滑坡堰塞坝越顶溢流破坏的物理模型实验

滑坡堰塞坝作为结构松散的堆积物,随着上游水位的不断上涨,其稳定性不断降低,并存在突然溃坝的风险。以唐家山滑坡堰塞坝为研究对象,基于相似原理,开展符合坝体颗粒级配的室内水槽物理模型实验,模拟了不同坝后蓄水量、不同水位和不同颗粒物质组成条件下坝体渗流、漫顶破坏的整个过程。监测结果显示：堰塞坝漫顶溃坝主要分为渗流、漫顶、冲刷和溃决4个过程;坝体堆积颗粒级配越差,坝体允许渗流坡降越小;相同材料配比的坝体,上游水位相同时,坝体底部水平位移最大,且漫顶溃坝时溃口尺寸与蓄水量正相关。该研究结果揭示了堰塞坝漫顶破坏规律,可为堰塞坝溃坝防治提供理论参考。     

四川汉源康家坡滑坡形成机理与滑坡—堰塞坝—泥石流灾害链分析

2018年8月6日中午12时,汉源县富泉镇西沟发生大规模滑坡,约1.50×10⁶ m³松散碎块石土在前期持续降雨作用下沿西沟右岸高速滑出、解体,并在主沟道内形成堰塞坝,体积约4.00×10⁵ m³。滑坡造成1人失踪,近6.70×10³ m²耕地被毁,紧急转移50余人。通过现场实地调查,结合无人机航飞、三维建模、地质、地震、水文、气象等资料,对康家坡滑坡基本特征进行了调查研究,调查表明,有利的地形条件、松散的覆盖层、充沛的前期降雨入渗及溪水对坡脚的冲刷是形成滑坡的主要原因。西沟原本为一条高频泥石流沟,本文在此基础上分析了堰塞坝溃坝的可能性及灾害链成灾模式。     

基于地貌特征的滑坡堰塞坝形成敏感性研究

滑坡堰塞坝是由斜坡失稳堵塞河道而形成的天然坝体,且易溃坝诱发洪水,对沿岸群众生命财产构成巨大的威胁。为提升主动减灾防灾能力,急需构建了一种快速预测与判断滑坡堵江成坝能力的方法。通过文献资料查阅,结合遥感技术,提取了70处典型滑坡的地貌特征参数,其中50处为堵江成坝滑坡。运用K-S检验和M-W U检验方法分析了滑坡地貌特征因子的敏感性,利用Boruta算法确定了因子重要度,筛选了滑坡体积、面积、高差、长度及河宽共5个地貌特征参数。基于此,利用Bayes判别法与逻辑回归方法,分别建立了滑坡堰塞坝形成的预测模型,准确率超过90%。选取高重要度且差异显著的因子,利用比值法建立了滑坡堵江成坝阈值判据,实现了滑坡堰塞坝形成的快速判定。统计不同诱因下滑坡地貌特征,对比V-W_r经验公式,确定了滑坡堰塞坝形成与诱因间的关系,为进一步构建不同诱因下滑坡堰塞坝形成预测模型提供了技术支撑。     

堰塞坝溃坝模型实验研究综述

堰塞坝是天然形成的坝体,结构比较松散、稳定性差、渗透作用强,发生溃决危险性大、概率高、突发性强,而且破坏可能性高及产生的洪水威胁人们的生命和财产安全,因此需要系统、全面的研究。作者从单坝溃坝、级联溃坝及堰塞坝处置的溃坝试验进行详细的回顾,总结及分析了国内外学者在堰塞坝溃坝模型实验取得的成果及局限性,进一步分析了单坝溃决的颗粒级配、密实度、含水率、沟床坡度等因素,最后讨论了溃坝因素与溃决模式、溃决特征、溃决流量、溃口演化的关系。基于模型实验相似理论及模型比尺、实验测试手段、堰塞坝处置三个方面,提出了今后的研究重点。     

