滑坡位移多重分形特征与滑坡演化预测

在系统分析滑坡位移监测资料和位移演化特征的基础上,根据多重分形理论基本原理,对滑坡位移演化所具有的复杂性、突变性和非线性特征进行了分析和研究。单一分形维数对滑坡位移的演化趋势预测存在不足,文中分别以新滩滑坡、丹巴滑坡和黄蜡石滑坡为例,计算了滑坡位移时序演化的多重分维数演化特征。分析和评价位移演化规律与多重分维数演化特征的关系发现,多重分维数D1 > D2 > … > D∞时,滑坡趋于稳定;D1 < D2 < … < D∞时,滑坡向失稳破坏演化。当滑坡位移时序多重分维数演化特征出现拐点时,即分维数由D1 > D2 > … > D∞,经D1 > … > Dn < Dn+1 < … < D∞到 D1 < D2 < … < D∞的演化过程时,滑坡向不稳定的状态演化;当分维数由D1 < D2 < … < D∞,经D1 > … > Dn D2 > … > D∞的演化过程时,滑坡向趋于稳定的状态演化。研究表明,可以运用多重分维数演化特征对滑坡位移演化趋势与规律进行评价与预测。     

基于三维激光扫描的堆积体滑坡变形机理及阈值模型试验研究

为分析白龙江流域舟曲段江顶崖滑坡的变形演化机理及其阈值,设计降雨条件下的大型堆积体滑坡物理模型试验,采用FARO FocusS 350三维激光扫描仪进行滑坡数据采集、处理,获取滑坡在不同降雨工况的点云模型数据,对比分析不同降雨工况下滑坡宏观及局部特征点的变化情况。研究表明：滑坡模型表面出现持续、快速、变化鲜明的整体变形特征,伴随出现滑坡模型中、前部横向、纵向的张拉裂缝,表明在非饱和渗流影响下,堆积体滑坡模型的基质吸力降低、孔隙水压力以及滑坡体重力荷载增加,导致滑坡模型临近失稳;根据滑坡模型宏观变形情况,其变形演化过程可划分为：初始变形阶段、等速变形阶段和加速变形阶段,3个不同变形阶段坡体宏观变形各自有其特点。通过对试验阶段的变形特征分析,设立了滑坡变形速率阈值,分别为0.01 m/h、0.02 m/h、0.2 m/h。基于三维激光扫描技术坡体监测,结合坡体变形宏观和局部分析的优势,在保证高精度监测、采集、处理的同时,得到坡体的整体变形和位移。     

饱和级配破碎泥岩压实与粒度分布分形特征试验研究

通过饱和级配破碎泥岩的压实试验,得到了不同级配下试样轴向位移和粒度分布分形维数随轴向应力变化曲线,分析了Talbol幂指数对饱和破碎泥岩压实变形与粒度分布的影响规律,建立了一种饱和破碎泥岩压缩模量与轴向应力的关系式。试验结果表明,饱和破碎泥岩的压实过程可分为2个阶段,即0~4 MPa的快速变形阶段和4 MPa后的缓慢变形阶段。其中,约80%的变形发生在快速变形阶段。轴向位移、压缩模量与粒度分布分形维数均可用轴向应力的指数函数拟合。相同轴向应力下,Talbol幂指数越大,试样轴向位移越大,粒度分布分形维数越小。轴向应力大于8 MPa后,各级配试样的粒度分布分形维数相差很小,且随着轴向应力的进一步增大,各级配试样的分形维数差异将继续减小,最终,分形维数将趋于一致。在加载初期,试样压实变形主要以岩石颗粒移位为主;而在加载后期,试样的压实变形则以颗粒破碎为主。     

岩石变形破坏全过程的变形场和能量演化研究

以白光数字散斑相关方法作为试验观测手段,通过单轴压缩试验对一种红砂岩变形破坏全过程的变形场和能量演化特征进行研究。利用CCD(charge-coupled device)相机记录试验加载全过程的试件表面散斑场图像,采用数字散斑相关方法对试验图像进行分析,计算得到了岩石变形破坏过程中试件表面变形场、变形局部化区域的位移错动量值和试件表面变形能密度量值,并对变形局部化带的位移演化和变形能量演化特征进行分析。从试验结果分析得出：岩石试件变形局部化带的位移演化在加载峰值前基本上保持线性演化规律,而其位移错动加速与加载峰值点相对应,岩石试件加载峰值后阶段的承载力变化主要受变形局部化带的位移演化影响;岩石试件在加载过程中的能量释放和能量积累规律与局部化带的演化有关,体现出局部能量释放和整体能量释放两种形式。     

