水诱发堆积层滑坡位移动力学参数及其在稳定性评价中的应用——以三峡库区黄腊石滑坡分析为例

在系统分析堆积层滑坡的物质组成和失稳动因的基础上,运用加卸载响应比理论的基本原理,首次提出了将月降雨量及其变化作为该滑坡的加卸载参数,相应月平均位移速率及其变化值为加卸载响应参数,由此所确定的位移加卸载响应比作为堆积层滑坡的位移动力学参数.并根据三峡库区降雨量与堆积层边坡位移相关关系论证了应用该位移动力学参数评价堆积层边坡稳定性的可行性和有效性.最后,运用加卸载响应比动力学参数对三峡库区黄腊石滑坡排水工程实施前后的稳定性进行了评价,评价结果与该边坡排水工程前后的稳定性变化相吻合.这表明了加卸载响应比位移动力学参数是堆积层边坡稳定性评价的一种有效位移动力学参数,可以运用该位移动力学参数对该类边坡的稳定性进行评价与预测.     

堆积层滑坡水动力位移耦合预测参数及其评价方法研究

在系统分析滑坡的物质组成和失稳动因的基础上,分析和研究了地下水在滑坡稳定性演化过程中的卸载与加载动力作用及其位移响应规律和特点。从非线性系统动力学角度,提出了运用地下水卸加载动力与位移响应耦合预测参数来评价边坡稳定性演化规律与失稳特征,即以地下水位变化量作为堆积层滑坡的卸加载动力参数,以相应的位移作为其卸加载响应参数,建立和确定了地下水卸加载动力与位移响应比预测参数与评价模型。同时,运用损伤力学基本原理,建立了其卸加载响应比与坡体损伤变量和稳定性系数的定量关系以及失稳判据。以三峡库区典型堆积层滑坡分析为例,运用地下水动力与位移耦合预测模型对其稳定性进行了分析与评价,发现地下水动力位移耦合预测参数变化与边坡稳定性实际动态演化规律基本吻合。研究成果表明,所确定的参数是水诱发型堆积层滑坡的一种有效位移动力评价参数,可运用该参数对该类滑坡的动态稳定性进行实时监测预警与评价。     

加卸载响应比理论在水库型滑坡时间预测预报中的应用研究

加卸载响应比理论在滑坡时间预测预报中的应用越来越广泛,但基本都以降雨型堆积层滑坡为研究对象,加卸载参数以降雨量、地下水水位为主,而对于水库型滑坡研究较少。为此,提出了一种以库水位为加卸载参数,以滑坡加速度为加卸载响应参数的预测模型,并以典型水库型滑坡——八字门滑坡为例对其准确性进行验证。研究结果表明,以库水位为加卸载参数的加卸载响应比理论预测模型能较准确地对水库型滑坡进行预测预报。     

水库型滑坡复合水动力增载位移响应比物理预测模型及其应用

众所周知,库水位变化和降雨复合动力往往是水库型滑坡的变形和破坏主因。本文在系统分析水库型边坡位移、库水位及降雨变化规律基础上,提出与确定了降雨与库水动力转换系数k的计算方法,并通过转换系数k将降雨动力与库水动力这两种不同的水动力增载效应进行了有机耦合叠加,建立了复合水动力增载参数的计算方法。并将复合水动力变化量及其位移变化量作为动力增载及其响应参数,建立了水库型滑坡复合水动力增载位移响应比物理预测参数与模型。同时,运用该模型对白水河滑坡复合水动力作用下的稳定性演化规律进行了系统分析与评价,结果表明该滑坡复合水动力增载位移响应比的变化规律与其稳定性动态演化规律相吻合,表明复合水动力增载位移响应比参数是一种水库型滑坡有效的物理评价参数,可运用该物理评价参数与预测模型对该类滑坡稳定性进行分析与评价。     

