高陡边坡岩体结构信息无人机识别与离散元数值模拟

岩体结构特征的准确表征对边坡稳定性评价具有重要影响。由于高陡边坡岩体结构的人工编录工作开展困难,结构几何信息往往获取不全面,导致边坡数值模型构建往往不理想。以江西德兴银山铜矿露天边坡为工程背景,采用无人机与运动恢复结构法(SfM)获取边坡岩体点云模型。基于点云数据建立结构面识别和解译算法,自动获取结构面产状、迹长、间距等几何信息。对比人工测量结果,无人机测量与结构面识别能够获取更符合实际的坡面与岩体结构模型。采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面重构和“Rhino-Griddle-3DEC”联合建模方法,结合岩体结构统计模型构建离散裂隙网络DFN能够快速建立三维离散元数值模型,从而获得更好的数值模拟计算结果,满足岩质高边坡稳定性评价的需要。     

三维大规模滑坡离散元建模与模拟研究——以茂县新磨村滑坡为例

数值模拟是研究高速远程滑坡的重要手段。本文以茂县新磨村滑坡为例,提出一种三维大规模滑坡离散元建模与数值模拟方法。基于离散元法宏微观转换公式和数值模拟测试,快速得到与滑坡体砂岩力学性质类似的离散元堆积模型。并结合滑坡数字高程数据和地层信息,建立起符合滑坡实际地层条件和岩体力学性质的三维离散元薄壳模型,模拟了新磨村滑坡启动、高速下滑和堆积的全过程。模拟结果与实际的滑坡堆积体在形态和分布上非常相似,并且模拟的滑坡速度场变化特点和时间范围与理论估算与实测地震信号较为一致,验证了数值模拟结果的可靠性和方法的有效性。论文共享了数值模拟源代码,可快速构建三维滑坡数值模型,为高速远程滑坡的数值模拟研究和相应灾害范围评估提供一个可选的方法。     

浙东南山区高速滑坡形成原因和致灾方式研究

为加强浙东南山区滑坡灾害防治工作,在分析该区山外高速滑坡和南充高速滑坡的物质结构和和运动特征的基础上,总结该区高速滑坡的形成原因、致灾原因和致灾方式.高陡原始地形伴随人工切坡,岩体超深风化,台风引起超强降雨.以及峰残强度降差形成滑坡;高速和远程是致灾的主要原因;致灾方式包括堆积掩理、抛洒冲击和气浪推掀.     

基于直剪试验的岩体结构面表面温度与粗糙度关系研究

大型岩质滑坡往往伴随热效应, 热效应引起的摩擦系数降低可以用来解释高速远程现象。为了研究岩体结构面剪切破坏后表面热量产生特征, 首先, 分别利用红外热成像仪和三维激光扫描仪对直剪试验破坏后的结构面表面进行拍摄与扫描, 得到其表面温度分布与精细几何信息。然后, 利用数学统计方法获取剪切破坏后结构面表面温度分布情况; 利用改进的2D divider方法获得结构面表面三维模型的分形维数, 进行粗糙度评价。最后, 结合直剪试验正向应力数据, 分析岩体结构面剪切破坏后表面平均温度与其所受正应力以及粗糙程度两参数之间的拟合关系。结果显示:滑坡启程阶段(低速剪切)破坏中(1)岩体结构面表面粗糙程度影响剪切过程中热量的产生, 表面越粗糙, 产生的热量越多, 并且热量主要集中在结构面表面凸起部位; (2)岩体结构面所承受的正压力影响剪切过程中热量的产生, 正应力越大, 产生的热量越多; (3)岩体结构面表面粗糙度对剪切破坏热量产生的影响较所受正应力略大。研究成果为大型岩质滑坡破坏过程中的能量研究提供了技术参数与理论支持。     

高速远程滑坡的地貌学与沉积学研究进展

本文总结了当前有关高速远程滑坡远程机制的研究现状,探讨了滑坡地貌学和沉积学对于揭示高速远程滑坡运动学机理的重要意义.通过梳理前人关于高速远程滑坡堆积形态的分类,分析了高速远程滑坡主要的形态学特征、蕴含的运动学信息以及高速远程滑坡的脱落块体、丘体、脊结构、断层等的地貌结构特征,并进一步指出这些地貌结构的形成主要是滑坡体物...     

