崩滑灾害位移曲线典型类型及其形成机制

通过整理分析大量的崩塌滑坡位移-时间曲线发现,孕育期地表位移时序曲线典型类型主要有稳定型、渐进型和突发型3类,其中稳定型分为蠕滑稳定型和波动稳定型2亚类,渐进型分为三阶段渐进型、振荡渐进型和多台阶渐进型3亚类;孕育期地下位移时序曲线典型类型主要有单滑裂面型和多滑裂面型2类,并发现滑带处位移时序曲线与地表的具有相似的演化规律;从孕育、成灾到形成崩滑堆积体的全过程位移时序曲线典型类型只有生长型一类。基于崩塌滑坡滑裂面上锁固段数量、位置和强度,结合变形状态空间区划效应及外界因素对锁固段的加卸载特征,对孕育期地表典型位移时序曲线形成机制进行了探讨。     

基于变形分区确定某反倾岩质岸坡变形体锁固段

对处于蠕滑阶段的边坡而言,准确确定蠕滑段和锁固段是进行稳定性评价及演化趋势预测的基础和前提。以我国西南山区某水库型岸坡变形体为例,在综合分析岸坡工程地质条件的基础上,通过联合运用野外现场地质调查、地表位移监测、钻孔、平硐、深部位移监测、物探等多种勘察手段,查明了岸坡的结构特征,并分别对岸坡进行地表和深部变形分区。 在此基础上,结合当前稳定性现状,划分出岸坡蠕滑段与锁固段。结果表明:(1)岸坡在河谷下切过程中发生了弯曲倾倒变形,弯曲折断面深度为20～80m;(2)岸坡前部为蠕滑段,中部为锁固段,后部为拉裂段,具备滑移-拉裂-剪断三段式发育特征。研究结果可直接用于该岸坡变形体的稳定性评价,且对于同类型处于蠕滑阶段边坡的勘察手段及综合分析具有一定的借鉴意义。     

Acceleration characteristics of a rock slide using the particle image velocimetry technique

2017年四川省茂县新磨村滑坡的启动具有明显的“锁固段”效应。在现场调查基础上,采用高强度脆性材料制作斜坡模型,开展物理模拟试验,重现滑坡变形破坏过程,分析新磨村后山高位顺层滑坡在反倾节理和潜在滑移破裂面控制下的启动机制,结合“锁固段”岩体变形破坏特征、变形监测数据和声发射信号,研究滑坡临滑前兆。试验发现：受上部滑体推挤,滑源区前部“锁固段”岩体沿反倾节理鼓胀剪出,在坡表形成鼓胀裂缝,在斜坡内部形成顺坡向拉裂面,两组破裂面组合形成阶梯状破坏面,构成“锁固段”岩体破坏边界条件。斜坡在上部滑移块体推挤下,中部形成向临空面高速启动的弹射块体,并带动下部倾倒块体向坡外运动,滑坡启动。故对于此类滑坡,可将沿反倾节理剪出形成的鼓胀裂缝视为宏观临滑前兆;同时在“锁固段”屈服阶段,坡表与坡顶的位移比值随时间先快速增长、后平缓,表征滑面逐渐贯通,滑坡各部位变形逐渐趋于协同,滑坡即将失稳。该比值时序曲线的斜率趋近于零可视为此类滑坡的临滑前兆。研究结论对发育反倾节理的顺层边坡失稳预警有理论和实践意义。     

锁固型斜坡失稳机理及其物理预测模型

稳定性受潜在滑面上锁固段所控制的一类斜坡,称之为锁固型斜坡,其失稳机理较为直观明确,我们认为突破斜坡失稳预测这一世界性科学难题应从该类斜坡入手。本文总结了当前有关锁固型斜坡的分类研究,认为可将其分成两大体系;指出锁固型斜坡演化3阶段与锁固段变形破坏过程之间存在内在联系,其演化过程之所以出现加速蠕滑阶段,是因为锁固段损伤累积至体积膨胀点后所致;发现锁固段峰值强度点和残余强度点可视为锁固型斜坡演化进程中的两个特征灾变点,其分别对应着突发型和渐变型滑坡的发生;基于锁固段损伤本构模型和重正化群理论,导出了体积膨胀点、峰值强度点与残余强度点三者之间的量化力学联系,构建了锁固型斜坡失稳的物理预测模型;据此模型对盐池河山崩、新滩滑坡和Libby坝左坝肩楔形岩质滑坡的回溯性预测效果良好,并可合理解释其失稳机理;阐述了该模型的使用原则和配套技术方法,以便于实际应用。     

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.      

