基于GIS的库岸滑坡滑速计算方法

结合GIS(geographic information systems,地理信息系统)的空间数据处理能力,将潘家铮法从二维扩展到三维,提出一个基于栅格柱体单元的库岸滑坡滑速计算方法。建立了基于栅格柱体单元的三维滑坡滑速计算分析模型,给出了模型参数在GIS中的空间计算表达式。其次,通过对计算模型进行受力分析,结合牛顿运动定律,选取了沿滑体滑动方向和垂直方向来建立动力平衡方程,从而求解三维滑坡滑速。在GIS中开发出一个三维滑坡滑速计算扩展模块,并通过实例与潘家铮法所得结果进行对比。结果表明,该方法比潘家铮法计算的最大速度结果大15.2%,比启动加速度结果大32.8%,比达到最大速度的滑动时间短1 s。     

基于DAN-W模型的高速远程滑坡灾变过程分析

高速远程滑坡因其突发性、剧烈性、高速性、远程性等特点对人员和财产造成重大危害,是中国最严重的地质灾害类型之一,研究其灾变过程对中国防灾减灾具有重要的意义。DAN-W是基于拉格朗日有限差分法建立的动力模拟方法,反演模拟碎屑流运动过程,更适合高速远程滑坡的模拟分析。笔者以哀牢山地区芭蕉树滑坡为研究对象,研究芭蕉树滑坡的基本特征,利用DAN-W软件建立芭蕉树滑坡的计算模型,分析滑坡的灾变过程,依据滑坡特征考虑滑坡分区和铲刮效应,将滑动路径分为3段:滑源段、铲刮段、堆积段进行模拟计算;结果显示:滑坡前缘最大速度为26 m/s,后缘最大速度为30 m/s,后缘最大速度发生在剪出口位置,最大滑距为420 m,滑动14 s后滑体基本滑离剪出口,至运动30 s时停止滑动。所得结果与实际情况吻合度高。     

四川茂县新磨村滑坡高速启动机理研究

2017年6月24日,四川省茂县新磨村发生的大型高速远程岩质滑坡,在约2 min的时间内,水平运动距离超过了2500 m。为了研究滑坡的高速启动机理,通过详细的现场地质调查,将滑坡的全程运动过程划分为高速启程、抛射“飞行”、高速铲刮和减速堆积4个阶段。基于物理模型试验,研究了新磨村滑坡的破坏失稳模式。试验过程中,监测得到的加速度数据显示,在锁固段岩体破裂瞬间,滑坡体受到了指向临空面方向的震动力,并由此产生了高达0.94g的瞬时加速度。模型试验结果表明,处于滑源区的锁固岩体,在破裂瞬间的弹性应变能释放,产生了强烈的震动效应,直接作用于滑坡体的瞬时震动力对滑坡的高速启程起到重要作用。计算表明,受到强烈震动的滑坡体,将以0.98g的瞬时加速度沿与水平面成15.5°的抛射角加速启程。采用Rockfall数值计算方法,模拟分析了滑坡体在不同启程速度下(0, 10,20, 30, 40和50 m·s^-1)的高速运动特征,结果表明,当滑体的初始速度达到30 m·s^-1时,剧动失稳的滑体可以直接撞击到地面的铲刮区,由此估算出新磨村滑坡的主滑时间约为60 s,...     

新疆伊宁县喀拉亚尕奇滑坡动力学特征研究

通过对高速远程黄土滑坡动力学特征的研究,提出黄土高速远程滑坡空间预测的模拟方法。以新疆伊宁县喀拉亚尕奇黄土滑坡为例,基于野外地质调查和无人机航拍影像图,结合滑坡研究区的工程地质条件,分析了该滑坡的基本特征和形成条件。研究发现,该滑坡的主要诱发因素是冰雪融水入渗,其孕灾模式主要为四个阶段:后缘拉裂阶段,黄土节理冻胀扩展阶段,融雪入渗失稳阶段,高速下滑阶段。同时利用Rapid模型对滑坡运动全过程进行模拟,计算得到滑坡运动持续时间为26 s,最大运动速度达到22 m/s,堆积体的平均厚度达到5 m等运动特征要素,结果表明Rapid模型可以较好的模拟分析黄土高速远程滑坡动力学效应,为黄土地区类似滑坡的成灾机理和动力学效应分析提供参考。      