不同初始含水量条件下的堰塞坝溃决机理

在影响堰塞坝溃决的众多因素中,初始含水量影响堰塞坝的溃决机理仍不清楚。通过开展不同初始含水量条件下的水槽试验,详细探究了初始含水量对溃决过程的影响规律。结果表明：不同初始含水量条件下的溃决过程均具有3个典型阶段,分别是牵引侵蚀过程、溯源侵蚀过程和水沙运动再平衡过程;峰值流量随初始含水量的增大而增大,而溃决历时和残留坝体高度随初始含水量的增大而减小;随初始含水量的增大,溯源侵蚀作用逐渐减弱,牵引侵蚀作用增强;随初始含水量的增大,溃口展宽率降低,侵蚀率增大;初始含水量小于7.8%时,平均侵蚀率增长缓慢,大于7.8%后,平均侵蚀率增长迅速,且10.3%初始含水量对应的平均侵蚀率约为7.8%初始含水量的2倍;溃口宽深比在溃决的前两阶段随初始含水量的增大而减小;溃决结束后的宽深比随含水量的增大呈先趋近于1.00、后远离1.00的演变。     

滑坡堰塞坝堆积形态影响因素离散元分析

滑坡是形成堰塞坝的最主要原因,在地震、降雨、冰雪融水等作用下均可形成滑坡堰塞坝,而滑坡堰塞坝的堆积形态、范围等对评价堰塞坝的稳定性有着重要的影响.通过离散元方法(DEM),系统分析了三维条件下滑动距离、滑面出口宽度、滑面倾角、河床倾角、河谷形状对堰塞坝堆积形态的影响.研究结果表明:滑动距离和出口宽度对坝体高度影响最大;...     

余震作用下堰塞坝体破坏及溃决过程大型振动台试验研究

山区特大地震往往导致大量堰塞湖,例如2008年汶川地震形成了至少257个堰塞湖,并且主震后发生了大量余震,这些余震可能会影响堰塞坝体的安全状态。通过大型振动台模型试验,研究了余震及库水耦合作用下堰塞坝体的破坏及溃决机理和过程。共进行了两组不同材料的振动台模型试验,分别模拟含黏粒较多且颗粒较小(坝体Ⅰ)和基本不含黏粒且颗粒较大(坝体Ⅱ)的两种坝体。在不同水位条件下进行振动台试验。研究成果表明:(1)地震和库水耦合作用下堰塞坝体的主要溃决方式是漫顶溢流,主要溃决过程为地震力使松散的堰塞坝体发生沉陷,库水渗入使沉陷加剧,最终水位上升漫过坝顶发生溢流冲蚀破坏。(2)地震一般不会直接引起堰塞坝体的破坏。地震力对坝体稳定性的主要影响是使坝体发生沉陷变形。在地震和库水耦合作用下,坝体沉陷比单一因素作用下更为剧烈,因此地震作用会使漫顶溢流提前发生。(3)地震和库水耦合作用下坝体Ⅰ沉陷量大于坝体Ⅱ,说明现实中由大粒径岩土体组成的堰塞坝体具有更好的稳定性。     

余震作用下堰塞坝体破坏及溃决过程大型振动台试验研究

山区特大地震往往导致大量堰塞湖,例如2008年汶川地震形成了至少257个堰塞湖,并且主震后发生了大量余震,这些余震可能会影响堰塞坝体的安全状态。通过大型振动台模型试验,研究了余震及库水耦合作用下堰塞坝体的破坏及溃决机理和过程。共进行了两组不同材料的振动台模型试验,分别模拟含黏粒较多且颗粒较小（坝体Ⅰ）和基本不含黏粒且颗粒较大（坝体Ⅱ）的两种坝体。在不同水位条件下进行振动台试验。研究成果表明：（1）地震和库水耦合作用下堰塞坝体的主要溃决方式是漫顶溢流,主要溃决过程为地震力使松散的堰塞坝体发生沉陷,库水渗入使沉陷加剧,最终水位上升漫过坝顶发生溢流冲蚀破坏。（2）地震一般不会直接引起堰塞坝体的破坏。地震力对坝体稳定性的主要影响是使坝体发生沉陷变形。在地震和库水耦合作用下,坝体沉陷比单一因素作用下更为剧烈,因此地震作用会使漫顶溢流提前发生。（3）地震和库水耦合作用下坝体Ⅰ沉陷量大于坝体Ⅱ,说明现实中由大粒径岩土体组成的堰塞坝体具有更好的稳定性。     