基于数值模拟的三峡库区典型堆积层滑坡变形预测方法

目前对堆积层滑坡的变形预测大多基于数学模型或方法,忽略了引起滑坡位移显著变化的动力外因及滑坡自身的地质特征,因此,预报准确度和可信度较低。以三峡库区典型堆积层滑坡--鹤峰场镇滑坡为例,通过4组主要控制因素科学组合构建了滑坡的基本地质模型;以此为基础,重点考虑引起滑坡发生变形的库水作用动力因素,建立滑坡的数值-力学模型。通过实际监测点的变形监测结果与数值-力学模型中模型监测点的变形进行拟合分析,获取了实际时间与数值-力学模型中时步的等效关系;基于时间-时步等效关系及三峡水库设计水位调度曲线,得到了不同时步水位的波动特征;通过时步的外延,并在相应的时步段对数值-力学模型施加等效时间的库水作用,预测了滑坡在未来库水位变动条件下的变形。该预测方法既考虑了滑坡的工程地质模型又考虑了地下水作用效应,克服了纯数学方法预测的不足。     

考虑地下水作用的滑坡时间预测研究

结合三峡库区堆积层滑坡的具体情况讨论了地下水对滑坡的物理化学和力学作用,论证了地下水物理化学作用对三峡库区松散堆积层滑坡稳定性的影响远小于地下水动力作用对滑坡稳定性的影响.在此基础上,引入总压力水头,提出将地下水对滑坡的各种力学作用简化为总压力水头,结合加卸载响应比方法的思路,分别建立了基于库水位涨落和降雨影响的滑坡预...     

基于系统动力学的卸加载响应比参数及其在堆积层滑坡稳定性评价中的应用

针对堆积层滑坡的物质组成和力学性质,从系统动力学角度,提出以卸加载响应比作为滑坡稳定性评价参数,并对卸加载响应比参数与加卸载响应比参数进行了比较和分析,指出卸加载响应比参数在边坡的稳定性评价和工程实践中更具有理论意义和实际应用价值。通过论证分析,确定了构成卸加载响应比的卸加载参数和卸加载响应参数,并论证了其合理性与可行性,在此基础上建立了月降雨量-位移加速度卸加载响应比模型。并以新滩典型堆积层滑坡为例,运用该模型进行分析计算,发现卸加载响应比时序曲线所反映的稳定状态与滑坡的实际状况基本吻合,当Y' Y'-且Y'0时,滑坡整体失稳,说明卸加载响应比参数和评价模型用于预测滑坡的变形阶段和作为失稳判据是行之有效的。     

库水变动下水库滑坡变形演化机理

滑坡变形演化是滑坡内动力物质系统与外动力激励系统相互作用的结果,对于库水变动影响下的水库滑坡而言,内外系统相互作用的过程则是通过地下水的力学作用效应得以体现的,为此可通过库水变动过程中滑坡地下水力学作用效应的强弱关系及其演化规律来揭示水库滑坡的变形演化机理。基于上述思路,以三峡库区巴东县李家湾滑坡为研究对象,首先利用敏感性系数分析方法进行了分区研究;然后,采用神经网络与渗流有限元相结合的反演算法,对滑坡体的渗透系数进行了反演分析;在此基础上,采用渗流稳定性计算方法,揭示了李家湾滑坡的变形演化机理及其稳定性演化趋势,同时结合FLAC3D数值模拟软件,揭示了该滑坡的时空演化特征。研究成果能为三峡库区水库型滑坡防灾减灾提供理论指导与帮助。     

基于滑体渗透性与库水变动的滑坡稳定性变化规律研究

在三峡工程试运行期间,库区滑坡因地质结构和渗透性的不同,其变形情况存在明显差异,因此,除研究滑坡地质结构外,还应加强不同渗透性滑坡在库水变动下的稳定性响应规律研究。以三峡水库库首区黄荆树滑坡实例为计算模型,分析库水位在175～145 m间以0.5～2.0 m/d变化时4种不同渗透性滑坡的渗流场特征;再以库水影响系数? 和稳定性变化率为评价指标,研究在滑体渗透性和库水变动条件下的滑坡稳定性变化规律。研究表明,当库水影响系数? 在-0.107～-0.322时,稳定性变化率? 最大,且随? 减小滑坡稳定性增加率? 减小;当? 在-0.644～-769.231时,随? 减小稳定性增加率? 变化不明显;当? 在576.923～769.231时,库水位上升时滑坡稳定性降低较少;当? 在0.107～384.615时,影响系数? 与稳定性变化率? 的相关性不明显。其结果对于库区滑坡的监测预警有较强的应用价值     

