饱和黄土体侧向流滑机制的试验研究

1920年海原Ms 8.5地震诱发了大量黄土液化型滑坡,多表现为低角度、长距离、流态化运动特征,甚至出现大范围近水平侧向扩展流滑现象,其特殊的成因机制颇受争议。为此,在对海原地震诱发的石碑塬滑坡遗迹详细勘查的基础上,借助DPRI-5大型环剪仪,进行饱和黄土稳态变形特性试验研究,探讨了固结压力、饱和度和剪切速率等因素对黄土稳态强度的影响规律。结果表明:黄土稳态强度受到固结压力、饱和度及加载速率等因素的影响。在不排水剪切条件下,固结压力越大,黄土孔压响应越慢,稳态强度越高;黄土的饱和度越高,黄土孔压响应越快,稳态强度越低;剪切速率对黄土强度具有一定弱化效应,当剪切速率＜0.1 mm/s时,剪切速率对强度影响较小;当剪切速率介于0.1~1 mm/s范围时,随着剪切速率的提高,稳态强度有不同程度的降低;当剪切速率＞1.0 mm/s时,随着剪切速率的增大,影响程度降低,稳态强度趋于恒定,总体上看来,饱和度越高,剪切速率对强度的弱化影响越明显。研究成果揭示了石碑塬饱和黄土层在低稳态强度下发生侧向流滑的致灾机理。      

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。     

流态破坏型黄土滑坡滑带土临界特征

泾阳南塬黄土滑坡运动形式具流态特征,以泾阳南塬西段L5致滑层黄土和东段L9致滑层黄土为研究对象,从非饱和黄土角度出发,开展了控制不同初始含水率的增湿常剪试验,在获取黄土增湿变形过程曲线的基础上,讨论了黄土流态破坏过程中的水土边界特征;并进一步从细微观角度揭示了黄土流态破坏前后的结构孔隙差异与含水率的关系,提出了黄土流态破坏临界条件和力学机制。研究表明,黄土具流态变形特征,其增湿变形曲线中存在发生流态破坏的临界含水率,提出了"自适应第一稳定场"和"被适应第二稳定场"的概念,微细观尺度下在临界点前后的土体孔隙突变结果揭示了该变形模式的合理性;流态变形的基本条件是与土体孔隙的分布及其颗粒大小相关的,非饱和高含水率状态下,含水率(吸应力)的微小改变可引起土体较大的应变增量;基于水力特征曲线模型闭型方程,提出了流态变形的力学机制,以期为流态破坏型黄土滑坡防控提供科学依据和理论基础。     

甘肃黑方台地区灌溉型黄土滑坡形成机理与运动学特征——以焦家崖头13号滑坡为例

甘肃黑方台地区常年农业灌溉导致塬边产生大量的黄土滑坡,灌溉水长期入渗引起灌区地下水位上升,园地下水作用造成水敏性黄土遇水乃至饱水后强度劣化．进而产生斜坡失稳,因黄土滑坡剪出口高悬于上缓下陡的坡体中部,其成灾模式呈现出高位剪出后高速滑动．并产生远程运移,波及范围大,致灾后果严重。以甘肃省永靖县黑方台焦家崖头滑坡为例,在现场调查和地下水动态监测的基础上,对灌溉型黄土滑坡塑流-拉裂形成机理进行分析,并运用离散元模拟方法,对地下水位上升过程中模型底部饱水黄土软弱层的形成、演化过程和滑坡运动学特征进行模拟研究。结果表明,随地下水位的上升,模型底部软弱层范围不断增大：孔隙水压力主要作用于滑坡底部软弱层饱水黄土：地下水位高程上升至标高1682m时,滑坡产生整体破坏。     

白龙江流域潜在滑坡InSAR识别与发育特征研究

白龙江流域地处甘肃省东南部,位于青藏高原、黄土高原和四川盆地的交汇处。区内断裂构造发育、新构造运动活跃、地震频繁,加之多见的暴雨和持续降雨天气,使得流域内地质灾害频发,且分布范围广泛,其中以滑坡、泥石流灾害较为显著。本研究基于合成孔径雷达干涉测量技术,对白龙江流域进行区域尺度上的时序地表变形监测,得出2018年—2019年雷达视线方向的形变速率范围为-158—110 mm/a,并在人口分布集中的河谷区圈定出潜在滑坡点共计114处,并进行野外验证。统计发现研究区潜在滑坡多集中分布于两岸坡度20°—40°、坡向135°—270°、高差小于150 m、面积小于5×104m2的千枚岩等软弱岩层中。牙豁口滑坡发生破坏前,滑坡中上部变形剧烈,变形速率达38 mm/a,于07-19在该区域剪出并不断向下推移,最终进入岷江。结合滑前的变形特征和滑坡地貌,将牙豁口滑坡分为搬运区、流通区和堆积区。该滑坡事件证明了InSAR技术在潜在滑坡早期识别中的有效性和可靠性。本研究可为白龙江流域的滑坡调查、综合治理和防灾减灾提供科学依据和参考。     