顺层岩质滑坡运动过程数值模拟研究

顺层岩质滑坡相对难以治理,分析其运动过程对此类滑坡的风险评价和减缓至关重要。为了研究滑坡过程的运动参数,引入滑坡运动及涌浪过程模拟的新方法——Tsunami Squares法,该方法具有计算量小,可仿真复杂地形及适用多种灾害的特点。在滑坡物理模型实验的基础上,通过该数值模拟方法对顺层岩质滑坡运动过程的实验结果进行反演,讨论了不同地质参数(滑坡坡度、地面粗糙度和滑体岩性)组合下,滑坡过程厚度、速度和动量等运动参数的基本规律。结果表明:(1)顺层岩质滑坡在地形变化部位,整体滑动结束,开始发生扩容和解体;(2)在整体滑动阶段,其运动参数主要受基底摩擦系数控制,对其他地质参数不敏感;(3)滑坡解体后,运动参数因地质参数不同而改变,其对地形最敏感,但对滑体材料强度不敏感;(4)滑动速度和距离主要受地形和滑面粗糙度的影响,考虑侧向扩容的影响范围和堆积厚度则主要受地形和滑体材料影响。     

大光包滑坡运动特征及其过程分析

大光包滑坡是512汶川地震触发的规模最大的滑坡。滑坡的形成机制和运动学特征引起国内外学者的广泛关注。本文基于滑坡体运动-堆积特征的现场调查与分析,对滑坡的运动学特征进行了系统的阐述。为了再现滑坡的破坏和运动过程,应用物理模拟试验方法进行了对比研究。(1)通过对滑坡擦痕、标志性地物、滑坡堆积体植被、坡表块石倾向、滑坡裂缝、以及其他滑坡典型运动特征调查与分析研究,确定了滑坡的滑动方向、滑动距离、运动速度、运动特征值等滑坡运动特征参数,并系统地论述了滑坡扬尘、滑坡气浪、滑坡舌前缘岩性混杂堆积带以及滑坡碎屑流等典型运动-堆积现象的形成机理; (2)滑坡运动过程物理模拟试验表明,大光包滑坡破坏运动过程中存在前缘锁固段岩体剪断迸射、滑坡气浪、滑坡扬尘和急刹车效应等地质现象,且滑坡运动过程具有显著的阶段性; (3)大光包滑坡的运动过程可以概括为以下4个主要阶段,即:快速启动高速滑动急刹车制动拆离滑动。     