基于透明相似模型试验的主控裂隙边坡变形破坏演化机制研究

岩质边坡灾害孕育期的变形破坏发展过程通常受其内部长大裂隙（主控裂隙）控制,揭示主控裂隙边坡变形破坏演化机制对滑坡灾害防治具有重要意义。基于透明相似模型试验技术,选取2种典型主控裂隙（后缘陡倾角裂隙和前缘缓倾角裂隙）边坡为研究对象,在自研设备上开展了主控裂隙边坡内部变形破坏演化过程的模型试验研究;分别以位移速率和应变速率作为边坡变形和裂隙扩展的表征量,以无裂隙边坡变形破坏演化规律为参照,对比分析了后缘和前缘主控裂隙影响下边坡内部变形破坏的时空演化机制。结果表明：（1）通过模拟无裂隙边坡内部变形累积以及破裂萌生、扩展与贯通的渐进过程,验证了所采用的试验方法在研究边坡内部变形破坏演化过程方面的可靠性;（2）主控裂隙边坡内部变形破坏过程与无裂隙边坡相似,可分为变形累积、破裂带萌生/初始裂隙起裂、破裂带/裂隙扩展调整、破裂带/裂隙快速扩展贯通等4个阶段;（3）在初始主控裂隙滑移变形的作用下,后缘陡倾角裂隙尖端因受推移作用而发生拉张-剪切混合型起裂并向下扩展,前缘缓倾角裂隙尖端因受牵引作用而发生拉张型起裂并向上扩展,裂隙扩展速率随扩展长度的增加而呈指数型增长;（4）裂隙扩展类型随边坡变形与裂隙扩展...     

基于声发射的盐岩变形破坏过程的分形与损伤特征研究

为研究盐岩变形破坏过程中损伤变量和分形维数之间的关系,对取自某地的纯盐岩开展了单轴压缩和三轴压缩试验。在基于声发射振铃计数的损伤模型和基于声发射定位点空间演化的分形维数计算的基础上,对盐岩变化破坏过程中的损伤变量和分形维数进行了研究。研究表明：在盐岩变形破坏过程中,盐岩分形维数逐渐降低,损伤变量逐渐增加,且分形维数下降的各个阶段与损伤变量增加的各个阶段相对应;盐岩变形破坏前分形维数不再明显下降,且不同应力状态下,盐岩变形破坏前分形维数不同;随着围压增大,盐岩变形破坏前分形维数逐渐降低,其中单轴压缩和三轴压缩应力状态时,分形维数分别低于2.42和2.31、2.20时,预示着试件内部损伤开始汇集,逐渐形成宏观破裂面,导致试件变形破坏;围压对盐岩声发射活动有明显的抑制作用,随着围压的增大,盐岩变形破坏过程中声发射活动逐渐减少,且在此过程中可以发现：在应力加载初期,盐岩分形维数快速下降时所对应的应力百分比逐渐增大,在应力加载后期,当盐岩分形维数不再明显减小时对应的应力百分比逐渐增大;在盐岩变形破坏的加载初期,损伤变量较小,能量释放较少;盐岩变形破坏前损伤变量增加较快,能量快速释放。     

坡底饱和型黄土滑坡离心模拟试验

黄土极具结构性和水敏性,人类活动及自然因素作用下的水致地质灾害备受关注,其中坡底饱和型黄土边坡极易失稳破坏并造成危害。基于离心模拟手段,采用未扰动原状黄土制作模型,自主设计模型后缘渗水装置,模拟坡底饱和型黄土边坡的失稳过程;通过模型顶部视频监测、侧面粒子图像测速（particle image velocimetry,简称PIV）分析、底部孔隙水压力及土压的联合监测手段,分析其失稳破坏特征,并结合现场滑坡演化特征进行验证对比。主要得出以下结论：加速度达80g时,模型底部饱和,前缘出现滑移、后缘发生塌陷及内部湿陷,呈多元破坏形式;模型侧面位移表现为滑移前的表层张拉变形、底部湿陷变形及后缘塌陷前的顶部沉降变形;模型底部高孔隙水压力区分布于大面积滑移和塌陷区域下方,表征了坡底高水位对破坏的影响及底部水渗流的不均匀性;模型滑移破坏与现场滑坡具相同演化进程：坡底饱和-张拉裂缝-后退式小型滑移-水位抬升-后退式大型滑移。研究成果可为原状黄土的模型试验研究思路及原位滑坡的多元破坏机制研究提供借鉴。     