基于监测曲线特征点分析的阶跃型滑坡预警方法

在三峡库区专业监测滑坡中,部分滑坡受到库水或者降雨等外界因素影响,其累计位移-时间曲线表现出明显的“阶跃型”特征。直接使用改进切线角对阶跃型滑坡位移监测曲线进行预警分析,其改进切线角预警值可能在变形曲线陡增阶段高于实际预警级别,增加虚警率。为了准确判别阶跃型滑坡的变形阶段及发展趋势,本文以白家包滑坡和谭家湾滑坡为例,分析滑坡监测历史数据及其影响因素,采用斜率单变点分析法和AMPD法对“阶跃型”累计位移-时间曲线进行特征点提取,结合Hill 函数形成特征点拟合曲线,在此基础上利用改进切线角对拟合曲线进行滑坡变形阶段划分及预警分析。结果表明,当前白家包滑坡总体上处于蠕滑变形阶段,预警级别为无预警;谭家湾滑坡处于中加速变形阶段,预警级别为橙色预警。研究表明,本文方法可以很好抑制变形曲线的阶跃特征对预警级别判定带来的影响,更准确地判定滑坡变形阶段。     

基于PFC3D的鱼鳅坡滑坡运动过程分析

以贵州省开阳县鱼鳅坡滑坡为研究对象,采用颗粒流离散元（PFC3D）对其破坏运动过程进行数值模拟。采用Ball-Wall建模方法建立滑坡模型,对滑坡不同关键部位颗粒进行位移、速度监测,阐明其破坏运动特征。结果表明,降雨为鱼鳅坡滑坡的直接诱发因素。该滑坡在破坏初始阶段以蠕滑变形为主,随着变形量的增加,滑坡体不断挤压坡脚,滑坡岩土体到达应力平衡极限,坡脚产生剪切破坏,并向上牵引发展,滑坡发生整体滑动,斜坡变形破坏模式为蠕滑-拉裂,按照力学条件为牵引式破坏。滑坡滑动最高时速12.4 m/s,最大滑移80 m,滑动阶段持续50 s。研究成果可为对该类滑坡影响范围预测,以及工程措施的制定具有一定的参考意义。     

速度倒数法滑坡预警模型流变试验研究

滑坡失稳的预测预报研究是地质工程领域中的一项重要课题,准确地确定预测预报理论模型的参数是实际应用中的难点。在实际滑坡监测中通常可以观察到位移曲线呈现阶梯形,这些阶梯形位移变化点就是滑坡的变形突变点。为研究滑坡变形突变点的变形特征,进行了不同荷载作用下的天然试样以及不同荷载、不同含水率作用下的浸水试样的流变试验,得到了累计位移-时间曲线以及变形速度-时间曲线。依据秦四清的锁固段理论以及速度倒数法滑坡预警模型对试验结果进行分析。研究结果表明：荷载和含水率的变化对模型参数没有影响,模型参数是关于材料属性的函数;变形过程中突变点的变形特征与破坏时的变形特征相似,并且速度倒数法预警模型在突变点和破坏点确定的模型参数基本一致。因此,滑坡监测曲线中早期位移突变点确定的模型参数可以用于确定滑坡破坏时的预警模型。     

基于滑坡等速变形速率的临滑预报判据研究

前人根据滑坡的变形监测曲线,分别提出了以位移速率、位移切线角、改进切线角等参数作为滑坡预警判据的方法,但因滑坡个性特征差异明显,采用统一固定判据是不充分的。在改进切线角和岩土体材料蠕变强度特征点的基础上,提出了T-t曲线转换的适用范围。以西原模型为基础,研究了蠕变参数在等速变形阶段发展至恒定值或稳定值,等速变形速率可看作滑坡蠕变过程中各参数的综合外在表现,与临滑切线角存在相关性,并呈反比关系。通过对16个典型蠕变滑坡进行阶段划分和T-t曲线转换,获得滑坡等速变形速率和临滑切线角,并建立两者之间关系,相关系数较高,同时结合未破坏滑坡变形过程的最大切线角,以下限作为滑坡预警判据,保证了预测预报的可靠度。     

甘肃南部坪定-化马断裂带锁儿头滑坡成因机制

甘南坪定-化马断裂是现今仍在活动的断裂,具左旋走滑性质。锁儿头滑坡沿坪定-化马断裂带发育,属典型的蠕滑型断裂带滑坡。野外调查及监测资料表明,锁儿头滑坡规模大,为巨型滑坡,其上发育多个次级小滑坡。滑坡体由断层破碎带、碎石土和堆积黄土组成。该滑坡变形强烈,拉张裂缝、剪张裂缝多见,目前处于蠕滑变形状态,是在内外动力耦合条件下形成的。活动断裂对滑坡的形成、发展起控制作用,而降雨则是滑坡复活的主要诱发因素。因此,对锁儿头滑坡成因机制的深入研究可为蠕滑型断裂带滑坡的预测防治提供理论依据。     