917灞桥灾难性黄土滑坡形成因素与运动模拟

持续性强降雨是诱发黄土滑坡的主要因素。 2011年9月份的持续强降雨达到50a来最大值, 在陕西省关中地区诱发了多处滑坡, 造成交通中断, 带来了严重灾难。尤其9月17日发生于白鹿塬的灞桥滑坡(917灞桥滑坡), 共造成32人伤亡的灾难性滑坡事件。为了揭示滑坡成因和运动过程, 通过对917灞桥滑坡灾害的调查和分析, 揭示了灾害的特点和诱发因素, 通过滑坡运动模拟还原了其运动过程和成灾范围。(1)9.17灞桥滑坡体相对高度大约90m, 宽170m, 滑动厚度约10m; 滑动方向为60, 滑动距离约150m, 总方量约15104m3; 滑坡共发生3次滑动, 滑动方量分别为9.5104m3、3.5104m3和2104m3, 平均堆积厚度12m左右; (2)917灞桥滑坡诱发因素主要是长历时的强降雨、开挖后的高陡边坡和特殊的黄土结构性。充足的前期降雨和当日的强降雨是滑坡发生的主要激发因素; 开挖后形成的高陡边坡发育一系列裂隙, 促使滑坡的发生; 裂隙的产生为降雨的优势渗流提供了通道, 加速了滑坡的发生。(3)利用LS_RAPID对917灞桥滑坡进行模拟, 根据模拟结果, 滑坡可以分为3个阶段, 起动加速滑动阶段(0～7.5s), 沿x方向速度从0迅速增加到4.9ms-1, 沿y方向速度从0迅速增加到8.4ms-1; 滑坡体在这一阶段共滑动了65m; 减速滑动极端, 速度开始降低(7.5～14s), x、y方向的平均速度分别降到1.5ms-1和2.5ms-1, 滑坡在这一阶段向前运动了50m; 堆积停止阶段(15～28.6s), 滑坡运动速度持续降低, 堆积厚度逐渐变薄, 滑坡体共向前滑动了175m, 滑坡最大堆积厚度为14m, 与野外调查结果基本一致。结果对认识和研究此类滑坡成因机理具有重要的借鉴意义, 也可为今后该地区防灾和减灾提供参考。     

基于MatDEM的烟家沟滑坡演化过程数值模拟分析

在对陕西省山阳县烟家沟滑坡基本地质特征调查的基础上,利用无人机获取滑坡高程数据,基于高性能矩阵离散元软件MatDEM建立起烟家沟滑坡运动及堆积特征的三维离散元模型,还原了滑坡启动发生的全过程,最终得到了运动速度、滑移距离以及堆积体厚度3个方面特征,取得以下认识：烟家沟滑坡属于高速滑坡;滑坡运动堆积过程分为加速碰撞堆积阶段、整体滑动堆积阶段和减速堆积阶段;其堆积层厚度分布沿运动方向呈现出先增加后减小的总体变化趋势,且堆积厚度在堆积体后部达到最大;MatDEM矩阵离散元法用来模拟滑坡演化过程具有可行性.     

陕西泾河南岸大堡子高速远程黄土滑坡运动过程模拟

高速远程滑坡具有速度快、运程远的特点,一旦发生,人员逃离十分困难,往往造成严重灾难,因此对这类滑坡展开研究具有重要意义。对已发生滑坡运动过程进行参数反演和模拟可为潜在高速远程滑坡的预测提供借鉴。因此本文以陕西泾河南岸大堡子高速远程黄土滑坡为例,在野外调查测绘和室内试验的基础上,利用Sassa的滑坡运动模型对该滑坡运动过程进行模拟分析。结果表明,滑坡体最大平均速度为9.56m·s-1,具有高速运动特点,运动持时为24.5s,滑坡运动过程可分为启动加速阶段（0~5.7s）和运动减速阶段（5.7~24.5s）,加速阶段平均加速度为1.68m·s-2,减速阶段加速度为-0.51m·s-2,加速过程比减速快3倍左右。滑坡区高陡地形和黄土高结构强度为滑坡高速运动提供条件,开阔阶地地形以及阶地砂砾石层近饱和含水条件决定滑坡远程运动特点。     

高速岩质滑坡启动弹冲加速机制及弹冲速度计算——以武隆县鸡尾山滑坡为例

高速岩质滑坡启动弹冲加速机制是开展高速岩质滑坡全过程动力学研究的基础。系统阐述了高速岩质滑坡启动弹冲加速机制,着重分析了岩质滑坡启程中的滑带释能和锁固体释能加速效应。基于岩石循环加、卸载试验,探讨了岩石弹性应变能释放规律,并将得到的规律用于确定滑带可释放弹性应变能。鉴于目前确定滑坡启动弹冲速度所存在的诸多问题,重新推导了滑坡启动弹冲速度计算公式,并对鸡尾山滑坡启动弹冲规律进行了研究。研究表明,鸡尾山滑坡启动弹冲速度为1.261 1 m/s,滑体初始动能主要源于滑带弹性应变能的释放。最后通过一个滑坡概化模型计算得到了岩质滑坡启动弹冲的极限速度范围为2.6⁴.4 m/s。     