水-岩耦合三维有限元法在滑坡分析中的应用

赵树岭滑坡是三峡库区大型滑坡之一,其稳定性直接关系着巴东新县城沿江大道的安全和新县城土地的规划利用.在分析赵树岭滑坡基本特征的基础上,运用水-岩耦合三维有限元数值模拟对不同库水位变动状态下的地下水水位变化和滑坡稳定性进行了分析,预测了三峡水库蓄水后滑坡稳定性的发展趋势和地下水渗流特征.模拟结果表明,水库蓄水及水位波动是影响滑坡稳定性的最主要因素,蓄水后滑坡稳定性明显恶化,必须加以治理;水-岩耦合有限元法可以较好地考虑岩土体多相系统内应力场和渗流场的互相影响,能够阐明库水位变动对地下水带来的改变及其与滑坡稳定性的关系,可用于分析、评价受地表水和地下水影响明显的大型滑坡的稳定性.     

动水压力型滑坡对库水位升降作用的响应以三峡库区树坪滑坡为例

三峡库区涉水型滑坡众多,库水位周期性涨落引起库岸滑坡岩土体物理性质的改变,还使得滑体内渗流场发生变化,进而影响滑坡体稳定性。为研究库水位升降作用对涉水边坡稳定性的影响,基于三峡库区重大涉水滑坡分类,对动水压力型滑坡进行分析。以三峡库区秭归县树坪滑坡为例,利用Geo-Studio软件的SEEP模块及SLOPE分别对滑坡渗流场与稳定性进行计算,分析不同滑体渗透系数及不同库水位升降速率对动水压力型滑坡的影响规律。结果表明:对于动水压力型滑坡,库水位上升过程中,地下水位线有下凹趋势,稳定性系数有所增大; 库水位下降过程中,地下水位线有上凸现象,且稳定性系数明显减小; 库水位升降速率越大,滑体渗透系数越小,库水位变动对滑坡渗流及稳定性影响越明显。     

水库滑坡地下水动态响应规律及浸润线计算模型

库水和降雨直接导致水库滑坡地下水变动,是诱发滑坡的主要因素。已有研究大多是基于监测数据探讨库水与降雨对滑坡变形的影响,未能揭示水库滑坡地下水响应规律,地下水浸润线计算模型没有同时考虑降雨和库水的影响,且模型边界条件与水库滑坡实际情况差别较大。为了揭示大型水库滑坡地下水动态响应规律,需要构建更接近实际情况的地下水位浸润线计算模型。通过三峡水库石榴树包滑坡地下水动态监测,揭示了库水水位变化和降雨条件下滑坡地下水水位动态响应规律,其地下水渗流场近似层流,滑坡前缘和中部的地下水水位与库水位几乎同步,滑坡后部的地下水水位主要受降雨影响,日降雨30 mm会引发地下水水位明显变动。在周期性库水位变化和随机降雨耦合条件下,建立了滑坡地下水非稳定渗流微分方程,解算出水库滑坡地下水位浸润线计算模型,并采用实际监测结果进行了验证。应用计算模型分析了不同工况条件下的滑坡渗流场,并得出滑坡内距前缘水平距离145 m内,库水对地下水有影响;引发地下水变动的降雨和库水位变化阈值分别为0.03,0.1 m/d,且不同的条件组合下降雨和库水位对地下水水位影响存在一定差异。     

库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响

三峡水库正常蓄水后, 库水位在175~145m之间周期性波动, 滑坡地下水渗流状态将会发生较大的改变, 可能导致滑坡失稳.因此, 研究库水位周期性波动下滑坡的稳定性具有十分重要的意义.提出了土水特征曲线的多项式约束优化模型和采用饱和-非饱和渗流数值模型.以赵树岭滑坡为例, 利用有限元数值计算了库水位在175~145m之间波动下地下水渗流场, 将计算得到的孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析, 探讨了库水位上升和下降对库岸滑坡稳定性的影响.研究表明: 多项式优化模型可以很好地拟合非饱和土的土水特征曲线; 库水位上升时滑坡稳定性系数总体逐渐增大, 库水位下降时滑坡稳定性系数总体逐渐减小; 无论是库水位上升还是下降到库水位155m时, 其稳定性系数最小; 同一库水位下, 库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.      