基于风化红层泥岩蠕变特性的滑坡时效变形分析——以天水雒堡村滑坡为例

风化红层泥岩蠕变是我国黄土高原区边坡变形失稳的重要原因之一。选取天水市雒堡村巨型多级旋转滑坡,利用KTL全自动三轴仪和基于连续介质力学的离散单元方法（CDEM）数值模拟手段,开展了风化红层泥岩蠕变本构模型和滑坡时效变形研究。通过0.1～0.7 MPa不同围压下的分级加载蠕变试验,揭示了风化红层泥岩试样瞬时弹性变形、衰减蠕变和稳态蠕变三阶段的蠕变行为;同一围压下,轴向变形量随应力水平的增大而增大,且增长速率也逐渐增大;同一应力水平下,轴向变形量随围压的增大而增大,且增长速率也缓慢增大。拟合建立了试样Burgers蠕变本构模型方程。在此基础上,通过数值模拟揭示了自重应力下1 a尺度的滑体时效变形特征：约98.6%的变形发生在60 d内,随后进入稳态蠕变阶段;滑体水平位移量由浅及深逐渐减小,变形主要集中在后缘Ⅰ级滑体,最大位移约54.1 cm,滑坡变形模式表现为推移式;剪应变主要位于每一级滑体后缘滑带陡-缓转折处,最大剪应变约0.23%,但未整体贯通,总体处于较稳定状态。     

基于物理模型试验的多层滑带堆积层滑坡-抗滑桩受力特征

研究抗滑桩的受力特征是进行抗滑桩设计工作的关键。我国三峡库区部分堆积层滑坡发育多层滑带,而目前抗滑桩的设计方法仅针对单层滑坡,因此,对多层滑带堆积层滑坡—抗滑桩受力特征的研究具有重要意义。基于三峡库区堆积层滑坡工程地质特征,开展了多层滑带堆积层滑坡物理试验模型,在滑坡的后缘施加推力来模拟滑坡演化过程,同时监测滑坡—抗滑桩体系的多场信息。试验结果表明,在多层滑带堆积层滑坡的演化过程中,桩身受力表现出了很好的规律性。根据坡表位移的变化趋势,将滑坡演化分为4个阶段,在此基础上对桩身受力进行分析。滑坡推力分布图式中出现了4个极大值,土体抗力分布图式中出现唯一最大值,该试验结果为抗滑桩的设计提供了一定的理论支持。     

永泰县旗山滑坡深部位移监测分析

有效防治旗山滑坡,在主剖面前、中、后位置布设测斜管,进行深部位移监测。位移数据分析结果表明,滑坡演化呈现后缘倾倒拉裂、中部推移剪切和前缘锁固失稳三个阶段,目前处于中部推移剪切阶段,急需滑坡工程治理;主滑面为砂土状强风化岩软弱夹层,目前滑面部分贯通;持续强降雨后深部位移明显,对滑坡稳定影响显著。     

悬臂式抗滑桩模型试验研究

作为治理滑坡的重要手段之一的抗滑桩,由于岩土体介质的特殊性,桩后滑坡推力、土体抗力及桩身变形破坏模式与理论计算存在较大差异。通过悬臂式抗滑桩加固滑坡的模型试验,对滑体进行逐级加载,测得桩后滑坡推力、桩前土体抗力和桩体的应变,研究滑坡推力分布、土体抗力的变化情况、桩身变形破坏模式。试验结果表明,对于悬臂式抗滑桩可分为分离段和接触段两部分,滑坡推力逐渐向接触段集中;桩前土体抗力主要在桩前25 cm以上,随着深度增加,抗力逐渐减小;悬臂式抗滑桩为折断破坏形式,破坏点的位置在滑面以下25 cm处。模型破坏主要是由于桩前土体发生屈服,从而使桩顶部位移过大,致使桩身因折断破坏而失效,最终滑坡模型失稳。其结果可为实际工程提供借鉴。     