堰塞坝形成机理及稳定性分析

滑坡、崩塌和泥石流是形成堰塞坝的三种主要方式,其形成堰塞坝的条件非常复杂,涉及因素广泛。另一方面,堰塞坝完全堵江形成堰塞湖在世界各国山区广泛分布,时有发生,造成严重灾害。因此,有必要对堰塞坝形成机理及安全性状评估进行研究。本文主要针对滑坡、崩塌、泥石流和碎屑流形成堰塞坝机理进行介绍并探讨了堰塞坝的破坏机制。同时,通过渗透稳定性、抗滑稳定性和抗冲刷稳定性3个方面评估了堰塞坝稳定性分析,以期为堰塞湖的防治与治理提供科学依据。     

基于逻辑回归原理的堰塞坝稳定性快速评估模型应用研究

堰塞坝稳定性分析是当前的研究热点,准确、快速地对堰塞坝的稳定性进行评估,对应急抢险具有十分重要的意义。基于文献汇编,梳理并对比了国内外典型的堰塞坝稳定性快速评估模型;在此基础上,基于所建立的滑坡堵江数据库,充分考虑了堰塞坝长度对其稳定性的影响,采用逻辑回归方法,建立了基于坝长、坝宽和堰塞湖库容量三参数的堰塞坝稳定性快速评估模型;以白格滑坡堵江案例为背景,采用所提出的三参数堰塞坝稳定性快速评估模型,开展案例应用研究。研究结果表明：所提出的快速评估模型综合正确率为86.7%,误报率为5.1%,工程上偏安全;以白格滑坡堰塞坝为研究对象,开展了案例应用分析,预测的白格堰塞坝稳定性与实际情况一致,反算得到的白格堰塞湖库容量1.4×10⁸ m³,小于实际堰塞湖库容量,这能为堰塞湖灾害的应急抢险提供响应时间。研究结果能为堰塞坝的危险性评价和堰塞湖灾害的应急处置提供有益参考。     

Formation and failure of the Tsatichhu landslide dam, Bhutan

At 00:30 (local time) on the 10th September 2003 a joint and foliation defined wedge of material with an estimated volume of 7–12×10⁶ m³ slid into the narrow Tsatichhu River Valley, in Jarrey Geog, Lhuentse, eastern Bhutan. The Tsatichhu River, a north–easterly flowing tributary of the Kurichuu River, was completely blocked by the landslide. During its movement, the landslide transitioned into a rock avalanche that travelled 580 m across the valley before colliding with the opposite valley wall. The flow then moved down valley, travelling a total distance of some 700 m. The rock avalanche was accompanied by an intense wind blast that caused substantial damage to the heavily forested valley slopes. The resulting geomorphologically-typical rock-avalanche dam deposit created a dam that impounded a water volume of 4–7×10⁶ m³ at lake full level. This lake was released by catastrophic collapse of the landslide, which occurred at 16:20 (local time) on 10th July 2004, after reported smaller failures of the saturated downstream face. The dam failure released a flood wave that had a peak discharge of 5900 m³ s⁻¹ at the Kurichhu Hydropower Plant 35 km downstream.     

