强震作用下斜坡表面放大效应的三维离散元模拟

为研究强震作用下斜坡表面的动力放大效应, 以陕西勉县某岩质斜坡为例, 建立了三维模型。运用离散元软件3DEC, 模拟了动力条件下斜坡的变形失稳过程, 分析了斜坡表面的动力响应特征, 研究了不同地震波输入工况条件下坡体表面动力响应差异。研究结果表明: 考虑地震纵波的影响时, 竖向加速度得到显著增强, 坡面的PGA放大系数增强了约1.62倍; 坡面形态强烈影响着斜坡表面的动力响应特征, 强震作用下, 斜坡坡肩及坡形转折处的放大效应均十分强烈, 凸出部位次之, 坡表两侧的放大效应最弱; 不同输入工况下, 斜坡坡形转折处的水平向PGA放大系数均维持较高值, 特别是在仅输入水平向加速度的条件下, 该部位在地震滑坡灾害预防中应特别注意; 强震作用下滑坡的运动过程可概括为滑坡孕育启动阶段—挤压碰撞高速运动阶段—堆积阶段。研究成果可为该地区防灾减灾工作提供一定理论支持。      

珙县低山区不同震源作用下斜坡地震动响应

在宜宾市珙县五同村布设斜坡地震动监测仪器,采集兴文县3.1级、珙县4.5级及长宁县4.6级地震数据。对监测剖面上1^#、2^#监测点采集到的珙县余震地震动响应数据进行滤波和校正处理,对比分析震级、高程、方位等因素对斜坡造成的地震响应后认为：1）当地震波的半波长与山体某些特定部位之间的距离接近时,斜坡地形与地震波的波峰产生耦合作用,地形放大效应显著,达到参考点的2.765倍,此处山体更容易产生较大幅度的摇晃,造成山体地质灾害;2）分析珙县4.5级与长宁县4.6级地震得出,当地震波沿特殊部位（如山脊等）传播时,地震加速度及阿里亚斯强度更加显著;3）分析地震加速度变化得出,在地震荷载作用下,随着震级的增大,斜坡的加速度响应也会增大;4）随着高程和震级的变化,监测点的地震加速度和阿里亚斯强度随之变化,高程和震级对斜坡的地震动响应具有放大效应;5）在高程和微地貌的耦合作用下,斜坡地震加速度也具有明显的放大效应。     

四川珙县下软上硬山岭地貌斜坡地震动响应特征

强震中下软上硬坡体同震崩塌发育, 为了揭示这类坡体地震动的响应特征, 在珙县五同村安置了强震监测仪, 对斜坡表面和不同岩性的地震动响应进行监测, 并记录到不同方位、不同震中距的2次地震。研究表明: ①地震动响应规律有极强的方向性和距离性。2次地震相距监测站台的方向和距离不同, 使Ms 4.0级地震的峰值加速度和阿里亚斯强度反而比Ms 3.2级地震小。②0~30 Hz的地震波在低地山岭的高陡临空面附近有放大效应。1#监测点的主频小于3#与5#监测点, 3#监测点的主频最高。5#点的幅值范围为0.018~0.055 m/s-2, 3#点幅值范围为0.036~0.087 m/s-2, 3#点相较于5#点, 其三向最高幅值同比放大了1.58~2.0倍。③泥质砂岩的主频为4.8~8.4 Hz, 灰岩的主频为5.5~21.4 Hz, 不同的岩层共振频率不同, 灰岩对地震波的选频放大效应强于泥质砂岩。④地震波在不同高程的山岭斜坡部位具有选择放大作用, 在一定范围内高程越大地形放大效应越明显。      

