受暂时性承压水作用的山前缓坡稳定计算公式推求

近年来,宁镇地区山前缓坡地带发生多起中-大型滑坡,该类缓坡具有特殊地质结构,即下部为透水性较好的碎石土、砂砾类土,而浅表地层为透水性相对较差的黏性土。强降雨条件下坡体内容易形成暂时性承压水,在暂时性承压水浮托力的作用下引发间歇性蠕动。本文根据宁镇地区山前缓坡的地层结构特点,对其构建了相应的水文地质模型,讨论了极端强降雨条件下缓坡中上部和中下部区域的受力特征,并基于Janbu法推导出缓坡的稳定性系数公式,最后以镇江跑马山边坡为例进行稳定性计算。研究结果表明,暂时性承压水对缓坡不同部位的影响差异较大,从本质上解释了缓坡发生滑动破坏的机理及传统极限平衡方法求得的安全系数不准确的原因。这一认识可以为宁镇地区山前缓坡稳定性评价及滑坡治理提供理论依据。     

宁镇地区山前缓坡地层结构及其稳定性分析

近年来由于受极端强降雨天气的影响,宁镇地区山前缓坡发生多起中型-大型滑坡地质灾害,主要表现为间歇性蠕滑,规模较大,而滑移距离较小,一般小于30 m,该类滑坡严重威胁附近居民的生命和财产安全,造成巨大的经济损失和严重不良社会影响。为此,本文针对这一典型山前缓坡新型滑坡地质灾害,运用岩体结构控制论和优势面理论对其滑坡体地层结构及滑动机理进行研究,结果表明滑坡主要发生在山前缓坡地段,滑坡体具有特殊的地层结构及水文地质特性,受到强降雨作用时,在坡体内容易产生暂时性承压水,在其浮托力的作用下缓坡主要产生顶托破裂和剪切破坏,并随降雨产生间歇性蠕滑。     

南京市浦口区某山前缓坡滑坡复活机制再分析

南京猪头山滑坡属于典型的覆盖层滑坡,2003年5月边坡发生缓慢变形失稳,没有对周围造成很大的危害,故未引起足够重视,2016年6~7月间受强降雨的影响再次发生大规模的滑动。研究发现,该滑体的地层具有特殊地质结构,在强降雨条件下会产生暂时性承压水,在其承压水的渗透力及浮托力作用下,其稳定性将会大大下降,因此该滑坡的再滑动与降雨密切相关。本文运用数值模拟方法分析了滑坡变形过程与降雨时长及降雨强度之间的关系,结果表明猪头山山前缓坡的稳定性随降雨时长和降雨强度增大逐渐降低,且具有一定的突变性,其滑坡面的位置位于坡体填土层的下部,较好地揭示了猪头山降雨型滑坡形成的机理以及滑坡再滑动机制。这一研究为所在地区的降雨性滑坡预报和治理提供了科学依据。     

贵州关岭大寨高速远程滑坡碎屑流研究

2010年6月28日,贵州关岭因突降暴雨发生高速远程滑坡,滑程约1.5km,体积约174.9万m3,两个村组被毁,99人遇难。滑坡区位于西南地区常见的煤系地层区,上部为灰岩、白云岩,中部为相对较缓的砂岩地层,下部为页岩、泥岩地层,局部含煤,具有上硬下软的山体地质结构和上部富水下部隔水的水文地质结构,极易形成滑坡地质灾害。从地形上看,斜坡上陡下缓,形似靴状地形,上部陡峭地形导致山体易于失稳,而中下部开阔伸展良好的沟谷提供了远程的运动条件,较大的势能向动能的转化,容易形成高速远程滑坡碎屑流。6月27日和28日的降雨是触发此起特大灾害的主要原因,其24h降雨量达310mm,超过了当地近60a来的气象记录,分析表明,降雨产生的沟谷径流量是平时强降雨(100～150mmd-1)的沟谷径流的2倍之上,一是在滑源区砂岩裂隙岩体中形成静水压力和渗透压力,触使滑坡的失稳下滑; 二是在沟谷中产生地表径流,为碎屑流远程流动形成饱水下垫面,导致了碎屑流流动距离和速度的显著增加。近年来随着极端强降雨等灾害性天气的重现期缩短,高速远程滑坡造成的群死群伤特大地质灾害在我国呈逐渐增加趋势,应加强对这种灾害类型的调查与防范,特别是要进行滑坡安全避让范围和逃逸速度的研究。     