水库库岸滑坡的运动过程分析及初始涌浪计算

从地面运动和水下运动2个阶段对水库库岸滑坡的受力特征进行了分析, 用牛顿定律和运动学基本原理求解滑坡地面运动的加速度和速度, 且把地面运动的末状态作为水下运动的初始状态, 用流场阻力公式和粘滞力公式求解滑坡水下运动的时间与速度, 并运用动量定理对其初始涌浪高度进行了计算.以三峡库区新滩滑坡为例, 采用条分方法, 计算出各条块入水速度、水下运动的时间及其激起的涌浪高度值, 得出了地面运动过程中滑坡速度值先增后减及水下运动过程中滑坡速度与时间呈反正切型关系的规律, 并认为涌浪高度变化与条块的高度变化具有较强的关联性.      

黑方台灌溉渗透型黄土滑坡的运动学模拟研究

研究滑坡的运动学特征对于认识和减缓滑坡灾害风险具有重要的意义.以甘肃省永靖县黑方台焦家崖头灌溉渗透型黄土滑坡为研究对象,在工程地质测绘和实验测试的基础上,根据滑坡表现出的各种迹象,基于有限差分法滑坡运动模型对滑坡运动的全过程进行了模拟,并分析了滑坡的速度场.模拟结果表明:滑坡的速度可分为启动加速,高速波动和碰撞减速3个...     

汶川地震引发高速远程滑坡运动机理数值模拟研究——以谢家店子滑坡为例

针对汶川地震引发的谢家店子滑坡,在现场调查分析的基础上,建立了二维离散元数值模拟模型,采用2D-Block软件对其进行了全过程的数值模拟研究,并通过对跟踪块体的深入分析,研究了相应地质体在不同阶段下的运动特征。模拟结果表明,谢家店子滑坡经历了剧动启程抛掷阶段、快速撞击飞行阶段、铲刮减速碎屑流阶段及堆积掩埋阶段。为了揭示地震引发高速滑坡的发生规律,分别研究了地震震级、斜坡地形和斜坡上岩块的尺寸对高速滑坡启动和运动过程的影响规律。地震震级对边坡的启动、变形、破坏和运动有很大的影响,地震震级越大,滑体启动的加速度和速度也就越大,从而易形成高速远程滑坡。斜坡体本身的地形地貌对滑体运动也有较大影响。在震级和岩石力学参数一定的条件下,斜坡上岩块的大小对其启动、变形和运动过程有一定影响,随着岩块的增大,滑体运动的每个阶段历时都在减小,但当岩体十分破碎时,滑体虽然能够运动,但是很难发生抛掷。将地震滑坡的启动机理概括为积累变形效应、振荡启程效应和振荡加速效应。     

文家沟抛射型高速滑坡全程运动机理研究

5·12汶川大地震期间,绵竹市清平乡文家沟发生了大型高速滑坡。本文在系统分析文家沟滑坡区的地质条件和滑体运动特征的基础上,提出了文家沟滑坡是受地震力和滑坡地面震动力共同作用的失稳启动模式,并将滑坡全程运动划分为启程震动抛射、飞行铲刮、撞击转向堆积和停积4个阶段。分析和计算表明:文家沟滑坡体在失稳启程阶段所受的地震力和滑坡地面震动力的合力方向大致为285°,这与滑体启程抛射的运动方向基本一致;同时,计算得出滑坡体在4个阶段的运动速度分别为115.64 m·s-1、69.38 m·s-1、41.6 m·s-1和20.8 m·s-1,对应的运动时间为11.8 s、8.6 s、24.0 s、48.1 s。据此得出,文家沟滑坡全程运动的持续时间约为92.5 s,这与当地幸存者估计的1分多钟的运动时间比较接近。研究表明,文家沟滑坡的启程抛射和高速飞行的运动特征,可以将滑体的高位势能充分转化成动能,是促使滑体高速运动的关键。     