兴仁“6·10”彭家洞高速滑坡运动特征与形成机理

2021年6月10日20时30分左右, 贵州省兴仁彭家洞发生高速滑坡, 滑坡体高速运动沿途铲刮坡面崩塌堆积体, 造成3人遇难, 18栋房屋损毁。通过对滑坡发生前后影像资料遥感解译、灾害发生现场详细的地质调查及室内综合分析等技术手段, 对彭家洞滑坡的特征进行了详细描述, 阐明了滑坡发生的运动特征与形成机理。研究表明: 斜坡地形"上陡-中缓-下陡"与岩土结构"上硬下软"是滑坡形成的内在因素, 人类工程活动、强降雨的饱水加载和下渗软化作用是滑坡形成的外在因素; 滑坡平面形态呈折线形, 根据运动特征和堆积结构将滑坡分为滑源区(Ⅰ)、铲刮-流通区(Ⅱ)、铲刮堆积区(Ⅲ)3个区; 滑坡是由危岩带形成、滑坡孕育及斜坡失稳3个阶段孕育形成的挤压-推移式高速滑坡。研究结果对贵州类似的斜坡地带及岩土结构区域开展防灾减灾工作具有较强的指导作用。      

降雨促发黄土滑坡的启动机制模拟

黄土滑坡和降雨关系尤为密切。为深入研究降雨入渗对滑坡的促发作用,在对陕西西安地区“9·17”灞桥滑坡现场勘察的基础上,利用数值模拟方法系统研究了黄土边坡在降雨入渗条件下土体相关物理力学指标的变化响应特征及时空分布规律;从滑动面安全系数变化的角度分析了边坡的失稳过程,并揭示了该类滑坡的启动机制。结果表明：(1)降雨入渗首先引起坡面土体的基质吸力逐渐降低,而且不同分布位置的降幅不同;(2)滑坡启动前,坡体的高体积含水量范围随降雨明显扩大,且体积含水量表现出从古土壤层向邻近黄土层递减的规律;(3)边坡的水平方向位移自坡面中部向坡体的上下部呈放射状递减特征,垂直方向位移由上至下逐渐减小,而临界滑动面的安全系数也随降雨入渗过程逐步递减;(4)节理处土体的孔隙水压力和体积含水量的变化响应时间及幅度都早于且强于坡体其他区域,坡体内最大剪应变的区域分布与坡面基本平行,模拟结果与原型滑坡一致;(5)基于黄土独特的水敏性、地质构造和人类工程活动等诱因的影响,加上节理裂隙为水的入渗和运移提供了优势通道,降雨加速了黄土潜蚀和坡体结构破坏过程,改变了边坡内部应力场、位移场和水文地质条件,进而促发了滑坡。     

圈闭地形内斜坡破坏的多期性和规律性

本文以黄河上游某拟建水电站坝址场地为例,论证了圈闭地形内斜坡破坏的多期性和规律性问题。在充分的野外调查和室内研究资料的基础上,将区内的斜坡破坏分为两期,即第一期为已经失稳的老滑坡群;第二期为发育在第一期滑坡群圈闭状破裂壁之后的正处于蠕动和破坏阶段的变形坡体,进而将第一期的滑坡分为两个强度次序。同时,还揭示了圈闭地形内斜坡破坏的规律性,即随着期和序次的增高,斜坡破坏面积增大,滑坡个数增多,规模减小,强度降低,滑距变短,滑体破碎程度变弱。最后指出,上述多期性和规律性应具有普遍性意义。     

丘陵地貌区斜坡强震动响应特征——以四川省长宁县为例

前人对高山峡谷地貌区高位斜坡动响应研究较多,但对低山、丘陵地貌区斜坡强震动响应研究很少。并且,研究这类地区顺倾斜坡的地震动响应对揭示长宁M_s 6.0级地震丰富的次生山地灾害动力机理具有一定意义。在四川省长宁县丘陵地貌区典型顺倾斜坡不同部位安置强震监测仪器,捕捉到40多次余震,通过SeismoSignal软件处理典型余震数据,分析峰值加速度、阿里亚斯强度、傅里叶频谱、加速度反应谱,进而采用水平/竖直向谱比法分析局部场地效应,最后对比分析低山、丘陵地貌区与高山峡谷地貌区的斜坡动响应。结果表明:坡顶峰值加速度可达4.171 m·s~(-2),最大位移可达0.008 05 m,当峰值加速度大于1.0 m·s~(-2)时,阿里亚斯强度出现陡增的趋势;局部地形的放大效应使得地质灾害以沿山脊的裂缝及小型崩塌为主,在低频2～5 Hz处,斜坡中上部易发生山体共振。以上研究揭示了砂、页岩顺倾斜坡高位放大效应,为地震山地灾害易发性区划提供地震监测资料。     