三峡库区八字门滑坡变形破坏机理分析

三峡库区库水位周期性的变化引起库岸边坡地下水位发生变化,库水与地下水共同作用影响其渗流场与应力场,促使滑坡失稳。本文以三峡库区动水压力型滑坡——八字门滑坡为例,结合滑坡监测资料,运用Geo-Studio软件中SEEP模块、SLOPE模块以及SIGMA模块进行模拟,深入分析在不同库水下降速率条件下对滑坡渗流场、应力场、位移场以及稳定性的影响,研究其致灾机理。研究结果表明:八字门滑坡滑体物质遇水易软化、渗水性差,为动水压力型滑坡创造了良好条件。动水压力型滑坡的失稳主要是由于库水位下降,地下水位相对滞后,形成指向外侧的动水压力,不利于滑坡的稳定,库水位下降速率越大,滑坡体的稳定系数减小越快。在库水下降速率不断增大时,渗流作用增强,但是渗流速率的增长率有减缓趋势。八字门滑坡在库水下降的条件下,滑坡159 m处的滑体及滑带附近出现明显的应力集中现象并逐渐扩大连成一片,表明滑带附近为剪切塑性区,主要承受剪切应力。滑坡塑性区竖向位移呈现先减小后增大的趋势。在周期性库水作用下会产生应力带促进滑坡变形,长期在这种应力作用下可能产生新的滑带,形成次级滑坡。     

库水升降条件下考虑饱和渗透系数空间变异性的白水河滑坡渗流变形分析

堆积层滑坡的岩土体渗透系数具有一定的不确定性,且渗透系数是饱和-非饱和渗流分析的重要参数,开展考虑其空间变异性的库岸堆积层滑坡渗流变形分析具有重要意义。以三峡库区中的白水河滑坡为研究对象,基于地面核磁共振技术获取的岩土体渗透系数,分析滑坡体渗透系数的空间变异特征,采用半变异函数方法求得滑坡体渗透系数的竖直波动范围,在此基础上建立渗透系数的非平稳随机场模型。以非侵入式随机有限元的方式开展库水升降两种工况下不确定模型与确定模型的流固耦合模拟,分析两种模型的渗流场、位移变形特征及其差异。结果表明：相比于确定模型,不确定模型孔压改变的滞后性更为明显,且库水下降工况下整体的位移变形更大,若忽略滑体渗透系数的非平稳空间变异特征将会低估滑坡的实际变形。     

库水位下降条件下堆积层滑坡稳定性分析

为研究库水下降过程中不同因素作用下的堆积层滑坡稳定性响应规律,基于块体极限平衡理论用解析法分析地下水浸润线下降时,影响滑坡稳定性变化的主要因素。概化典型堆积层滑坡地质模型,采用数值模拟手段获取在各因素变化时,库水下降条件下不同时刻滑坡稳定系数,统计分析其变化规律。研究发现,库水下降时,滑坡稳定性变化受滑体渗透系数K、地下水浸润线变动区内的下滑带倾角α和阻滑段与下滑段体积比ε、滑带内摩擦角φ等影响,表现出逐步下降型、逐步上升型、"U"字型、阶梯上升型四类变化规律;K、ε控制稳定系数大小及其曲线形态,α和φ仅影响稳定系数值和不同时刻的稳定系数差异;库水下降始末滑坡的稳定系数变化百分比Q与渗透系数负对数-lnk在逐渐下降型曲线中表现出较好的幂函数关系,ε、α对幂函数的系数和指数的影响呈现出较好的规律性。     