Logistic regression model for predicting the failure probability of a landslide dam

Landslides may obstruct river flow and result in landslide dams; they occur in many regions of the world. The formation and disappearance of natural lakes involve a complex earth–surface process. According to the lessons learned from many historical cases, landslide dams usually break down rapidly soon after the formation of the lake. Regarding hazard mitigation, prompt evaluation of the stability of the landslide dam is crucial. Based on a Japanese dataset, this study utilized the logistic regression method and the jack-knife technique to identify the important geomorphic variables, including peak flow (or catchment area), dam height, width and length in sequence, affecting the stability of landslide dams. The resulting high overall prediction power demonstrates the robustness of the proposed logistic regression models. Accordingly, the failure probability of a landslide dam can also be evaluated based on this approach. Ten landslide dams (formed after the 1999 Chi-Chi Earthquake, the 2008 Wenchuan Earthquake and 2009 Typhoon Morakot) with complete dam geometry records were adopted as examples of evaluating the failure probability. The stable Tsao-Ling landslide dam, which was induced by the Chi-Chi earthquake, has a failure probability of 27.68% using a model incorporating the catchment area and dam geometry. On the contrary, the Tangjiashan landslide dam, which was artificially breached soon after its formation during the Wenchuan earthquake, has a failure probability as high as 99.54%. Typhoon Morakot induced the Siaolin landslide dam, which was breached within one hour after its formation and has a failure probability of 71.09%. Notably, the failure probability of the earthquake induced cases is reduced if the catchment area in the prediction model is replaced by the peak flow of the dammed stream for these cases. In contrast, the predicted failure probability of the heavy rainfall-induced case increases if the high flow rate of the dammed stream is incorporated into the prediction model. Consequently, it is suggested that the prediction model using the peak flow as causative factor should be used to evaluate the stability of a landslide dam if the peak flow is available. Together with an estimation of the impact of an outburst flood from a landslide-dammed lake, the failure probability of the landslide dam predicted by the proposed logistic regression model could be useful for evaluating the related risk.     

不同边界条件下土石混合体破坏机制研究

土石混合体是非均匀、非连续的,在外力作用下,其内部应力分布是不均匀的,其真正的边界条件是等应力边界条件。现有的土力学实验机都是刚性边界加载,即按等位移边界条件加载,不适用于研究非均匀材料。基于此自行研制了等应力边界加载实验机,通过采用柔性压头和柔性底座施加等应力边界条件,研究两种边界条件下土石混合体抗剪强度参数的差异,同时采用课题组自行研发的CDEM(Continuum-based Discrete Element Method)计算软件,开展了相应的数值计算,结果表明,传统的等位移边界条件所得不均匀地质体参数明显大于同等条件下等应力边界条件所得参数(约20%),是偏不安全的。     

开挖条件下含水平砂土夹层边坡破坏模式研究

工程中经常遇到边坡中含有夹层的情况,对含夹层边坡的稳定性研究很有意义。目前的研究多着重于含夹层岩质边坡的稳定性,对土质边坡涉及较少,尚无系统的试验分析。开挖条件下含夹层土质边坡更容易发生破坏,对其破坏模式的正确认知有助于对其稳定性进行合理的安全评价。进行了含水平砂土夹层边坡开挖的离心模型试验,夹层位于边坡中部。通过与边界和试验条件相同的素土边坡进行对比,分析了中部夹砂层边坡开挖后的破坏模式。试验结果表明,中部砂土夹层的存在降低了边坡在开挖后的稳定性,且其下边界是边坡破坏的薄弱控制面     

卸荷路径下棱柱状结构体试件破损过程试验研究

通过棱柱状结构体在不同排列方式下的平面应变压缩试验,研究了侧向应力卸载状态下结构体的破损过程,探讨了结构性岩土材料在卸侧向应力状态下的变形和破损机理。试验发现,在侧向应力卸载的过程中,棱柱状结构体会发生错动和结构体的破碎,结构体的破损方式主要有劈裂破坏和剪切开裂两种。结构体试样逐渐破损,宏观上出现应变硬化或应变软化现象,最后形成宏观的破损带。试件的总体体积是收缩的,侧向变形则由收缩逐渐转化为膨胀。     