地震动触发滑坡体滑动的机理

论证并探讨了地震动触发滑坡体滑动的机理,认为地震时的坡体波动振荡在斜坡岩土体变形破坏过程中产生三种效应：累进破坏效应、启动效应和启程加速效应,并得出了一些既有理论研究意义,又有一定实际应用价值的论断。     

基于模型试验的动水驱动型顺层岩质滑坡启滑机制初探

动水驱动型顺层岩质滑坡数量多、灾害频发、危害大, 是滑坡地质灾害领域的研究重点, 但目前对于滑坡启滑机制的认识仍不充分, 滑坡的准确预报还面临巨大挑战。鉴于此, 以含软弱夹层的中倾角顺层岩质滑坡为研究对象, 通过构建理想的单层滑带滑坡物理模型, 开展了一系列动水作用下的滑坡模型试验研究。结果表明, 动水作用下顺层岩质滑坡从开始变形至失稳滑动需经历初始变形、缓慢变形、加速变形和失稳破坏4个阶段, 而各个阶段的演化特征与滑面粗糙度和倾角密切相关。滑面倾角越大或粗糙度越小, 滑坡体从开始变形至失稳滑动所需的时间则越短; 相应地, 坡体加速变形阶段越不明显, 滑坡破坏的突发性越强。滑带内的渗流冲蚀作用会使滑带土中的骨料流失, 导致其抗剪强度降低, 进而引发坡体滑动。与此同时, 上覆坡体的压剪作用以及变形演化过程亦将反过来影响冲蚀强度。基于滑带土黏聚力随水力梯度和冲蚀时间的变化关系, 提出了渗流驱动下滑带土黏聚力演化模型, 可较好地描述滑带土黏聚力的退化过程。滑面粗糙度的存在不仅显著影响了滑带的冲蚀劣化规律, 还改变了滑带不同区域的破坏模式。此外, 通过考虑滑面粗糙度对滑带不同区域破坏模式的影响, 开展了动水多效应关联分析, 建立了滑坡地质体力学分析模型, 实现了动水作用下顺层岩质滑坡动态稳定性的有效评估。本研究成果可为实际动水驱动型顺层岩质滑坡的预测和防治提供理论参考。      

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.     

风振影响下乔木坡地暴雨型浅层滑坡演化机制

强对流或台风等极端天气下乔木坡地发生浅层滑坡灾害往往是暴雨和强风共同作用的结果。以皖南山区一处暴雨型浅层滑坡——畈章组滑坡为例, 通过现场调查和气象资料的分析表明, 除暴雨外风荷载也有可能促进滑坡的启动。为揭示该滑坡启动与破坏后这一完整运动过程的演化机制, 首先基于无限斜坡模型分析了实际降雨条件下的滑坡稳定性, 然后对取自于滑坡体内乔木根系周围和滑动面附近的两种土样利用DPRI型环剪仪, 分别开展了不排水循环剪切试验和自然排水残余剪切试验。结果表明: ①降雨入渗引起滑动面孔隙水压力的上升, 并导致稳定性的降低是畈章组滑坡启动的直接原因; ②乔木根系周围的饱和土在风振作用产生的动剪切荷载下易形成高的超孔隙水压力, 并导致浅表层的局部失稳滑动, 增加了畈章组滑坡整体破坏的可能性; ③滑动面土体的残余强度具有强烈的"正速率效应", 从而控制了畈章组滑坡启动后不会表现出高速远程的运动特征, 与现场调查结论一致。研究结果可以为暴雨协同风振作用下富乔木坡地浅层滑坡的预警预报研究提供参考。      