暂时性承压水导致山前缓坡破坏的模型分析

宁（南京）镇（镇江）地区大量缓倾角滑坡发生在强降雨之后,坡内水位抬升形成暂时性承压水,滑坡变形表现为坡体前缘隆起、后缘拉裂。通过对南京江宁石龙路滑坡开展现场地质调查,发现该滑坡地层结构表现为宁镇地区山前缓坡典型的上细下粗的二元地质结构特征。文章以南京石龙路滑坡破坏特征为基础,从简单的承压水分布模型与简支梁模型的基本原理出发,试图分析暂时性承压水导致坡体前缘隔水层隆起破坏的力学机制。针对滑坡前缘隆起特征,构建承压水一维稳定流模型,分析了坡体前缘透水层中承压水的分布特征;引入简支梁模型分析了承压水扬压力对隔水层的变形和稳定性的影响以及隔水层中裂隙的发育规律;确定了隔水层隆起后破坏的判据,详细分析了坡脚处扬压力水头和隔水层厚度对隔水层破坏特征的影响。研究结果表明透水层中承压水头为三角形分布,隔水层最深裂隙发育在扬压力对简支梁模型的最大弯矩处;地表隔水层最大破坏区域与坡脚处扬压力水头呈正相关,与隔水层厚度呈负相关;隔水层发生隆起—拉裂破坏时的临界扬压力水头和临界隔水层厚度近似呈线性关系。     

降雨对花岗岩风化层路堑边坡滑动模式影响

降雨引起路堑边坡的浅层局部滑动是工程中常见的现象,但其内在原因的研究尚不充分。为此,以福建省云平高速云霄段花岗岩风化层中的某两级路堑边坡为例,采用饱和和非饱和土抗剪强度理论,按照强度折减有限元方法分析了该边坡在一般工况、地下水渗流工况和降雨入渗工况下的滑动模式。结果表明:一般工况下该边坡滑动模式为深层整体滑动;地下水渗流作用可使边坡由深层滑动模式向浅层滑动模式转化;长时小或中等降雨作用下坡体内出现三道滑动面,且一级边坡内滑动面最先贯通,滑坡模式由深层整体滑动向浅层局部滑动演化。短时强降雨作用下仅在一级边坡内出现贯通的滑动面,即由整体滑动模式完全转变为浅层局部滑动模式。降雨工况越不利表现越为明显,与实际滑坡现象相吻合,且安全系数不满足规范要求,从而从理论上验证了该路堑边坡发生浅层局部滑动的必然性。此外,为避免花岗岩风化层路堑边坡在降雨入渗下发生浅层局部滑动,对假设的不同放坡方案进行了数值模拟分析。结果表明,适当放缓坡率可使一级边坡内不出现滑动面,滑坡模式仍为较深位置的整体滑动,且安全系数可得到有效提高,使其满足规范要求。因此,实践中,采用文中方法对设计的类似地层中的路堑边坡事先进行降雨入渗影响下的模拟分析极为必要。将使放坡坡率更为科学合理,可在确保边坡整体稳定性的同时,极大降低其发生浅层局部滑动的可能性。     

温州某边坡稳定性分析

以温州某边坡为研究对象,通过现场勘查和室内分析边坡岩土特征,共发现了3段不稳定斜坡;利用赤平投影法和极限平衡法,对边坡进行定性和定量的分析,结果表明:AB段边坡在不利情况下边坡表部土体仍能发生滑塌现象;CD段边坡中下部岩体容易发生楔形破坏及浅表层岩体剥落;DE段边坡中上部土体的滑坡及下部挡墙不能满足边坡的抗滑作用。     