干扰环境下城市地下空间组合探测与全要素数据集

地下空间利用已成为解决城市发展空间问题的主要途径,地下空间精准探测是地下空间资源开发利用的基础,但城市强干扰环境下地下空间探测的原理、方法组合、采集的要素及数据应用等目前尚为难题。本数据集依托中国地质调查局陕西省重要城镇地质灾害风险评估（2013-2016）、关中-天水经济区综合地质调查（2016-2018）、西安多要素城市地质调查（2018-2021）、延安革命老区综合地质调查（2018-2021）4个项目,面向岩土体质量评价和城市地下空间资源评价与开发利用的需要,在常规物探、钻探和实验测试基础上,引入了随钻监测技术,开展了13个参数的测井,形成了地下空间组合探测方法,获取了岩土体质量和城市地下空间评价所需的全要素数据。本数据集分别来自陕西省秦巴山地山阳县城区、关中盆地西安市城区和黄土高原延安市城区,数据包含工程地质钻探、实验测试、多参数测井、随钻监测和地面物探5种数据类型,其中工程地质钻孔144个,实验测试样品672个,物探测井13类参数111个孔,随钻监测36个孔,地面物探4类方法5条剖面,共计968组数据,3 664个文件,格式包含jpg,xls,doc,mpj,dwg。该数据集可用于岩土体质量评价、城市三维地质全要素建模、地下空间资源评价、岩土体质量与物性参数耦合关系研究,以及城市地质科学研究。     

甘肃黑方台地区灌溉型黄土滑坡形成机理 与运动学特征 ——以焦家崖头13号滑坡为例

甘肃黑方台地区常年农业灌溉导致塬边产生大量的黄土滑坡,灌溉水长期入渗引起灌区地下水位上升,因地下水作用造成水敏性黄土遇水乃至饱水后强度劣化,进而产生斜坡失稳,因黄土滑坡剪出口高悬于上缓下陡的坡体中部,其成灾模式呈现出高位剪出后高速滑动,并产生远程运移,波及范围大,致灾后果严重。以甘肃省永靖县黑方台焦家崖头滑坡为例,在现场调查和地下水动态监测的基础上,对灌溉型黄土滑坡塑流-拉裂形成机理进行分析,并运用离散元模拟方法,对地下水位上升过程中模型底部饱水黄土软弱层的形成、演化过程和滑坡运动学特征进行模拟研究。结果表明,随地下水位的上升,模型底部软弱层范围不断增大;孔隙水压力主要作用于滑坡底部软弱层饱水黄土;地下水位高程上升至标高1682m时,滑坡产生整体破坏。     

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...     

泥质砂岩动弹模阻尼及能量耗散特性试验研究

针对煤矿矿区受爆破地震波影响下泥质砂岩斜坡的稳定性问题,利用MTS 815试验机开展了波形为正弦波、频率1 Hz的岩石动三轴试验,对滞回圈应力—应变数据进行了准确分析,计算了泥质砂岩的动弹性模量及阻尼参数,以及在循环动力作用下单位体积能、单位弹性能、单位耗散能的演化规律。研究中发现耗散能与围压水平、动应力水平两者之间呈幂函数关系。对试验中出现的“突增或突减”现象进行了讨论和分析,初步归因于岩石具有蓄能的特性和动应力的“触发效应”、“累积效应”,并指出这与天然或爆破地震波能触发斜坡崩塌的机理是一致的。本试验旨在为受爆破地震波影响的泥质砂岩斜坡稳定性分析指明研究方向和提供基础性的研究指标。     

强震触发黄土滑坡流滑机理的试验研究——以宁夏党家岔滑坡为例

针对地震触发低角度、长距离流态化黄土滑坡的问题,以1920年宁夏海原大地震触发的西吉县党家岔滑坡为典型案例,开展较为详细的现场勘查与工程地质测绘工作,并结合室内试验研究,揭示了党家岔滑坡特殊的形成机制及运动特征。结果表明:在强震过程中,马兰黄土的原始结构遭到摧毁性的破坏,上层非饱和黄土震裂损伤,后缘拉裂,底部潜在滑带的高饱和黄土层内超孔隙水压力骤增,并产生明显液化,强度骤减,塑性变形急剧累积,剪切面逐渐贯通;之后坡体在地震力水平抛射作用下,高速启动,几个滑块先后沿着295°、300°、80°方向滑向中间沟槽,然后碰撞变向顺沟而下;液化层呈泥流状向前运移,表现为典型的“剪切稀化”流体,达到极低的稳态强度和表观动力黏度,浮拖上部滑体产生低角度、长距离运移,冲出沟口后受到对面山体阻挡,转向沿着堡玉沟往下游侧扩离,整个滑程长达3 km。研究成果有助于深入认识强震条件下流态化滑坡的形成机制,对于防控黄土地区地质灾害具有一定的参考价值和指导意义。