重庆小南海滑坡形成机制离散元模拟分析

重庆小南海滑坡是烈度相对较低地区发生的地震高位滑坡,其成因一直令人费解。基于重庆黔江小南海相关研究资料,通过对复原的小南海坡体进行失稳分析,计算得出使岩体产生崩滑破坏的地震力临界条件,即只有当地震波地形放大后滑坡才能启动。为了进一步验证计算所得的结论,运用UDEC软件建立小南海典型二维场地模型,施加相应的地震力对坡体失稳崩滑的全过程进行模拟,以研究地震作用下地形放大效应触发具平行坡面陡倾控制性结构面的高位岩质斜坡地震机理。研究结果表明,在地震波传播过程中,具平行坡面陡倾控制性结构面的高陡突出地形对地震波有明显的放大作用。该坡体运动模式为：峰值加速度放大-增加的振幅迫使岩体顺平行坡面陡倾控制性结构面迅速拉裂-沿缓倾层面滑移-高速脱离滑源区-巨大的势能和动能驱动坡体做长距离运动,其间伴随解体、颗粒间相互碰撞、铲刮作用,具有二相甚至三相流体性质。分析揭示地震力作用下斜坡体中质点加速度具有地形放大效应。对比结构面监测点和基岩监测点加速度放大系数,表明,滑坡启动时具有较大的加速度,当遇到平行坡面的不连续结构面时,斜坡动力响应强烈,最终导致坡体失稳。     

贵州省六盘水水城高位远程滑坡流态化运动过程分析

高位远程滑坡是中国西南山区常见的一类灾难性地质灾害,其发生往往伴随有碰撞解体效应,导致滑体碎裂化,转化为碎屑流或泥石流,具有流化运动堆积的特征。2019年7月23日发生于中国贵州省六盘水市水城县的鸡场镇滑坡是典型的高位远程流态化滑坡,滑坡前后缘高差430 m,水平运动距离1340 m,堆积体体积200×104 m3,导致21幢房屋被掩埋,51人遇难。基于野外详细调查和滑前滑后地形对比,采用DAN-W软件对水城滑坡的整个运动堆积过程进行了模拟,结果显示:水城滑坡在滑源区残留堆积体厚度最大为27 m,堆积区最大堆积厚度为15 m,滑坡碎屑流前缘最大运动速度为27 m/s,最大动能为6.57×106 J;滑坡高位剪出,由于势能转化为动能,滑坡快速达到速度峰值,并铲刮地表松散土层;由于强降雨,滑体高速运动使基底孔隙水来不及排出,导致基底摩擦力下降,降低能量损耗,滑体解体促进颗粒流化运动,减少了摩擦,也是滑坡远程运动的重要原因。      

四川省汉源县中海村滑坡动力学特征数值分析

通过对中海村滑坡灾害现场的调查研究,阐明了滑坡的致灾因素和失稳机制,基于连续介质力学理论数值模型对滑坡进行了动力参数反演分析。研究结果表明: 连续降雨和第四系昔格达半成岩的特殊岩性特征是中海村滑坡发生的关键因素,滑坡运动持续时间约70 s,滑坡孔隙水压力系数为0.8,最大堆积厚度为8 m,最大运动速度为16.2 m/s; 在整个滑坡运动形态和速度演化过程中,主要堆积区域为1级平台和3级平台,运动速度出现3峰特征,阶梯型地形是出现阶段性速度峰值的主要原因。     

剧冲式高速滑坡全程动力学机理分析

剧冲式高速滑坡是具有剧动启程,高速运行,碰撞解体及冲击成坝的高速岩质滑坡。本文根据高山峡谷区大型滑坡坝的形成过程,分析了高速岩质滑坡的临床峰残强降加速机理,滑体势动转化加速机理,空气动力擎托持速机理及滑坡坝冲击夯实机理,论述了其运动学特征。