甘肃永靖黑方台地区灌溉诱发作用与黄土滑坡响应

黑方台地区自灌溉以来,诱发了大量的滑坡,但缺乏系统地对研究区的滑坡历史分析研究 在黑方台滑坡历史分析的基础上,研究灌溉引起的地下水位上升过程与滑坡的历史关系,对比分析不同时期的地下水位对滑坡稳定性、滑坡体积及后壁垮塌速度的影响.历史数据分析表明,灌溉引起的水位上升与滑坡发生的频率、体积存在明显的相关性,选取的典型滑坡稳定性计算结果显示滑坡具有多期逐级后退式特征,随着灌溉时间的增长,滑坡体积逐渐减小,但发生频率逐渐增大,基于DEM数据计算的滑坡变形也验证了计算结果.研究成果基本反演了灌溉引起的黄土滑坡历史过程,对黑方台滑坡的综合治理提供了数据支撑.     

黑方台灌溉渗透型黄土滑坡的运动学模拟研究

研究滑坡的运动学特征对于认识和减缓滑坡灾害风险具有重要的意义。以甘肃省永靖县黑方台焦家崖头灌溉渗透型黄土滑坡为研究对象,在工程地质测绘和实验测试的基础上,根据滑坡表现出的各种迹象,基于有限差分法滑坡运动模型对滑坡运动的全过程进行了模拟,并分析了滑坡的速度场。模拟结果表明:滑坡的速度可分为启动加速,高速波动和碰撞减速3个阶段,全程平均滑速为8.6ms-1,表现为高速滑动特征,具有较大的危害性。不同计算方法得出的滑坡速度不尽相同,其中数值模拟的剪出口速度比美国土木工程师协会推荐法结果大1.2ms-1,比变分法计算速度小2ms-1 左右,与潘家铮算法的下限值较接近。本次模拟工作对于潜在的灌溉型黄土滑坡的致灾范围和滑速预测具有一定参考意义。     

黑方台黄土泥流滑坡及发生机制研究

黑方台因农业灌溉触发了大量泥流滑坡。为了充分反映黑方台黄土泥流滑坡发育特征,首先基于IKONOS影像对黑方台泥流滑坡进行了遥感解译,随后又开展了详细野外调查工作。结果表明,黄土泥流滑坡呈流态化运移特征,滑距可达300 m以上,是黑方台危害最为严重的一类滑坡。钻探和塬边露头测量显示,研究区黄土底部黏土高程西高东低。地下水数值模拟结果显示,研究区地下水总体上由台塬西部流向地势较低的东部台缘,使得该处地下水抬升幅度要高于西部,从而造成泥流滑坡集中分布于东部台缘。为充分反映该条件下黄土泥流滑坡的破坏机制,开展了室内饱和原状黄土应力路径试验,分析研究了黄土泥流滑坡液化机制     

甘肃黑方台滑坡类型与活动特征研究

由于农业灌溉水的长期入渗软化作用,1984-2019年甘肃黑方台已频繁发生滑坡灾害约150次,沿黄土塬边形成长约10公里的滑坡密集发育带。滑坡类型以中、小型黄土层内滑坡为主,占90%以上;大、中型黄土-泥岩顺层滑坡次之。黄土层内滑坡速度快、滑程远,突发性、频发性、继发性强;黄土-泥岩顺层滑坡速度慢、滑程近、复活性强。高陡的台缘地形和强度低、水敏感性强的岩土体和岩层倾向坡外的地质结构是滑坡发生的基础,台塬区长期大量的农业灌溉是主要引发因素,大量水体入渗软化斜坡岩土体,使抗剪强度降低,并形成了约20多米厚的饱和软弱基座,导致斜坡失稳滑动,侧压力、季节性冻结滞水和溶滤作用等也有一定影响。黄土层内滑坡高速远程滑动的主要原因是：滑坡剪出口位置高,滑动势能大,释放条件好,剪出口下部有陡坡加速段和开阔、平缓的滑动空间,滑体底部饱和软弱黏性土持续产生超孔隙水压力、液化等低摩阻效应,是远程滑动的润滑剂。黄土-泥岩顺层滑坡的主滑面沿外倾15°左右的泥岩层面发育,且剪出口位于斜坡下部坡脚部位,能量释放条件差,决定了黄土-泥岩顺层滑坡的滑动速度较低、滑动距离较短,滑体易再次复活滑动。     

诱发滑坡的地下水流系统响应历史与趋势——以甘肃黑方台灌区为例

灌溉的地下水系统响应是黑方台地区灌溉诱发地质灾害研究的基础.黑方台台塬自上而下由黄土、砂砾石和基岩3个含水岩组构成.以对斜坡稳定性影响最大的黄土含水系统为研究对象,分析了灌溉前后水均衡变化,采用数值模拟的方法恢复了引水灌溉引起的地下水流系统演化过程,对不同灌溉量下地下水流系统发展趋势进行了预测.结果表明,黑方台地区长期大量引水灌溉打破了地下水均衡,改变了地下水系统的天然状态,使地下水的分布及其水流系统发生了很大变化,中心部位地下水位44年间上升了至少20m,减少灌溉量至350× 104m3/a地下水位将呈下降趋势.研究成果可为黑方台滑坡地质灾害综合治理提供科学依据.     