三峡大树场镇堆积层滑坡暴雨失稳机理研究

2014年9月1日,奉节大树场镇发生了大型崩塌堆积层滑坡,体积约37.8×104m3。基于大量的现场地质调查和室内分析,文章阐述了滑坡特殊的地质地貌及地质结构特征,分别从地质和环境因素两个方面进行了滑坡成因分析,采用非稳态非饱和渗流方法研究滑动失稳变形过程,并基于地貌学与工程地质力学理论推断滑坡形成演化过程。得出如下结论:(1)大树场镇滑坡为极端降雨诱发的近水平地层区崩塌堆积层滑坡,具有多次滑动特征;(2)特殊的地形地貌条件是滑坡形成的内因;极端强降雨是滑坡发生的直接诱发因素;(3)降雨前期,降雨主要通过入渗滑体增加其自重,入渗量大而渗流量小,对滑体稳定性影响较小;之后持续强降雨致使基岩顶面处的孔隙水压力不断增大,为滑体提供动态浮托力,加之滑体内部形成的渗流场导致稳定性大幅度降低;堆积体结构分布受控于基岩接触面形态,滑体不同区域达到饱和状态时间存在明显差异性是多次滑动变形破坏的理论依据;(4)短时极端降雨触发堆积层局部饱和岩土体由蠕滑逐步形成小规模滑坡碎屑流;持续极端降雨导致基岩顶面富集大量地下水,使堆积层岩土体呈饱和-过饱和状态,形成大规模滑坡碎屑流。     

都江堰市五里坡特大滑坡灾害特征与致灾成因

2013年7月10日四川省都江堰市中兴镇三溪村五里坡因持续大暴雨引发高位滑坡,滑坡呈现高差大、滑速快、滑距长、方量大、伤亡多等特点。野外观察发现,滑坡整体形态为倒“J”状,根据滑坡的滑动和堆积特征,可分为上部滑源区、中部滑流区和下部堆积区。滑坡区上部出露白垩系灌口组红色粉砂岩与泥岩互层,下部为块状砾岩,岩体结构为顺向坡。分析认为:地形陡峭、岩体破碎、地震作用等脆弱的地质环境和人类工程活动、持续强降雨等因素共同引发了本次特大型地质灾害,滑坡发生前48 h的544 mm累计降雨是滑坡发生的直接原因。在致灾模式上,主要呈现地震拉裂→基岩崩滑→加载失稳→滑流推碾→堆积停流的模式。     

四川都江堰三溪村710高位山体滑坡研究

2013年7月10日上午10时,四川都江堰市中兴镇三溪村受极端暴雨影响发生高位山体滑坡灾害,滑坡-碎屑堆积体方量超过150104m3,其中1#滑坡-碎屑堆积体长度1.26km,造成三溪村一组重大人员伤亡。笔者在野外实地调查和室内研究分析的基础上,总结了都江堰三溪村滑坡的基本特征,研究了其启动运动机制和滑动速度,主要认识如下:（1）该滑坡为一处高位山体滑坡,后缘白垩系砂砾岩地层高速滑动后剧烈撞击-铲刮-偏转后铲动坡体上的松散堆积层而形成高位山体滑坡-碎屑流灾害。（2）根据滑坡的运动及堆积特征,将1#滑坡划分为砂砾岩滑动区、碰撞铲刮区和碎屑流堆积覆盖区3部分。（3）7月8日8时至10日8时,中兴镇三溪村的持续强降雨天气过程（都江堰市3d的降雨量相当于该地区年降雨总量的44.1%）,直接触发了滑坡的发生。（4）三溪村滑坡的发生受2008年汶川地震、特殊的岩土体性质、地形地貌条件以及极端暴雨事件的综合影响,地震、地形为其发育提供了基础条件,极端暴雨事件为其直接诱发因素。（5）建议加强高位山体滑坡的研究,尤其是远程滑坡-碎屑流的早期识别和预警。     