软硬互层顺层岩质边坡破坏试验

软硬互层结构的顺层岩质边坡破坏类型复杂、难于防治, 针对此类边坡地质灾害易发、多发的问题, 从坡面角度、岩层倾向及组合形式、节理分布等方面进行了研究。边坡物理模型试验是揭示边坡变形破坏机理的重要手段, 基于相似理论, 以重庆市万州区孙家滑坡为工程依托, 根据滑坡区地质勘探报告设计了室内边坡物理模型试验; 试验通过顶升模型箱模拟重力加载来探究顺层岩质边坡发生破坏时, 前缘坡角和软弱夹层倾角之间的关系; 结合有限元分析软件Plaxis 2D对物理模型进行了多组数值模拟试验, 以验证软硬互层顺层岩质边坡破坏机制。试验结果表明: 对于顺层岩质边坡, 当软弱夹层的倾角在22°左右, 前缘开挖坡角58°左右时, 顺层岩质边坡容易发生滑动, 滑动面为后缘节理面和软弱夹层的贯通面。因此, 顺层岩质边坡稳定性受层面和节理面密度的控制, 当边坡含多层软弱层面时, 易沿层面和后缘节理贯通面发生破坏, 随着软弱面层数增加, 边坡稳定系数逐渐降低。研究成果可以为公路开挖切坡导致的顺层岩质边坡失稳机理研究及其稳定性评价提供理论依据, 为顺层岩质边坡失稳的预测预报提供支撑。      

什么是滑坡？

滑坡是指斜坡上的岩土体由于各种原因在重力作用下沿一定的软弱面（或软弱带）整体地向下滑动的现象。一般由降雨、地震等自然因素引起。滑坡的俗称也叫“地滑”、“走山”、“垮山”和“山剥皮”等。     

滑坡图像自动识别浅议

识别滑坡须先了解什么是滑坡,广义滑坡包括崩塌、滑坡、碎屑流、泥石流等所有斜坡重力侵蚀现象;狭义滑坡指部分斜坡沿着斜坡内的一个或数个面在重力的作用下作剪切运动的现象。各类滑坡有自已特殊的地表形态特征,发育的基本地质环境条件和触发因素,据这些特征识别滑坡。利用数字滑坡技术进行滑坡识别大致分为2步:(1)通过RS和GIS技术将不同时间的调查区地物现场以不同分辨率展现在数字图像上,并与地理控制及地质环境信息配准、组合,建立解译基础;(2)在滑坡地学理论指导下,通过人机交互方式进行解译和时空分析,获取减灾防灾需要的信息。该方法尚未达到遥感自动识别滑坡的程度,但建立解译基础的过程已可由计算机通过多种程序软件完成,故认为滑坡模式识别的前2个步骤:数字化及预处理已由计算机实现。现需探索的是用计算机实现基于滑坡地学理论知识,以人机交互方式进行的滑坡识别及分析过程。就狭义滑坡而言,基于DEM的滑坡地形识别已可由计算机实现。如能确定地面滑坡壁及滑体与地下滑面、滑床的关系,了解它们的光谱特征并建立计算模型,便可构建遥感技术的滑坡模式识别。     

湖北省阳新县基岩滑坡变形因子及其破坏模式

斜坡变形受众多因子综合控制, 不同因子的敏感性与作用规律在变形过程中差异明显。以湖北省阳新县顺层基岩滑坡为研究对象, 通过正交试验结合离散元数值模拟的方法, 研究多个影响因子对应顺层滑坡变形的敏感性并确立主导因素, 随后基于响应面拟合主导因素与滑坡不同部位变形程度间的量化关系, 揭示主导因素交互作用对滑坡变形破坏模式的影响规律。结果表明, 在研究区内坡度与岩层倾角分别为影响顺层滑坡变形的主导与次主导因素, 滑坡的变形破坏模式受控于二者的交互作用。在中-陡倾顺层滑坡中, 当坡度小于岩层倾角时, 滑坡变形主要集中在坡顶, 且变形程度随岩层倾角的增加而增大, 表现出滑移-弯曲的变形破坏模式; 在缓倾顺层滑坡中, 当坡度大于岩层倾角时, 滑坡坡脚位移较坡顶显著, 其坡脚变形程度随坡度的增加而增大, 以滑移-拉裂变形为主。研究成果可为该类滑坡的防治工作提供参考。      

基于流固耦合理论的巴东黄土坡滑坡地震响应研究

为研究三峡蓄水对湖北巴东黄土坡滑坡地震稳定性的影响,基于流固耦合理论建立二维有限差分数值模型。在计算无水(蓄水前)及有水(175 m实验性蓄水)条件下滑坡体场地地震动、应力响应及孔隙水压力差异特征的基础上,进一步给出滑坡体安全系数时程,探讨在蓄水与水库地震共同作用下的滑坡体稳定性及成因机理。结果表明：1)无水条件下滑坡体上硬层与下硬层的地震动峰值加速度放大系数约为1.33及3.31,具有显著的场地放大效应及软弱夹层消能减震作用;2)瞬时地震荷载下,由于滑坡体上下硬层之间非协调性变形与非快速排水的共同作用,软弱层超孔隙水压力快速形成,并呈现出阶段性积累上升趋势,伴有瞬时放大特征。     

