数字滑坡与数字仿真应用研究

在 GIS支持下建立数字滑坡 ,利用其空间分析、立体显示能力在三维空间中进行滑坡稳定性分析、定量动态计算滑坡稳定性系数 ,确定滑坡滑动方向 ;研究滑坡启动机制和滑坡运动规律。建立滑坡方向稳定系数概念 ,完成了在三维空间里计算滑坡稳定系数和确定滑坡滑动方向的精确定量方法研究 :完成滑坡启动机制和滑坡运动规律的数字化、可视化三维动态研究。在此基础上建立相应的数学模型对滑坡进行 :静止-运动-停止全过程的三维数字化、可视化动态研究与数字仿真、模拟。最终完成了在 GIS支持下的数字滑坡三维动态研究与数字仿真。     

基于多重分形特征和分项组合预测联合响应的滑坡预警预测研究

为准确掌握滑坡变形发展规律,基于滑坡变形监测成果构建滑坡预警预测模型,即先利用MF-DFA模型开展滑坡变形数据的多重分形特征分析,并进一步利用M-K分析构建双重判据（Δa指标判据和Δf(a)指标判据）进行滑坡预警研究;另外,在利用集成经验模态分解法对滑坡变形数据信息进行分离处理基础上,通过GOA-RNN-CT模型实现滑坡变形的分项组合预测。结果表明,h(q)值随波动函数q值减小而减小,说明滑坡变形数据具有多重分形特征,且预警分级研究表明,滑坡预警等级为Ⅱ级,即滑坡变形趋向不利方向发展;同时,通过变形预测分析认为,分项组合预测在滑坡变形预测中具有较优的预测效果和稳定性,且外推预测结果显示,滑坡变形会继续增加;最后,将多重分形特征研究结果和变形预测分析结果进行联合响应综合得出,滑坡现有预警等级相对不利,且后续变形仍会进一步增加,趋向不稳定方向发展,建议对滑坡采取必要防治措施。     

基于滑带完整性指标的三峡库区堆积层滑坡失稳破坏判据

滑坡稳定性评价是滑坡防治中关键问题之一, 滑坡失稳破坏判据研究可为滑坡稳定性评价提供支持。为了提高滑坡稳定性评价的精度, 以滑坡深部位移监测数据为基础的滑坡失稳破坏判据不失为一种有效方法。基于滑坡深部位移监测数据, 引入滑带完整性指标, 推导得到了滑带完整性指标与滑坡抗剪强度参数之间呈正比例关系; 运用滑坡稳定性计算方法和三峡库区堆积层滑坡简化模型, 获得了滑带完整性指标与滑坡的稳定性系数之间呈正比例关系。建立了考虑滑带完整性指标的三峡库区堆积层滑坡失稳破坏判据, 即: 当滑坡滑带土完整性指标大于滑坡滑带土完整性指标的临界值时, 滑坡处于稳定状态; 当滑坡滑带土完整性指标小于滑坡滑带土完整性指标的临界值时, 滑坡发生失稳破坏。以三峡库区典型堆积层滑坡——五尺坝滑坡为例, 通过实例分析发现该判据具备可靠性, 对堆积层滑坡适用性好。研究成果表明, 滑带完整性指标失稳破坏判据可以用于评价滑坡的稳定状态, 为滑坡失稳破坏判据研究提供了一种新思路。      

降雨型黄土滑坡预警研究现状综述

黄土滑坡是一类典型的地质灾害,但目前并没有针对这类滑坡的区域性预警模型。介绍了黄土滑坡的分类和滑带特征研究现状,讨论了降雨型滑坡的两类预警模型:降雨型滑坡临界雨量模型,包括区域统计概率预警和临界雨量阈值预警;物理预警模型,主要为通过建立力学稳定性分析和降雨入渗模型耦合得到的预警模型。分析了降雨或地下水作用下土体含水量变化对滑坡稳定性的影响研究和黄土滑坡的预警研究现状,最后根据前人研究现状讨论了现有预警模型的特点并提出了未来降雨型黄土滑坡预警可能的发展方向。      

基于物理力学机制的滑坡数值预报模式: 综述、挑战与机遇

滑坡预测预报是地质灾害防治领域长期以来备受关注的前沿科学问题。当前的研究框架专注于滑坡的变形行为特征与外动力因素, 面临着普适性不强与预报精准度不高的双重瓶颈问题。基于目前研究现状, 系统梳理了滑带流变力学行为与强度弱化效应的内涵, 阐述了滑坡渐进破坏演化机制, 总结了滑坡预测预报模型所包含的类型, 并介绍了其中的典型模型, 指出当前研究主要存在如下问题: ①滑坡演化物理力学模型尚需扩展; ②预测预报模型未能充分结合滑坡演化过程和物理力学模型; ③物理力学模型预测与多场监测数据间的兼容性问题未能实际解决。针对上述问题, 阐述了基于物理力学过程的滑坡预测预报所面临的挑战, 并立足多学科融合与交叉, 提出了开展滑坡预测预报研究的新思路。新思路要求从滑坡滑带介质特性与流变力学行为出发, 建立滑坡演化过程物理力学模型, 紧密结合实时多场监测数据, 建立滑坡数值预报模式, 实现滑坡物理力学过程实时动态更新, 以期实现理论与技术的突破。      