三峡大树场镇堆积层滑坡暴雨失稳机理研究

2014年9月1日,奉节大树场镇发生了大型崩塌堆积层滑坡,体积约37.8×104m3。基于大量的现场地质调查和室内分析,文章阐述了滑坡特殊的地质地貌及地质结构特征,分别从地质和环境因素两个方面进行了滑坡成因分析,采用非稳态非饱和渗流方法研究滑动失稳变形过程,并基于地貌学与工程地质力学理论推断滑坡形成演化过程。得出如下结论:(1)大树场镇滑坡为极端降雨诱发的近水平地层区崩塌堆积层滑坡,具有多次滑动特征;(2)特殊的地形地貌条件是滑坡形成的内因;极端强降雨是滑坡发生的直接诱发因素;(3)降雨前期,降雨主要通过入渗滑体增加其自重,入渗量大而渗流量小,对滑体稳定性影响较小;之后持续强降雨致使基岩顶面处的孔隙水压力不断增大,为滑体提供动态浮托力,加之滑体内部形成的渗流场导致稳定性大幅度降低;堆积体结构分布受控于基岩接触面形态,滑体不同区域达到饱和状态时间存在明显差异性是多次滑动变形破坏的理论依据;(4)短时极端降雨触发堆积层局部饱和岩土体由蠕滑逐步形成小规模滑坡碎屑流;持续极端降雨导致基岩顶面富集大量地下水,使堆积层岩土体呈饱和-过饱和状态,形成大规模滑坡碎屑流。     

复杂条件下高拱坝应力及坝肩稳定分析

众所周知,研究复杂地质条件下的高拱坝应力和坝肩稳定对确保工程安全具有重要的意义。研究的江坪河高拱坝地质构造较复杂,坝基及坝肩岩体存在大量断层、软弱夹层、泥化夹层和卸荷、风化岩体等地质缺陷,引起两岸坝肩岩体变形不对称、压缩变形量增大以及坝肩局部岩体承载能力低,直接影响到拱坝正常运行和稳定性。因而,对各种工况下的坝体及坝肩岩体进行了三维有限元分析,研究了坝体及坝肩的应力和变形发展状态、可能失稳模式、破坏形态和破坏机制。研究成果表明,未加固时坝肩岩体不稳定,因此,通过研究采用合理的加固处理措施,右岸采用6个传力洞进行加固;左岸采用锚洞进行加固。采取加固措施以后对其进行三维有限元分析,其研究成果表明,加固有一定的效果,改善了两岸的受力状况和变形分布,提高了坝肩稳定性,但左岸坝肩仍不能完全满足规范要求,还需要进一步增加锚洞的面积。     

强降雨条件下碎屑岩滑坡远程运动模拟分析——以牛儿湾滑坡为例

中国西南砂泥岩地层山区在强降雨条件下频发远程滑坡灾害,是防灾减灾领域亟待解决的关键问题。以2020年7月13日重庆武隆牛儿湾滑坡为例,通过无人机航飞、野外调查和地质条件分析等手段,运用PFC^3D模拟,对中国西南砂泥岩地层山区强降雨条件下流化滑坡远程运动成灾模式开展研究。研究结果显示：独特的地层结构(上部为第四系残坡积土,下部为砂泥岩)是导致滑坡顺层失稳,并远程流化运动的根本原因;强降雨条件是导致滑坡深层失稳、整体下滑,同时使表层残破积土层饱水流化远程运动的关键影响因素;顺层滑坡远程流化成灾模式主要表现出下层整体滑移、中层粗细颗粒混合和上层饱水流化的特征,流化过程可分为整体高位失稳—混合加速—运动流化堆积三个阶段。基于以上研究,认为砂泥岩地层山区的远程流化滑坡风险调查与预测过程应当充分基于滑体远程流化运动的成灾特点进行调查与评价,以此为防灾减灾提供定量化科学依据。