贵阳市云岩区海马冲“5·20山体滑坡”初析

2015年5月20日,贵阳市云岩区海马冲宏福景苑小区后山突发山体滑坡灾害,滑坡体积约6 000m3,造成楼房倒塌、人员伤亡。经调查分析表明:(1)持续强降雨是诱发此次山体滑坡的主导因素,由于强降雨造成残坡积层及下部强风化泥质白云岩裂隙岩体中形成静水压力和渗透压力,增加了下滑力,导致滑坡失稳下滑;(2)陡峭的地形条件使该边坡易于失稳,狭窄的空间导致滑坡体势力转换成动能过程短、冲击能量大,使其破坏形式表现出快速冲切的特征;(3)该边坡区域地质构造特征主要表现为单斜构造,顺向坡,节理发育,是此次滑坡失稳的重要因素,其最终结果是形成"结构崩溃式滑坡"。     

红黏土斜坡平推式滑动物理模拟研究

平推式滑坡大多发生在岩质斜坡中,土质滑坡由于渗透性较高、低密度和高孔隙比的物理性质,很少发生平推式滑动。然而工程实践表明,具有特殊地层结构及水文地质特性的红黏土斜坡,由于其低渗透性、胀缩性和裂隙性,也可能发生平推式滑动。基于凤冈滑坡为地质原型进行物理模拟试验,分析承压水作用下红黏土斜坡在不同坡比、不同密度条件下平推式滑动的特征。结果表明:强降雨入渗等因素导致的地下水水位上升,渗透到达土-岩接触面,在坡体内部形成承压水,坡体产生拉裂,当地下水水头达到临界水头,斜坡发生平推式滑动;坡体承压水的分布主要受到地下水水位、后缘水头高度、土体密实度、坡比及上层土体渗透性的影响。这为该类土质斜坡的判释提供了一个新的方向。     

四川宁南水塘村滑坡形成机理

四川宁南县水塘村在同一黄土斜坡上发生过三次滑坡,最近一次滑坡发生在雨季持续降雨后,包括新的流滑和老滑坡的复活滑动,并且引起了前缘滑坡堆积体的复活。本文通过现场调查,分析了滑坡的工程地质特征,通过室内饱和黄土的应力路径试验、饱和黄土与黏土的环剪试验和稳定性计算探讨了滑坡形成机理。结果表明,灌溉与强降雨是滑坡发生的主要诱发因素;发生于黄土层内的流滑型新滑坡是由于灌溉和强降雨入渗导致弱透水黏土层上部地下水位上升、饱和黄土层孔隙水压力增大发生的静态液化;对于滑动型老滑坡复活,稳定性计算结果表明强降雨在滑体中的入渗导致黏土层上部地下水上升,降低了老滑坡稳定性,致使老滑坡沿已有滑面复活。     

乐坝火车站后山边坡降雨作用下渗流数值分析

研究拉张裂缝充水和降雨共同条件下边坡渗流特征对边坡稳定性分析具有关键作用。基于饱和—非饱和土渗流理论及边坡饱和—非饱和土渗透特性,设计4种降雨类型并对案例边坡有限元渗流数值计算分析,分析表明:(1)在稳态渗流下,边坡上部负孔隙水压力值最大,边坡下部值最小,渗流速度在边坡上部、中上部、中下部值增加缓慢,在下部值骤增;(2)在瞬态渗流下,考虑拉张裂缝已充满水,坡体孔隙水压力由正值变为负值,起初边坡上部正孔隙水压力最小,下部正孔隙水压力最大,随时间推移,上部负孔隙水压力最大,下部负孔隙水压力最小,渗流速度边坡上部最小,边坡下部最大。因此,坡体不同位置渗流速度和孔隙水压力值存在差异,这对边坡治理极其重要。     