重庆武隆鸡尾山滑坡视向滑动机制分析

重庆武隆鸡尾山山体为典型的斜倾厚层灰岩山体,其破坏模式不同于常见侧向崩塌-堆积层滑坡,属于真倾向滑移变形转为视向整体滑动的特殊失稳模式。在现场地质调查的基础上,从地层岩性、岩体结构、岩溶及地下水作用、软弱夹层等影响因素分析重庆武隆鸡尾山滑坡形成原因;根据滑坡破坏机制,基于关键块体控制理论,对鸡尾山滑坡进行三维稳定性极限平衡分析;利用三维离散元软件模拟鸡尾山滑坡的初始变形破坏过程,分析了鸡尾山滑坡不同影响因素条件下的视向滑动形成机制和变形破坏特征,并探讨了节理化和溶蚀岩体的参数取值。结果分析认为,在重力的长期作用下,鸡尾山山体初始沿真倾向方向滑移,沿岩溶发育的陡倾节理裂隙逐渐产生后缘及侧向裂缝,形成块状后部驱动块体,由于地下水等因素使软弱夹层软化,驱动块体下滑力增大,前缘阻滑关键块体内部应力积累,并最终沿强度较低的岩溶发育带发生剪切破坏,从而导致整体滑动;在进行滑坡稳定性极限平衡分析时,考虑实际的滑坡机制,将滑体分为驱动块体和关键块体分别进行力的解析,并以关键块体的安全系数代表滑坡的安全系数更加合理。数值模拟显示,软弱夹层强度降低、岩溶发育带剪切破坏后,滑体进入大变形阶段,表明关键块体控制和阻滑作用明显,软弱夹层强度降低是滑坡发生的关键因素。采矿形成的采空区对山体的影响主要是使上覆岩体压应力增大,但对滑体的变形无影响。     

某山区机场高填方滑坡变形特征分析

西南山区某机场高填方边坡在雨季结束后不久产生了变形。通过现场调查,坡体后部土面区出现了三条拉张裂缝,左右侧界也有明显变形迹象,坡脚五级马道水沟挤压变形严重,坡脚挡墙产生一小段垮塌变形。通过地表宏观变形判断坡体处于挤压变形阶段。对此段填方体滑坡及时实施了应急变形监测与工程地质勘察。通过地表变形监测曲线分析,由于错过了初始变形阶段的监测,该滑坡变形一开始就处于等速变形阶段。该滑坡在抗滑桩开挖过程中,变形明显加剧。坡体变形进入加速阶段后,变形速率及变形加速度较等速变形阶段成倍增加。在变形进入临界状态前,及时实施了坡体后部刷方减载,坡脚堆载反压的应急治理措施。应急治理措施实施后,坡体变形速率迅速减小,为永久治理工程的实施争取了时间。     

三峡库区顺层灰岩岸坡劣化−溃屈灾变机制研究

三峡库区巫峡段发现多处顺层岸坡滑移−弯曲变形迹象,库水循环涨落加剧了岸坡前缘劣化损伤与失稳破坏。以巫峡段青石 6号坡为例构建室内概化模型,开展顺层灰岩岸坡在消落带岩体劣化下的灾变机制研究。研究结果表明：蓄水前岸坡整体长期处于稳定状态。随着劣化进行,蓄水后岸坡变形加剧直至溃屈破坏,岩体劣化缩短了劣化−溃屈失稳进程。运动学分析显示,溃屈破坏时同一岩层达到速度峰值近似。岩层“弯折点”后部运动特征较为一致,前部较为离散。溃屈破坏点是岸坡能量释放的转折点和顶点;随劣化演变位移、应力逐渐递增,呈现提前破坏征兆,溃屈破坏前后应力产生“集中−释放”。整体来看,应力变化提前于位移,表明应力监测更有效。应力监测的核心在于关键区段的确定,对于劣化−溃屈型岸坡来讲,前缘“挠曲段”处应力陡增可作为岸坡临界失稳的重要表征;“劣化−溃屈”演化进程中后缘推挤始终存在,它是岸坡灾变的前提。但岸坡失稳的主导因素却是消落带岩体持续不断的劣化。青石 6 号坡当前处于向强烈弯曲隆起演化进程中,由于消落带岩体持续劣化,可能由稳定/基本稳定逐渐演变为欠稳定状态。     