基于滑坡致灾强度预测的建筑物易损性定量评价

针对目前建筑物易损性定量评价中缺乏滑坡致灾强度预测研究,创新性地提出了一种基于InSAR技术的致灾强度经验曲线与ABAQUS二次开发的空间化位移预测相结合的建筑物易损性定量评价方法.以三峡库区石龙门滑坡为例,利用PS-InSAR解译的2017-2020年间滑坡年平均位移,通过函数反演获取了滑坡累积位移?致灾强度经验曲线;使用ABAQUS编写荷载和孔隙水压力子程序模拟了极端工况下(库水位下降+强降雨)的滑坡累积位移,用于建筑物易损性预测计算.建筑物抗灾能力由PSO-Fuzzy AHP模型加权赋值8个指标构成,与滑坡致灾强度两部分相结合即可定量评价建筑物易损性.研究结果表明：(1)本文提出的抗灾能力评价体系能够很好表征三峡库区农村建筑物的结构特征,具备较高的评价精度;(2)基于PS-InSAR得到的上限致灾强度曲线为I_pu=0.065×D_tot^0.236,具备更高的预测精度,有效减少了假阴性误报;(3)通过ABAQUS模拟的极端工况致灾强度随着降雨量增加而增加,预测的房屋易损性等级随之提高,并且成功预警了前期调查有明显变形的...     

汶川地震滑坡-碎屑流致灾距探讨

为了阐明地震滑坡的运动特性并对其进行致灾距的预测,基于遥感影像解译和野外调查数据,借助经验公式法,分析了汶川地震滑坡水平最大运移距离L与前后缘高差H之间的相关性,给出了经验公式;探讨了不同滑坡之间滑程的差异与异常。结果表明:若已知H,可用L=aH+b或L=aHb对总位移进行预测初探;将视摩擦系数H/L=0.45作为汶川地震高速远程型滑坡的上限较合适;滑坡体积、源区破裂面积与L呈正相关,与H/L呈负相关;地震滑坡易发生在山脊线平行于断裂带、垂直于地震波传播方向的山体两侧;崩塌型滑坡易发前后缘高差范围在10~100m之间,大型高速远程型滑坡易发前后缘高差大于200m;滑坡源区易发坡度分布在25°~51°之间,滑床坡降变化范围为0~58°,高速远程型滑坡的滑床坡降主要在8°~20°之间;分析认为滑程差异和异常是距离效应、能量传递与岩体挡板效应、滚动润滑与气垫效应、体积与破裂面积效应、地质因子、地形因子、颗粒级配与颗粒流效应等因素综合作用的结果,考虑上述因素有益于滑坡-碎屑流致灾距的预测分析。     

滑坡-碎屑流物理模型试验及运动机制探讨

滑坡-碎屑流由于高速、远程的特点常常引发灾难性事故,其复杂的运动机制导致预测致灾范围非常困难。通过开展室内模型试验,研究了碎屑粒径、滑床糙率和挑坎对运动特性的影响。试验结果发现,滑坡碎屑运动距离受控于前端碎屑,且随着碎屑的粒径增大而增加,增加滑床糙率、挑坎均可使碎屑的运动距离减小。在前人研究成果的基础上结合碎屑材料的力学特性探讨了滑坡-碎屑流出现流态化的原因和高速远程机制,即高速运动中颗粒间的作用力远小于完整岩体,因此颗粒间的“黏聚力”不能维持滑坡体的整体性,同时致使滑坡体与滑床接触的过程中传递至滑坡体内部的摩阻力减少,从而导致碎屑滑坡的远程结果。     

3D岩体结构面粗糙度表征方法

大量的工程实践表明,岩体往往是沿着软弱结构面发生破坏的,而岩体结构面粗糙度是决定岩体结构面力学性质的重要因素。目前岩体结构面粗糙度的研究多集中于2D角度,但仅由一条剖面轮廓线来表示结构面的结构特征显然是不全面的。因此岩体结构面粗糙度表征方法应拓展到3D角度,全面地从三维曲面特征来进行评价。在参考大量文献的基础上,将二维角度的几个几何参量延伸至三维角度,提出面积扩展率S、结构面起伏度Rs,并通过平均粗糙度系数JRCS来表征三维角度的结构面粗糙度。以秭归马家沟滑坡为例,采集结构面并获取表面信息,通过统计分析和数值模拟的方法,得出三者之间的回归方程。在已知面积扩展率S、结构面起伏度Rs的基础上,可计算出平均粗糙度系数JRCs,用以判断岩体结构面在3D角度下的粗糙度大小。     