基于流固耦合理论的巴东黄土坡滑坡地震响应研究北大核心CSCD

为研究三峡蓄水对湖北巴东黄土坡滑坡地震稳定性的影响,基于流固耦合理论建立二维有限差分数值模型。在计算无水(蓄水前)及有水(175 m实验性蓄水)条件下滑坡体场地地震动、应力响应及孔隙水压力差异特征的基础上,进一步给出滑坡体安全系数时程,探讨在蓄水与水库地震共同作用下的滑坡体稳定性及成因机理。结果表明:1)无水条件下滑坡体上硬层与下硬层的地震动峰值加速度放大系数约为1.33及3.31,具有显著的场地放大效应及软弱夹层消能减震作用;2)瞬时地震荷载下,由于滑坡体上下硬层之间非协调性变形与非快速排水的共同作用,软弱层超孔隙水压力快速形成,并呈现出阶段性积累上升趋势,伴有瞬时放大特征。     

四川珙县M_s 5.4级地震斜坡地震动响应特征

四川珙县M_s 5.4级地震是长宁M_s 6.0级地震第三大余震,在震中区诱发了多处滑坡和崩塌,研究坡体不同部位地震动响应特征对地震地质灾害预测和防治意义重大。通过在距离震源近的斜坡不同位置布置监测点,获取地震动参数及相关变化规律,对研究区域的坡体进行稳定性分析和研究。结果表明:地震在南北向的放大效应大于东西向,覆盖层土体最大位移达到了7.42 mm,与地震时南北向晃动强烈吻合;对比分析各个监测点的峰值加速度(PGA)、阿里亚斯(Arias)强度,覆盖层土体比高位基岩的放大效应显著;基岩地震波以低频为主,卓越频率为2～5 Hz,随着高程的增加对高频的地震波有过滤作用,在山顶3~#监测点的阿里亚斯强度比山脚1~#监测点(参考点)放大数倍,地震动能量强;通过该区域的抗震设计反应谱与监测反应谱对比分析,可以得出覆盖层土体和高位基岩地震动强烈,前者的宏观表现为覆盖层土体上老旧房屋毁坏严重,后者为高位基岩坡体滑坡和崩塌。     

川西凹陷地区中更新统冰水沉积滑坡稳定性分析

为了研究川西凹陷地区中更新统冰水沉积滑坡的变形破坏机制和稳定性, 以G5京昆高速成雅段K1887+350滑坡为例, 通过工程地质勘察和物理力学试验, 运用综合监测技术, 以滑坡的实际变形量为基础, 分析了滑坡变形破坏机制, 研究加固处治前后的滑坡稳定性。结果表明: 不利的地质结构、前缘临空及降水诱发是K1887+350滑坡变形破坏失稳的主要原因, 中更新统冰水沉积层细粒土的膨胀性进一步降低了土体抗剪性质, 地表水长期渗润最终导致冰水沉积物浅表发生蠕动-拉裂变形; 地表裂缝监测是判断山体变形趋势、分析滑坡稳定性的有效途径。      

天津蓟州五名山滑坡隐患早期识别监测

为精确识别五名山滑坡隐患,利用Sentinel-1A/B升降轨数据,基于SBAS-InSAR技术反演2017-03~2021-04该地区垂向和坡向形变,识别滑坡灾害以及隐患点,对形变时间序列及滑坡原因进行分析。结果表明,五名山潜在地质灾害隐患可分为3个区域,其中最大垂向累积形变达-38.28 mm,临空面坡体最大坡向累积形变为22.10 mm;降水量对坡体稳定性具有不同程度的影响,坡体累积形变峰值滞后于降水峰值。研究成果可回溯蓟州五名山滑坡灾害形变特征,为天津北部山区地质灾害监测识别提供新思路,为防灾减灾提供保障和技术支持。