基于DEM的黑方台焦家滑坡变形分析

以甘肃省永靖县黑方台焦家滑坡为对象,借助1977年、1997年、2001年和2010年4个时期测制的地形图资料,建立了在ArcGIS平台下基于DEM的滑坡变形分析模型,探索了一种基于DEM的滑坡变形分析的技术方法。滑坡壁后移侵蚀速率计算结果为:1977年到1997年为4.42m/a;1997年到2001年为5.81m/a;2001年到2010年为1.64m/a。     

甘肃永靖黑方台地区滑坡形成的黄土时效特性

甘肃黑方台地区是中国滑坡预测预报研究和实践的热点地区,开展黄土时效特性试验是进行滑坡预测预报的基础.以黑方台原状黄土为研究对象,开展了2个含水量、4个围压、八级偏应力水平下的黄土三轴固结排水蠕变试验,研究了黑方台黄土的粘-弹-塑性变形破坏规律.蠕变试验结果表明,相同含水量和围压下,偏应力越大时,黄土的蠕变变形量越大;围压和偏应力水平一定时,含水量越高,蠕变越容易,蠕变量越大;黄土具有显著的非线性粘-弹-塑性变形特征.分析认为黑方台黄土普遍表现出稳定型和渐变型的变形特征,进行该地区滑坡预测预报是有科学基础的.以试验数据为基础,采用幂函数和对数函数分别拟合得到黄土的蠕变模型.建议采用对数型经验方程进行黑方台黄土斜坡长期稳定性分析和滑坡预测预报.     

甘肃永靖黑方台4·29罗家坡黄土滑坡的特征

2015年4月29日上午,甘肃省永靖县盐锅峡镇黑方台滑坡高频发区的党川村罗家坡同一斜坡处连续发生了2次大规模黄土滑坡,总体积约65×10~4m~3,最大滑距630 m,摧毁14户居民房屋和3家工厂.通过现场详细调查、取样试验、1∶500地形测量、滑坡影像、视频等资料分析,对灌溉引发的罗家坡黄土滑坡的特征、滑动过程、形成机理进行了探讨.结果表明:第1次滑坡经过近2 a变形过程,整体突然失稳,高速远程滑动;第2次滑坡变形时间仅3 h,分块逐步滑动,滑动历时长而过程复杂,总体为低速远程滑动.高陡的地形和强度低、水敏感性强的土体是滑坡发生的基础,黄土台塬区长期农业灌溉是引发因素,大量水体入渗形成了20余米厚的饱和软弱基座,使抗剪强度降低,导致斜坡失稳滑动.黄土滑坡高速远程滑动的主要原因是滑坡剪出口位置高,滑动势能大,释放条件好,剪出口下部陡坡段为主要加速段;前方有开阔的滑动空间且有一定坡度、平缓的滑道;滑体底部饱和软弱黏性土在滑道上持续产生超孔隙水压力、液化等低摩阻效应,是远程滑动的润滑剂.同时,两次滑体间还存在冲击加速和能量传递作用.     

灌溉作用下甘肃永靖黑方台地面沉陷趋势分析

甘肃永靖黑方台为一典型的黄土台塬,该处黄土具有较强自重湿陷性,长期大水漫灌作用下,厚层黄土自重湿陷后导致严重地面沉陷灾害。然而,至今台塬地面沉陷的时空特征及发展趋势尚不清楚。本文依据2007年～2011年的InSAR测量数据,分析了黑方台地面沉陷特征及其发展趋势,基于黄土湿陷特征指标,估算了台塬剩余沉陷量。研究发现,黑方台地面仍处于沉陷之中,但是各处沉降幅度不一,目前区内形成12个沉陷中心,新源村附近沉陷最大(120.4mm),77%以上区域的年均沉降量小于10mm。随着黄土地层经历多次减湿-增湿循环以及黄土层内潜水位的不断上升,沉降速率将更加缓慢,估测台塬剩余沉陷量不大于0.687m,小于台塬沉陷总量3%。     

黄河三峡库区滑坡诱发的涌浪预测方法

黄河三峡库区的涌浪灾害风险不容忽视,经验公式是宜优先考虑的涌浪快捷评价方法.对黄河三峡焦家崖头2012年2月7日的黄土滑坡和涌浪进行调查,分析了黄土滑坡及涌浪的特征.采用9种涌浪经典计算公式,计算了涌浪的初始浪高、对岸爬高等特征参数.与调查结果对比表明,采用美国土木工程师协会推荐法、水科院算法、Huber and Hager模型和潘家铮算法获取的焦家崖头黄土滑坡诱发的涌浪特征参数均接近实际,其确定的校正系数分别为2.14、1.92、0.6和0.66,对比考虑安全性和经济性后推荐采用潘家铮算法预测黄河三峡的涌浪.     