基于数字近景摄影测量的岩体结构面几何信息解算模型

为了快速、全面地获取岩体随机结构面信息而提高稳定性评价工作,在数字近景摄影测量测取结构面空间坐标的基础上,应用立体几何、方位概念和投影变换理论,提出并建立了基于空间坐标的结构面迹线三维模型、任一投影展示面的迹线二维模型和详细判据的产状解算模型。迹线三维模型数据更加详实展示迹线分布状况,迹线二维模型数据又能获得任一重要投影面的迹线信息并突显迹线物理意义;应用误差理论,探讨了基于数字近景摄影测量的产状解算模型获取产状的精度。实验表明,在数字近景摄影测量建立边坡三维模型点位测量精度≤2 cm时,能够解决近似线状结构面的产状获取问题。因此,岩体结构面几何信息解算模型与数字近景摄影测量相结合,可采集到更为全面的结构面几何信息并用于岩体稳定性评价。     

Formation mechanism and evolution process of the Chada rock avalanche in Southeast Tibet,China

The Chada rock avalanche is a prehistoric high-elevation giant rock landslide located in the Boshula Mountains, Lhorong County, Southeast Tibet. It is composed of conglomerates with a volume of 6.62?×?10⁶ m³ and has a height difference of 1450 m and a transport distance of 3155 m. The accumulational landform shows characteristics indicating rock avalanches. With a unique red conglomerate as the marker of landslide movement, we combined the results of geological surveys, aerial surveys, and engineering geological drilling to determine the entrainment and geomorphic features of the rock avalanche. The rock avalanche was divided into the main scarp, entrainment zone (residual deposit, mixed deposit, and impact fragmentation areas), transport zone (compressed, local landslide, and longitudinal ridge areas), and deposit zone. The sequence of deposits in the valley indicates that the rock avalanche formed before the first-stage terrace and after the second-stage terrace. Combined with 3D numerical simulation, four movement stages were obtained: (1) the rock mass was broken and disintegrated due to progressive failure, initiating high-speed sliding; (2) the sliding mass scraped the thick previous slope material and formed oblique ridges by forward extrusion and lateral friction; (3) the 4.95?×?10⁶ m³ sliding mass was compressed and decelerated to form bending ridges, and the 1.67?×?10⁶ m³ sliding mass continued to move through the channel; and (4) the sliding mass extended to form longitudinal ridges in the channel and hummocks in the valley. The rock avalanche accelerated three times and decelerated three times during its motion.

     

基于活动控制的岩体结构面几何信息快速获取

在应用数字近景摄影测量进行岩体结构面几何信息快速获取时,需要在岩体上布设一定数量的控制点,但特殊区域岩体（隧道、硐室、采石场）的结构面相对破碎、特征点极不明显,并且受施工进度的影响,无法在岩体上布设控制点。针对这一问题,本文应用自行设计的活动控制架,在控制架上布设28个控制点,将控制架和岩体结构面一起摄影,然后在VZ（VirtuoZo）工作站上进行内业解译,获取岩体结构面上特征点的空间坐标,再依据所给产状公式获取结构面信息。以净月二采石场岩体边坡为研究对象,进行了活动控制架安装与检验、外业数据采集与内业数据处理等工作;同时基于误差理论点位精度评定方法,对解译的控制点坐标与岩体结构面产状（倾向、倾角）同实测值对比并进行精度分析。结果表明,该方法测量的岩体结构面产状中误差：m_倾向=±4°,m_倾角=±3°,满足岩体结构面精度测量要求。     

结构面抗剪强度参数线性拟合方法适用性研究

针对岩体结构面力学参数的重要性,开展最小二乘法、点群中心法、随机-模糊法、可靠度分析法4种结构面抗剪强度参数线性回归方法的理论对比与分析。在传统点群中心法的基础上,提出求解过程严密、计算精度较高的改进优化算法。为保证可靠度分析法中验算点法参数初始赋值的准确性,提出基于可靠度理论的结构面抗剪强度参数c, 的均值、标准差优化赋值方法。以武隆县鸡尾山滑坡为例,比较不同岩体结构面数据条件下上述4种方法的适用性。结果表明,各方法的适用性与试验数据的离散性及数据量有关;当数据线性理想时,4种方法均可直接用于结构面抗剪强度参数的线性回归分析;当试验数据较离散时,点群中心法已不再适用,可根据工程要求、异常值情况和计算收敛情况选取合适的数据处理方法。     

