;当块体交界面的倾角相等、持时相同时,滑块越大,位移越小。研究结果可为相关边坡的抗震设计及地震滑坡位移计算提供新的参考。     

兰德斯地震断层面及其附近余震产生的位移场研究

根据兰德斯(Landers)地震断层面及其附近余震目录计算这些余震产生的位移场, 并与根据兰德斯地震破裂面滑动分布计算的主震产生的位移场进行对比. 结果表明, 断层面及其附近余震产生位移场的方向与主震大体一致, 余震破裂总体来看是继承性的. 余震产生的位移场达厘米量级, 足可以被GPS观测所捕获. 在利用地震震后随时间变化位移场研究地球粘性结构、 地震震后滑动分布等地球物理问题时, 扣除余震产生的位移场可以最大限度地减小反演结果的不确定性, 得到符合实际的结果.      

地震边坡稳定性分析的拟静力方法适用性探讨

应用极限平衡拟静力方法进行地震边坡稳定性分析时,对粘聚力较小、内摩擦角较大的浅层滑坡而言,随着地震水平设计加速度值的增大,其临界滑动面基本保持不变;然而,对粘聚力较大而摩擦角较小的深层滑坡而言,随着地震水平设计加速度值的增大,临界滑动面越深、越宽,会呈现出发散现象,选取两个典型的均质土坡,设计了由浅及深的多条滑动面,分别采用极限平衡瑞典方法进行了相应安全系数的计算,同时比较了自重、地震力、粘聚力在抗滑力矩以及滑动力矩中所占比重的变动情况。研究发现:对于浅层滑坡,随着滑动面由浅及深的变化,粘聚力产生的抗滑力矩所占百分比下降幅度较大,自重产生的滑动力矩与总体抗滑力矩的比值下降幅度较大;而对于深层滑坡,随着滑动面由浅及深变化,自重产生的抗滑力矩所占百分比增长的幅度较大,地震力产生的滑动力矩与总体抗滑力矩比值增长幅度也较大。     

1668年郯城8．5级地震断裂的全新世滑动速率、古地震和强震复发周期

本文根据野外考察、实测和开挖资料，研究了１６６８年郯城８．５级地震断裂的水平和垂直位移及古地震标志和证据、全新世位移分布和滑动速率、古地震遗迹、古地震期次、强震复发周期以及地震破裂模式。研究结果表明，沿１６６８年郯城８．５级地震断裂上的全新世位移分布与１６６８年郯城地震破裂位移分布具有良好的同步性和分级特征。破裂位移和滑动速率在空间上是变化的，水平滑动速率在１．７～２．８毫米／年范围内变化，垂直位移速率在０．２～０．５毫米／年范围内波动，水平位移量与垂直位移量比为６～８倍。沿郯城地震断裂全新世发生了４次强震事件，８级大震具有准周期重复特征，郯城地震断裂上发生的地震拟合了特征地震模式。本文归纳总结出来的鉴别断裂水平和垂直位移及古地震事件的标志和准则，对活断层和古地震的深入研究有一定的借鉴意义。