宝塔滑坡变形特征分析

通过对宝塔滑坡地表变形特征及深部位移特征的研究，直接提示表层岩体的变形演化过程，进而为斜坡岩体变形地质概念模型提供依据。     

Centrifugal model test on a riverine landslide in the Three Gorges Reservoir induced by rainfall and water level fluctuation

Frequent soil landslide events are recorded in the Three Gorges Reservoir area, China, making it necessary to investigate the failure mode of such riverside landslides. Geotechnical centrifugal test is considered to be the most realistic laboratory model, which can reconstruct the required geo-stress. In this study, the Liangshuijing landslide in the Three Gorgers Reservoir area is selected for a scaled centrifugal model experiment, and a water pump system is employed to retain the rainfall condition. Using the techniques of digital photography and pore water pressure transducers, water level fluctuation is controlled, and multi-physical data are thus obtained, including the pore water pressure, earth pressure, surface displacement and deep displacement. The analysis results indicate that: Three stages were set in the test (waterflooding stage, rainfall stage and drainage stage). Seven transverse cracks with wide of 1–5 mm appeared during the model test, of which 3 cracks at the toe landslide were caused by reservoir water fluctuation, and the cracks at the middle and rear part were caused by rainfall. During rainfall process, the maximum displacement of landslide model reaches 3 cm. And the maximum deformation of the model exceeds 12 cm at the drainage stage. The failure process of the slope model can be divided into four stages: microcracks appearance and propagation stage, thrust-type failure stage, retrogressive failure stage, and holistic failure stage. When the thrust-type zone caused by rainfall was connected or even overlapped with the retrogressive failure zone caused by the drainage, the landslide would start, which displayed a typical composite failure pattern. The failure mode and deformation mechanism under the coupling actions of water level fluctuation and rainfall are revealed in the model test, which could appropriately guide for the analysis and evaluation of riverside landslides.     

长江三峡库区木鱼包滑坡地表变形规律分析

三峡库区木鱼包滑坡自2006年实施专业监测以来,一直持续变形,对三峡大坝工程和长江航道造成巨大威胁。通过多次野外地质调查资料、长期现场巡查、人工GPS位移监测数据、近1年的全自动监测数据等,深入分析该滑坡在库水涨落及降雨条件下的变形特征、演化规律及变形机制。结果表明,滑坡坡体结构、岩性及地质构造等地质因素控制了木鱼包滑坡的变形,库水位是主要的驱动因素。库水位上升过程中,库水位由145 m升到155 m左右,月位移量为最小值;动水压力向坡内,滑坡变形最小;库水位155 m上升至175 m期间,库水入渗前部坡体,对滑坡前部抗滑段形成浮托减重效应,变形有所增加。库水位由175 m下降到170 m左右,累积位移形成阶跃,坡受向坡外动水压力和浮托减重效应作用,月位移达最大值。库水位由170 m降到145 m期间,浮托减重效应作用减小,月位移量降低。目前,木鱼包滑坡变形趋势减小,产生大规模滑动的可能性较小,但须进一步加强监测和机制研究。     

基于离心机模型试验的甘肃江顶崖古滑坡复活机理研究

位于白龙江断裂带的甘肃舟曲江顶崖古滑坡规模巨大,受断裂活动、降雨入渗与河流侵蚀和人类工程活动等因素影响,多次发生复活-堵塞白龙江灾害事件,造成极大危害。为研究江顶崖古滑坡的复活机理,本文在野外地质调查的基础上,重点开展了滑体在含水率为10%、15%和20%条件下的离心机模型试验。研究表明:在滑体含水率为10%情况下,试验结束后仅在坡体中后部产生少量裂缝,但滑坡体整体还处于稳定状态; 而在滑体含水率为15%和20%情况下,滑坡均发生了破坏,在滑体含水率分别为15%、20%情况下坡体失稳所需离心加速度分别为100g和50g。试验测试分析表明,江顶崖古滑坡为推移式滑坡,其变形先从坡体中后部开始,坡体中后部产生裂缝,随后裂缝逐渐向前缘扩展,最终裂缝贯通造成滑坡滑动破坏。滑坡体的变形过程主要分为3个阶段: ①变形启动阶段(裂缝开始形成阶段); ②变形加速阶段(裂缝加速发展阶段); ③失稳阶段。通过离心模拟试验,结合野外调查分析,认为江顶崖古滑坡复活的因素主要受降雨和孔隙水压力的影响,是受前缘河流侵蚀牵引、降雨入渗造成滑坡中后部推移的耦合滑动。     