甘肃永靖黑方台地区灌溉诱发型滑坡发育特征 及力学机制

水是诱发黄土滑坡最为积极的因素,以灌溉诱发型滑坡尤为典型.基于野外水工环地质综合调查,对黑方台地区灌溉渗透诱发滑坡的发育特征进行总结.通过分析特定孕灾地质条件下滑坡发育特征的差异,认为黄土滑坡形成的力学机制以滑移-压致拉裂-剪断型和蠕滑-拉裂-滑移型为主,而黄土-基岩滑坡以滑移-压致-拉裂型为主.滑移-压致拉裂-剪断型黄土滑坡为原位溯源后退扩展式,系灌溉水入渗后造成黄土饱和带厚度增大,不仅造成台缘周边地下水溢出带部位渗透压力增大,且抗剪强度显著弱化,从而在坡体自重作用下发生蠕滑剪切.锁固段突然破坏使滑坡快速启动,滑体冲击致早期饱水滑床产生液化,产生高位抛射,借助原始地形滑体加速运移形成高速远程运动.蠕滑-拉裂-滑移型黄土滑坡是黄土底部饱和带厚度较薄或灌溉入渗影响较小的地段,以后缘拉裂为主激发形成.渗灌溉水长期入渗造成下伏基岩顺倾泥岩层面软化泥化,从而在顺向坡段产生黄土-基岩顺层滑坡,该类滑坡以低速短程滑坡为主.     

甘肃黑方台罗家坡滑坡演化过程及运动机制分析

2015年4月29日7时50分,甘肃省永靖县黑方台发生了大规模的滑坡,滑坡体积达1.27×106 m3,摧毁了14户民房和3家工厂,造成直接经济损失5 460万元。在对灾害现场进行大量地质调查的基础上,结合遥感、三维激光扫描等综合调查手段和现场视频监测资料,对罗家坡滑坡演化滑动特征进行了详细描述,对滑坡高速远程机制进行了解析。研究结果表明：罗家坡滑坡从时间线上先后经过5个阶段5种滑动形态,分别是黄土错落-碎屑流、黄土泥岩-碎屑流、黄土-碎屑流、黄土泥流和黄土错落滑动阶段。滑坡运动模式可分为块体碎屑流和黄土泥流两种类型,其中块体-碎屑流高速远程形成机制与先期滑体的“填凹造床效应”和高含水的下垫面土体密切相关。研究结果对于进一步加深对黑方台地区高速远程滑坡的形成机制的认识和风险控制具有积极的指导意义。     

黑方台黄土斜坡变形破坏机理研究

黑方台常年农业灌溉引起地下水位上升,在透水性差的粉质黏土层顶部形成了厚度不断增大的饱和黄土软弱带,导致斜坡蠕动变形诱发了大量的黄土滑坡,滑坡体在地下水的浸润作用下转化为黄土泥流向前运动。为对黄土斜坡的变形破坏机理进行分析研究,进行了8个围压下的固结不排水试验。试验结果表明:饱和黄土应力应变模式表现为强烈的应变软化剪缩型,并具有一定的稳态特性。300 kPa围压以下,试样强度丧失,土体完全液化,其余围压下的试样产生部分液化,抵抗变形能力增加,土体应力状态可划分为完全液化区和部分液化区。斜坡的变形破坏特征因上覆黄土厚度不同而有所差异,通过插值计算,黄土层厚度大于临界黄土厚度（约20 m）时,斜坡产生突发性滑动变形破坏,反之斜坡产生缓慢变形的黄土泥流。研究结果证明了黑方台削方减载治理工程的科学性,并为滑坡的防治和治理提供了一定的理论依据。     