库水升降条件下考虑饱和渗透系数空间变异性的白水河滑坡渗流变形分析

堆积层滑坡的岩土体渗透系数具有一定的不确定性,且渗透系数是饱和-非饱和渗流分析的重要参数,开展考虑其空间变异性的库岸堆积层滑坡渗流变形分析具有重要意义。以三峡库区中的白水河滑坡为研究对象,基于地面核磁共振技术获取的岩土体渗透系数,分析滑坡体渗透系数的空间变异特征,采用半变异函数方法求得滑坡体渗透系数的竖直波动范围,在此基础上建立渗透系数的非平稳随机场模型。以非侵入式随机有限元的方式开展库水升降两种工况下不确定模型与确定模型的流固耦合模拟,分析两种模型的渗流场、位移变形特征及其差异。结果表明：相比于确定模型,不确定模型孔压改变的滞后性更为明显,且库水下降工况下整体的变形更大,若忽略滑体渗透系数的非平稳空间变异特征将会低估滑坡的实际变形。     

大渡河瀑布沟水库红岩子滑坡变形特征与机理分析

库水涨落常诱发库岸滑坡变形破坏。为了研究库岸滑坡的变形特征及变形机理,以大渡河瀑布沟水电站红岩子滑坡为对象,通过详细的地表宏观变形调查和对监测数据的深入分析,结合GeoStudio数值模拟,深入研究了该滑坡的变形特征、渗流场、稳定性及库水对滑坡的作用机理。结果表明：红岩子滑坡地表宏观变形显著,累计位移曲线呈“阶跃”式特征,库水下降是滑坡变形的主要诱发因素;库水位由850 m高水位集中下降至830 m以下时,位移阶跃启动,“阶跃”段的累计变形量占全年总变形量的90%以上,当库水位下降速率大于0.5 m/d时,滑坡加速变形;滑坡变形模式为蠕滑-拉裂,库水升降导致滑体内部渗透力的变化,对滑坡稳定性影响很大,引发滑坡“阶跃”变形。     

三峡库区枣子树包滑坡稳定性和治理研究

每年的库水位下降期间,三峡库区的许多滑坡都出现了较大的变形。从三峡库区枣子树包滑坡的结构和变形特征出发,分析了其成因机制及其稳定性状况;采用有限元法模拟了库水位下降时滑坡地下水渗流场,并将所得孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析,探讨了水位下降速率对滑坡稳定性的影响机理和规律。研究表明：该滑坡是早期岸坡岩体产生滑移-弯曲破坏后堆积并经漫长改造形成的,目前处于基本稳定状态,预计在加大库水位下降速度后处于欠稳定状态;滑坡稳定性系数随库水位下降而降低,库水位下降速度越大,稳定性系数降低越大;相对于库水位下降速率,强降雨对滑坡稳定性影响更明显;为提高滑坡整体稳定性,提出了抗滑桩的加固措施。研究方法和成果对滑坡的评价与治理具有较好的参考价值。     

碎石土滑坡综合治理及评价决策方法

碎石土滑坡是一类由降雨激发失稳而产生滑动破坏的滑坡类型,要实现对其综合治理和评价决策,滑坡治理稳定性分析及效果评价就不容忽视。基于官家滑坡实际地质条件和变形破坏情况进行变形破坏机制研究和稳定性影响因素分析,在此基础上实施滑坡工程治理规划处置和治理稳定性分析,然后再参照降雨及滑坡变形情况构建加卸载响应比模型来实现滑坡稳定状态反馈和工程治理效果评价。研究表明：降雨作用及地下水变化是碎石土滑坡变形破坏最主要的动力因素,滑坡工程治理依据排水及抗滑原则确定综合处置措施,经治理稳定性分析,其稳定系数可大幅提高,完全满足不低于1.25的规范要求;并且基于加卸载响应比模型分析滑坡经综合治理后处于安全稳定状态,工程治理措施实施科学合理,工程治理效果显著,综合作用下滑坡稳定性好、安全可靠。