降雨与开挖作用下黄土滑坡失稳过程分析: 以关中地区长武县杨厂村老庙滑坡为例

降雨入渗和人工开挖是诱发黄土滑坡的重要因素, 为了研究在这2种诱因作用下关中地区黄土滑坡失稳过程及其对稳定性的影响, 以陕西省长武县杨厂村老庙滑坡为研究对象, 通过现场调查、地质测绘和钻孔勘探, 查明了该滑坡变形特征, 定性分析了滑坡变形演变过程; 基于滑坡变形前15 d内日降雨量实测值, 采用有限元软件, 对坡脚开挖后连续降雨作用下滑坡形成过程进行了仿真模拟; 基于强度折减法对该滑坡稳定性变化规律进行了研究。结果表明: ①关中地区特殊的地层结构是滑坡变形的内因, 降雨是最主要的诱发因素; ②滑坡失稳演化过程表现为: 坡体处于蠕滑状态, 坡脚开挖后, 坡体前缘失稳, 牵引中后缘坡体向下错动而产生张拉裂缝, 在降雨作用下, 雨水沿裂缝渗入坡体深部, 滑坡中部岩土体浸水后抗剪强度降低, 从而导致黄土层与红黏土层接触面饱水形成贯通滑带, 诱发深层滑坡; ③滑坡开挖后较初始状态, 稳定性系数降幅为0.102, 此后受连续降雨影响, 稳定性系数在前10 d以平均0.010/d的速率缓慢下降, 第10~13 d以0.034/d的速率快速下降至最低, 第13 d以后开始回升。研究结果可以为该类滑坡防治提供有效依据。      

香丽高速公路昌格洛滑坡-隧道工程病害三维数值分析

准确评价滑坡-隧道相互作用及稳定性, 采用合理的病害防治方法, 对保障公路顺利完工具有重要意义。以香丽高速公路昌格洛滑坡为例, 利用现场地质调查、钻探等方法查明了滑坡成因机制以及变形特性, 通过数值模拟研究了昌格洛滑坡在天然、降雨和开挖等工况下的空间应力应变特征以及稳定性变化, 研究了隧道与所穿越滑坡之间的相互作用, 据此提出了相应的病害防治方案。结果表明: 昌格洛滑坡在自然条件下处于欠稳定状态; 隧道开挖难以引起滑坡整体失稳, 但会诱发滑坡局部变形, 受滑坡体变形影响, 穿越滑体的隧道部分将产生拉伸-剪切变形; 降雨严重恶化滑坡稳定性, 导致滑坡失稳, 进而使穿越其中的隧道失效破坏。原选线方案面临风险巨大, 最优防治方案为线路东移绕避, 使隧道从滑面以下穿过。研究方法和成果可为香丽高速公路类似病害的防治提供有益借鉴。      

重大滑坡预测预报研究进展与展望

我国是世界上滑坡灾害最严重的国家之一, 重大滑坡灾害严重威胁人民生命财产安全和国家重大战略实施。滑坡精准预测预报是防灾减灾的前提, 也是亟待突破的世界性科学难题。以重大滑坡预测预报为目标, 聚焦滑坡演化过程与物理力学机制核心科学问题, 凝炼了滑坡启滑关联机制、滑坡启滑物理力学机制、滑坡过程预测预报理论3个关键科学问题, 提出了如下研究思路: 以系统论、控制论和信息论为指导, 依托大型野外试验场, 采用现场原型试验与多场关联监测、大型物理模型试验、多场耦合模拟等技术手段, 以滑坡孕育过程为基础, 提出了重大滑坡的启滑分类; 揭示锁固解锁型、静态液化型和动水驱动型滑坡启滑物理力学机制, 建立相应的启滑判据; 构建重大滑坡数值预报模式与实时预报平台, 创立基于物理力学过程的滑坡预测预报理论。通过实施, 可奠定上述3类滑坡预测预报的地质、力学与物理基础, 引领重大滑坡预测预报研究, 保障国家重大战略的顺利实施, 契合国家防灾减灾重大需求。      

基于滑面分区段力学模型的高速滑坡运动过程能量转化研究

高速滑坡具有运动速度快、波及范围广的灾害特征, 因此对滑坡启动、加速和静止整个运动过程进行研究很有必要。基于滑面力学特性将滑面分为弹性介质区和应变弱化区, 构建了高速滑坡二维力学模型, 提出了滑坡启动动能计算公式和滑坡运动过程的能量计算公式; 以千将坪滑坡为例, 采用启动动能计算公式得出滑坡的启动速度为2.35 m/s; 依据滑面形态将其运动轨迹划分为快速加速、平稳加速、平稳减速、急剧减速4个阶段, 进行运动过程分析, 得出滑坡最大速度为16.8 m/s, 以滑坡前缘高程所在平面为势能基准面, 分析不同能量与总能量占比的变化情况, 在滑坡的4个运动阶段中, 动能占比分别为9.1%, 25.6%, 15.1%, 0%;摩擦损耗能量占比分别为: 5.5%, 58.8%, 81.7%, 95.5%;势能占比分别为: 85.2%, 14.2%, 0%, 0%;其他阻力能耗占比分别为: 0.2%, 1.4%, 3.2%, 4.5%。研究结论对高速滑坡致灾机制和风险分析具有重要意义。      

济南市南部山区水井北村滑坡成因机制及稳定性研究

2019年8月,济南市南部山区水井北村发生滑坡地质灾害。根据水井北村滑坡的地质背景,针对性布置物探、钻探等勘查手段,研究滑坡工程地质特征,分析水井北村滑坡类型及发生的地质成因机制;采用刚体极限平衡分析法,研究水井北村滑坡整体稳定性。研究认为断裂发育、岩层风化、地势、浅层含水层受降雨影响,是水井北村地质灾害点具备滑坡发生的内在条件。降雨和泉水入渗、耕植等行为是滑坡发生的外在条件。水井北村山体滑坡在天然条件下,稳定系数平均值为1.033,整体属欠稳定状态。暴雨状态下,稳定系数平均值为0.903,坡体处于不稳定状态。