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。     

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。     

汶川地震引发高速远程滑坡运动机理数值模拟研究——以谢家店子滑坡为例

针对汶川地震引发的谢家店子滑坡,在现场调查分析的基础上,建立了二维离散元数值模拟模型,采用2D-Block软件对其进行了全过程的数值模拟研究,并通过对跟踪块体的深入分析,研究了相应地质体在不同阶段下的运动特征。模拟结果表明,谢家店子滑坡经历了剧动启程抛掷阶段、快速撞击飞行阶段、铲刮减速碎屑流阶段及堆积掩埋阶段。为了揭示地震引发高速滑坡的发生规律,分别研究了地震震级、斜坡地形和斜坡上岩块的尺寸对高速滑坡启动和运动过程的影响规律。地震震级对边坡的启动、变形、破坏和运动有很大的影响,地震震级越大,滑体启动的加速度和速度也就越大,从而易形成高速远程滑坡。斜坡体本身的地形地貌对滑体运动也有较大影响。在震级和岩石力学参数一定的条件下,斜坡上岩块的大小对其启动、变形和运动过程有一定影响,随着岩块的增大,滑体运动的每个阶段历时都在减小,但当岩体十分破碎时,滑体虽然能够运动,但是很难发生抛掷。将地震滑坡的启动机理概括为积累变形效应、振荡启程效应和振荡加速效应。     

黑方台黄土塬区地面变形成因分析

黄土由于其特殊的物质组成和结构而具有独特的沉陷性.由于西北地区耕地长期存在不合理的灌溉方式,由此而导致的地面变形逐渐成为黄土区最为普遍的地质灾害之一,给当地居民的生命财产带来巨大威胁.通过对影响黑方台黄土塬区地面变形的各种控制因素,包括地质因素、土体结构因素、灌溉因素以及地下水因素的概括总结,分析水土相互作用的过程及灌水与地面变形之间的关系.揭示了黑方台黄土塬区各种来源的潜蚀水潜蚀黄土后导致的以地面陷缝为主的地面变形的形成条件以及形成机制,时黄土地区地面变形的治理控制具有重要意义.     

滑坡稳定性三维数值模拟分析

滑坡作为地壳表层的三维地质体,应最大程度逼近实际边界条件评价其稳定状态,同时,由于滑坡不同部位结构构造存在差异,应用不同的稳定系数评价其不同部位的稳定状态。在滑坡稳定性分析方法研究现状对比分析的基础上,介绍一种简易实用而精确度又较高的滑坡稳定性三维数值模拟分析方法,正是为达到此目标的一种探索,分析结果与已有研究成果基本一致,证明这种分析方法具有一定的可信性和优越性。     

复合型滑坡固液耦合过程数值模拟分析——以无山坪滑坡为例

固液耦合作用是碎屑流向泥石流转化形成复合型滑坡灾害的关键因素, 会导致成灾范围和规模放大, 是防灾减灾领域研究中的热点和难点问题之一。文中采用自主研发的滑坡后破坏数值模拟平台(LPF3D, Landslides post failure 3D), 以2014年9月强降雨诱发的重庆奉节无山坪滑坡为例, 探讨了滑坡在水动力作用下远程成灾的动力过程, 揭示了固液耦合影响机制。研究结果显示: 水动力作用在滑坡运动过程中主要体现为液化和拖曳两种, 两种力学作用的增程效应明显, 往往使得碎屑流转化为泥石流, 导致远程成灾; 基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的两相耦合计算模型, 考虑流体状态方程、固体黏塑性本构方程和相间作用力的共同影响, 基本还原了强降雨条件下重庆奉节无山坪滑坡两相运动过程; 数值计算结果显示无山坪滑坡最大运动速度为34 m/s, 最大堆积厚度为21.5 m, 堆积面积为0.12 km2, 最远运动距离为1300 m, 模拟结果同实际滑坡的堆积形态基本一致。综上认为, 在高位远程滑坡风险调查与预测过程中, 需充分考虑强降雨工况下孔隙水压力和固液相间作用, 基于LPF3D方法的数值模拟为高位远程滑坡的风险定量评估提供了依据。     

冻结滞水效应及其促滑机理 ——以甘肃黑方台地区为例

冻融期地质灾害的不断发生,愈来愈引起社会关注并被更多的学者所重视,甘肃黑方台地区冬春交接时期滑坡频发,是研究季节性冻融作用的首选之地.为了探索是否存在冻结滞水效应,揭示冻融作用诱发滑坡灾害机理,建立了气温、地温和地下水位动态等协同观测网.监测数据显示:黑方台地区存在季节性冻融现象,可划分为冻结期(秋冬)、完全冻结期(冬)、冻融期(春夏)、融化期(夏秋)的年季循环过程,也存在昼夜气温变化引起的循环冻融过程;斜坡中段冻结引起的地下水位上升了1.0m,证实了冻结滞水效应的存在.地下水模拟结果表明,冻结滞水引起斜坡坡脚水位壅高幅度超过3m,水平影响距离达到30m以上.冻结前坡体稳定系数为1.19;冻结后仅考虑冻结滞水效应引起的地下水位上升,稳定系数减小到1.09;反复冻融后,考虑黄土强度降低因素,坡体稳定系数降至0.97,说明冻结滞水效应和循环冻融的双重作用是滑坡在春季频发的根本原因.