酸雨对重庆武隆鸡尾山滑坡滑带页岩物理力学性质的影响

为了研究酸雨对重庆武隆鸡尾山滑坡滑带页岩物理力学性质的影响,在鸡尾山滑坡滑源区滑面向下游延伸处取样,制成粉末和块体试样,在实验室内使用pH为3的稀盐酸溶液浸泡,测试其物质成分的变化。结果显示:页岩与稀盐酸溶液作用的过程中有较为明显的钙质出溶现象,这一反应在粉末中发生的速率更快。测试从鸡尾山滑坡坡脚流出的泉水的离子成分,结果显示相对于酸雨,泉水中钙离子浓度显著增高,进一步证实滑带在酸雨作用下钙质出溶现象较为显著。钙质页岩中方解石成分的溶出,导致滑带强度减小。     

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。     

Investigation of Stability of the Critical Rock Blocks that Initiated the Jiweishan Landslide in China

The objective of the paper is to investigate the initiation of the Jiweishan landslide by simulating the field geological conditions around and inside a selected critical rock block and then to study its stability through 3-D discontinuum stress analysis. The study led to the following main conclusions: (1) The mining excavations that occurred underneath the investigated block at the landslide site, the friction angle of T2 discontinuities and sliding plane and the dip angle of the sliding plane seem to be the most important factors with respect to the instability of the investigated block; (2) It seems that the friction angle of T2 discontinuities and sliding plane need to drop to a value between 5° and 10° for the investigated block to be unstable. This means that the rainfall and karstification have played important roles in reducing the said friction angle and contributed to the failure of the investigated block. (3) The northern part of the investigated block (key block) had moved out first from the top of the mountain in a direction parallel to the strike of the north boundary discontinuity plane (T2) and had undergone shear failure on the T2 surface as well as on a weak shale layer (the sliding plane) and the remaining part of the investigated block (driving block) had moved along a direction slightly east of the north direction and had undergone shear failure on the sliding plane and separation from southern and western boundary discontinuity planes (T0 and T1) to fill the empty space created by the key block to initiate the Jiweishan landslide.     

Dynamic process of the Wenjiagou rock landslide in Sichuan Province,China

A rock avalanche is a geological event that is always sudden, rapid and with a long run-out, and can result in large loss of lives and property. The Wenjiagou rock avalanche was a high-speed rock landslide caused by a strong earthquake, in Mianzhu, Sichuan Province, southwest China. In this study, we reproduce the movement and deposition processes of the sliding mass by numerical simulation. We analyze the effects of the friction coefficient of each slip surface and the strength of the parallel bonds and contact stiffness between particles on the dynamic process and deposit features using three-dimensional particle flow code (PFC3D). The simulation results agree with the field measurements when the friction coefficient is 0.2, parallel bond strength is 2 MPa, and contact stiffness is 2?×?10⁸ kN/m. The landslide lasted about 115 s from the initial movement to the final deposition at the exit of the valley. The maximum velocity of the sliding mass was 114 m/s.     

小浪底水库消力池边坡岩体结构概率模型模拟

本文通过对边坡区岩体露头和平硐壁结构面几何参数的量测统计，建立了岩体结构面产状，规模，密度和张开度的概率模型，运用蒙特卡洛模拟方法，定量到画了边坡区岩体结构特征，为边坡岩体稳定性评价提供了一个定量的结构模型。     

复杂滑坡三维离散建模方法及其在茂县滑坡中的应用

滑坡灾害调查发现,对于大型的高速远程滑坡,其堆积体中往往存在大粒径颗粒在上、小粒径颗粒在下的反粒序堆积现象。为了揭示大型滑坡反粒序堆积现象的机理和影响因素,借助离散元数值分析方法,研究分形维数、滑坡体积以及加速区长度对滑坡体内不同粒径颗粒移动过程的影响规律,并对鸡尾山滑坡进行模拟,分析其堆积体中反粒序堆积结构的形成原因。结果表明：滑坡体在滑动过程中因发生颗粒破碎而形成不同粒径大小的颗粒,在颗粒分选机制作用下,小粒径颗粒通过颗粒间的孔隙向滑坡体下方移动,大颗粒在剪切作用下越过小颗粒向滑坡体上方移动,最终在滑坡堆积体中形成反粒序堆积结构。颗粒分选过程主要通过动力筛分作用和剪切作用进行,其作用力大小与颗粒粒径大小和颗粒受到的上覆压力有关,分形维数越大、上覆压力越大,颗粒分选程度越小,反粒序堆积现象越不明显。