降雨条件下酉阳大涵边坡滑动机制研究

以某厚堆积层滑坡为例,基于非饱和土力学理论,利用有限元方法,对雨水入渗条件下坡体的渗流及动态稳定性进行了计算和分析,研究了水分在坡体内的运移对边坡稳定性的时间效应。结果表明：边坡堆积体结构松散,土体强度差,边坡前缘坡降大,坡脚的开挖,为滑坡形成提供了便利条件;强降雨条件下使得坡脚附近首先发生变形失稳,牵引坡体后缘产生张拉裂。雨水沿坡面入渗,在坡体内形成渗流场,弱化岩土体参数,同时坡面形成饱和径流,使滑坡体前缘产生向下的渗透力,促使前缘坡体发生滑动,进而引发分级坡体产生滑移;强降雨初始阶段,滑坡体安全系数降低较快,很容易发生滑坡。该研究揭示了降雨入渗诱发厚堆积层边坡滑动机制,并以此建议采取以截、排、堵措施对边坡进行排水,同时设置嵌岩锚索抗滑桩及进行削坡清方措施对边坡进行综合治理,通过稳定性计算,效果良好。     

2013年1月11日云南镇雄赵家沟特大滑坡灾害研究

2013年1月11日,云南镇雄发生滑坡,滑程近800m,堆积体积约40104m3,赵家沟村民小组60多间房屋被毁, 46人遇难。本文对旱季期间少遇的镇雄赵家沟特大滑坡灾害原因进行了现场调查,运用有限元法分析了久雨和采矿条件下滑坡失稳机理。从地质上,滑坡位于乌蒙山区常见的煤系地层区,上部为陡倾的三叠系中统灰岩、白云岩,中部为相对较陡的三叠系下统砂页岩地层,下部为平缓的二叠系上统页岩、泥岩地层,局部含煤,具有上硬下软的工程地质结构和上部富水下部隔水的水文地质结构,极易形成滑坡地质灾害。在地形上,形似靴状地形,上部陡峭地形导致山体易于失稳,而中下部开阔伸展良好的沟谷提供了远程的运动条件,较大的势能向动能的转化,容易形成高速远程滑动,造成严重的损失。可将滑坡区分成滑坡源区、铲刮与堆积区、滑覆成灾区3部分,其中,高速飞行的滑体直接滑覆了赵家沟村民小组数间民房,同时,其余抛散的滑坡体沿低缓沟谷部位液化滑动冲埋多间村民房屋,成为特大灾害发生的重要原因。有限元模拟结果表明:堆积层斜坡的地下水位上升,可使赵家沟滑坡稳定系数降低10%以上,说明对位于陡坡沟谷中的残坡坡积物来说,持久小雨也可触发滑坡失稳; 由于滑坡下部煤层较薄,顶板地层完整且距滑床厚达200多米,在20世纪60～70年代小煤窑开采情况下,对滑坡变形失稳没有明显影响。通过此次特大滑坡引发的社会问题,作者提出了加强特大地质灾害公共危机管理科学应对、加强煤系地层地区高速远程滑坡早期识别与风险管理和加强复杂地质灾害防灾专业知识培训的建议。     

降雨诱发填方路堤边坡变形机制物理模拟研究

填方路堤变形失稳是西部山区工程建设的常见问题。重庆某高速公路边坡为典型的堆载条件下降雨诱发型滑坡,填方堆载后,填方边坡在连续降雨条件下,沿基岩之上的软弱面产生滑动破坏。定性分析认为,降雨在滑坡形成中起着关键作用,为了研究填方边坡在降雨条件下的变形破坏机制及孔隙水压力与变形之间的关系,采用物理模拟方法研究边坡变形失稳的全过程,分析孔隙水压力随降雨时间的变化规律及其与变形破坏的关系。研究结果表明：边坡后缘大方量堆载,改变了其应力条件,是滑坡产生的主要因素。场地施工改变了原有的地表水环境,连续强降雨致使大量下渗的雨水,不仅显著改变坡体应力条件,而且雨水沿着滑面运移软化滑带,是滑坡产生的重要诱发因素。孔隙水压力在坡体失稳过程中起着关键作用,填方体土碎屑、泥质含量大,下渗的雨水携带上部细小颗粒及滑带泥质成分至滑带附近,堵塞地下水消散通道,表现为坡体变形积累,孔隙水压力增加;边坡变形陡增,孔隙水压力降低。该滑坡破坏分为降雨下渗、滑带饱水软化、后缘产生裂缝、裂缝贯通-整体滑动4个阶段,为蠕滑-拉裂式滑坡。     