Field investigation of force and displacement within a strata slope using a real-time remote monitoring system

Research on monitoring and forecasting technology for slope stability is important for ensuring railway operation. This paper presents field investigation of force and displacement within a strata slope using a real-time remote monitoring system. Based on the interactions of the landslide body, the landslide bed and the monitoring anchor of slope, the mechanical principle of relative movement between the landslide body and the landslide bed can be found. This paper puts forward stress data obtained from a monitoring anchor as the main criterion for landslide stability. The stress will change continually inside the slope mass before the occurrence of a landslide. When the sliding force is larger than the anti-sliding force, deformation and landslides will occur; thus, the change in stress occurs before the change in displacement. In this study, the internal stress, deep displacement and surface strain of a railway slope were measured by a real-time remote-monitoring system, and a vibration metre was installed on the surface of the railway slope to study the influence of the train vibration load on the stability of the slope. The monitoring results are synthetically analysed temporally and spatially, then a railway slope forecasting model is proposed. According to the railway slope field application, the forecasting model makes successful predictions.     

土质滑坡格构锚杆抗滑机制及受力试验研究

通过滑坡防治格构锚固大型物理模型试验,分析了土质滑坡格构锚杆体系在坡顶荷载下的变形和位移,揭示了格构锚杆的抗滑机制,探讨了锚固力与坡体位移及锚杆变形的关系,提出了极限锚固力的计算方法。结果表明：滑坡滑动时,格构梁与坡体整体发生旋转滑移,锚杆在滑面处发生了弯曲变形,处于弯曲和轴向拉伸组合变形状态;格构锚杆的抗滑作用表现为锚杆在滑面处的抗剪抗滑和锚杆格构梁的挡土阻滑;格构锚杆的极限锚固力由初始预应力、锚杆弯曲变形引起锚拉力、坡体位移引起锚拉力三部分组成,可通过公式 计算。该研究结果可为格构锚固体系的优化设计提供一定的参考。     

顺层岩质滑坡渐进破坏进入加速的能量学判据

顺层岩质滑坡是最常见的斜坡灾害,研究其渐进破坏过程、建立预报判据对于防灾减灾具有重要意义.以秭归杉树槽滑坡为例,在野外调查和室内岩石试验的基础上,利用JRC-JCS模型及GSI法估算得出滑坡基本力学参数;通过FLAC3D模拟滑坡渐进破坏过程,分析顺层岩质滑坡变形破坏的发展规律;基于能量守恒和虚功原理,提出了顺层岩质滑坡迈入加速变形的能量学判据.研究表明:杉树槽滑坡由后缘向前渐进破坏,后缘变形累积的总位移值不断增大,前缘切层段的锁固作用使变形迅速降低,当临近破坏时,前缘位移由前向后发展,滑面快速贯通;滑体沿滑动方向应变曲线可近似表示为"S"型曲线,随渐进破坏该曲线向坡下发展;以滑体动能增量大于0作为滑坡迈入加速变形的能量学判据,其结果符合滑坡地质演化观点,与FLAC3D模拟结果吻合.      

延安市阳崖黄土边坡开挖破坏离心模拟试验研究

人工开挖是黄土地区滑坡形成的主要诱发因素之一,开挖导致斜坡一定范围内产生卸荷回弹和应力重分布,斜坡应力重新平衡的过程伴随着斜坡形变,甚至破坏。延安市宝塔区枣园镇阳崖滑坡为典型开挖诱发的黄土边坡,本文选取阳崖滑坡为地质原型,采用TLJ-500大型土工离心机对边坡坡脚开挖状态下变形破坏过程进行模拟试验,通过对模型控制点监测数据分析,研究边坡坡脚开挖前后坡体形变位移特征、坡体内部土压力响应特征以及边坡变形破坏机理。结果表明:坡脚开挖后临空面附近产生局部垮塌,其坡体位移、潜在滑移面以及拉张裂缝均由坡体前缘往后部渐进性变化发展。开挖后坡体内部产生明显的应力松弛,且越靠近开挖面卸荷效应越明显,开挖主要影响坡体的中前部分,对坡体后部影响较小甚至无影响,分析得知坡体变形破坏机理为典型的渐进后退式。