Monitoring and early warning of the 2012 Preonzo catastrophic rockslope failure

In this paper, we describe the investigations and actions taken to reduce risk and prevent casualties from a catastrophic 210,000 m³ rockslope failure, which occurred near the village of Preonzo in the Swiss Alps on May 15, 2012. We describe the geological predisposition and displacement history before and during the accelerated creep stage as well as the development and operation of an efficient early warning system. The failure of May 15, 2012, occurred from a large and retrogressive instability in gneisses and amphibolites with a total volume of about 350,000 m³, which formed an alpine meadow 1250 m above the valley floor. About 140,000 m³ of unstable rock mass remained in place and might collapse partially or completely in the future. The instability showed clearly visible signs of movements along a tension crack since 1989 and accelerated creep with significant hydromechanical forcing since about 2006. Because the active rockslide at Preonzo threatened a large industrial facility and important transport routes located directly at the toe of the slope, an early warning system was installed in 2010. The thresholds for prealarm, general public alarm, and evacuation were derived from crack meter and total station monitoring data covering a period of about 10 years, supplemented with information from past failure events with similar predisposition. These thresholds were successfully applied to evacuate the industrial facility and to close important roads a few days before the catastrophic slope failure of May 15, 2012. The rock slope failure occurred in two events, exposing a compound rupture plane dipping 42° and generating deposits in the midslope portion with a travel angle of 39°. Three hours after the second rockslide, the fresh deposits became reactivated in a devastating debris avalanche that reached the foot of the slope but did not destroy any infrastructure. The final run-out distance of this combined rock collapse–debris avalanche corresponded to the predictions made in the year 2004.     

端部岩桥直剪破坏试验及断裂条件

以重庆鸡尾山岩质滑坡为代表的前缘“关键块体”型滑坡具有较强的隐蔽性,研究“关键块体”前缘锁固段岩桥的破坏性质对滑坡预警具有重要意义。以鸡尾山滑坡地质条件为基础,在岩样端部预制不同长度边缘裂缝,填入软弱材料,形成软弱夹层节理,在不同法向压力下进行直剪试验,分析了前缘端部岩桥的裂纹扩展规律、块体剥落特征信息和岩桥断裂条件,提出了临滑阶段剪应力变化率k值。试验结果表明：软弱夹层节理长度对岩桥破坏模式和块体剥落剧烈程度有重要影响,且端部岩桥越长,破坏前临滑阶段剪应力增速k值越小。端部岩桥破坏模式为剪切破坏、拉剪破坏和张拉破坏,且不同破坏模式决定了相同节理岩桥块体剥落的剧烈程度。岩桥块体剥落点与破坏点剪应力比值百分数平均值为79.5%～92.2%,且端部岩桥临滑阶段时间快慢依次为短节理慢、中间节理居中和长节理快。端部岩桥3种破坏模式满足一定断裂条件,且呈现出3个阶段和裂纹稳定扩展。通过本直剪试验研究揭示的端部岩桥破坏特征信息和断裂条件,可对前缘“关键块体”锁固段型岩质边坡失稳破坏评价提供理论依据。     

山区下开采覆岩移动规律及破断机制研究

以海石湾矿山地下开采为背景,借助基于连续介质力学的离散元方法--CDEM数值模拟计算方法,对山区下煤层开采过程中不同采动影响模式下覆岩的移动和破坏进行了模拟分析,并结合相似模拟试验与现场岩移监测所得结果,得到了顺坡推动式采动影响模式及逆坡牵引式采动影响模式下,覆岩的移动和破坏形式,并从数值分析和实际观测上验证了高顺坡开采转低逆坡开采时覆岩悬臂梁结构的存在,解释了坡底局部隆起的现象。研究表明,在相同地质条件下,顺坡开采坡顶易发生张拉及剪切破坏,坡底有剪切蠕滑的可能,因此,较逆坡开采对边坡稳定性影响更大。所以在实际生产中宜将上工业广场建于低矮的坡体较完整的逆坡上。     

反倾边坡倾倒变形演化过程的模型试验研究

以西藏扎拉水电站坝址右岸反倾边坡为工程依托,基于地质认识及相似理论建立边坡物理模型,采用分级开挖的方式模拟河谷下切作用,研究反倾岩质边坡倾倒变形的演化过程。模型开挖后变形破裂发展的过程表明:该类反倾边坡倾倒变形模式为初期卸荷回弹变形、长期重力弯曲（破裂）变形及后期蠕滑变形。通过对位移、变形速率和变形加速度变化规律的分析发现:反倾边坡倾倒变形的过程可以根据变形加速度a划分为3个演化阶段即倾倒启动阶段、稳态变形阶段和快速失稳阶段,各阶段分别对应衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变的变形特征。在此基础上采用变形加速度a作为倾倒边坡稳定性判别指标,并尝试将变形加速度突破稳态蠕变上限值（a≥a₂）作为边坡失稳预警判据。     

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。