南阳膨胀土渠道滑坡破坏特征与演化机制研究

为了解河南南阳地区膨胀土渠道边坡滑坡机制,基于南水北调中线工程南阳段19个滑坡的现场调研统计结果,选取南阳段TS105+400处右岸滑坡为典型实例,开挖探槽揭露滑坡内部结构,对该区膨胀土渠道滑坡的破坏特征及演化机制进行了研究。结果显示,该区滑坡多发生在 地层;边坡的稳定性受中上部土体中的垂直节理及坡脚充填强膨胀土的缓倾长大裂隙共同控制,滑动面由后缘陡倾裂隙及前缘缓倾长大裂隙组成。开挖卸荷导致垂直节理张开,垂直节理向下可延伸3 m以上,破坏边坡土体整体性,且充当水分出入边坡的主要通道;坡面以下深度4～8 m存在一个高湿度带,带内土体强度小,发育滑动面。气候造成的胀缩循环、开挖卸荷导致边坡垂直节理张开并向深部发展,对边坡土体的强度衰减作用明显,当垂直裂隙与前缘缓倾裂隙贯通后,发生强（久）降雨,裂隙充水软化,即诱发边坡失稳。     

四川茂县新磨村高位滑坡铲刮作用分析

2017年6月24日,四川省茂县叠溪镇新磨村发生高位顺层山体滑坡,滑动高差达1 160 m,滑动平距约2 200 m。该滑坡的滑动方量巨大,与其滑动过程中产生的铲刮效应有关。为分析其铲刮效应,文章通过现场调查、遥感影像解译和无人机航拍图像,确定该滑坡的滑动全过程为:多次历史地震造成滑坡源区岩体结构破碎,降雨沿顶部裂隙入渗导致水压力增大及石英砂岩中的薄层板岩软化,在长期疲劳效应下斜坡上部岩体最终发生滑动;上部滑体在运移过程中,对斜坡中部浅表风化层、部分基岩及下部老滑坡堆积体进行铲刮并重新堆积。采用Rockfall软件模拟源区滑体的运动路径、速度与能量,结果表明:在碎屑流区和老滑坡堆积区都存在明显的集中铲刮作用,整个滑坡的高危险区也主要位于该区域,所以危险性分区可代表不同滑坡区域的铲刮程度。计算得两个区域的铲刮方量分别为4.9×106,4.38×106 m3,滑坡总方量为13.35×106 m3。该模拟和计算方法迅速有效,可为以后类似滑坡的应急、救灾和铲刮方量计算提供参考。     

降雨作用下碎石土滑坡解体变形破坏机制研究

为了揭示碎石土滑坡的变形解体破坏机制,结合工程实例,通过资料搜集整理和分析、现场工程地质调查与勘探和室内外的物理力学试验,采用不平衡推力法、数理统计分析方法和三维弹塑性接触有限元算法,以及运用碎石土边坡地下水管网状排泄系统理论,分析降雨作用下碎石土滑坡的变形解体破坏过程,揭示了降雨作用下中深层碎石土滑坡变形解体破坏的主要机制和一般的力学机制。结果表明,一定强度的长时间连续降雨或强降雨是中深层碎石土滑坡发生失稳的主要触发因素;采用考虑降雨作用的弹塑性接触有限元算法,可以更好地反映该类型滑坡在降雨作用下所处的实际状态及滑坡的滑动过程,可以为该类型滑坡稳定性的准确评价和预测预报提供可资借鉴的方法。