基于红外热成像技术的抗滑桩土拱效应模型试验研究

采用模型试验是研究滑坡及其抗滑结构的一种有效方法,红外热像仪在滑坡模型试验中的应用是基于红外检测和热成像原理,利用红外热像仪对滑坡模型抗滑桩区域坡表温度进行有效、准确、实时地检测并记录,有助于分析滑坡破坏过程中抗滑桩所在区域温度场的变化规律,从能量的角度对抗滑桩土拱效应进行研究。试验结果揭示了滑坡抗滑桩区域温度场的分布规律,从温度场方面证实了土拱效应的存在,并揭示了土拱形成过程及其机制;抗滑桩有效地阻止了滑坡推力向桩前发展,发挥了抗滑效果;滑坡发生过程中岩土体应力场、位移场和能量变化是息息相关的。红外热成像技术的应用为抗滑桩土拱效应的研究提供了一种新的研究方法,使得从能量变化的角度研究抗滑桩等防治结构作用机制成为可能,其可行性和可靠性在模型试验中得到了验证。     

红外热像技术在滑坡物理模型试验中的应用

将红外辐射成像技术引入滑坡物理模型试验中,通过红外热像仪与三维激光扫描仪所搭建的监测系统,对滑坡模型坡体表面变形破坏全过程进行温度与位移的监测。基于滑坡表面监测数据,将原始红外热像监测图形进行数据修正与差值处理,采用处理后获得的温度场数据,将其与模型坡表位移演化规律进行对比分析。结果表明,滑坡模型在进入加速变形阶段前,潜在破裂区域温度随荷载的增大而均匀上升,破裂带内、外温差较小;滑坡模型进入加速变形阶段后,会在潜在破裂区域的红外热像上出现条形的高温异常区域,破裂区域的破裂带内、外温差迅速拉大,两者相差最高为0.49°C,整体滑动失稳前夕,平均红外辐射温度-时间曲线上再表现出破裂带内温度陡增后降低的规律。研究结果表明,红外热像技术可以应用于滑坡模型试验,利用温度可对滑坡进行预测预报提供参考。     

土质滑坡坡表倾斜变形的室内外试验研究

近年来,滑坡倾斜变形已成为滑坡监测预警的重要指标,但是目前关于坡表倾斜变形与滑坡发育特征的研究尚处于探索阶段。通过开展系列降雨模型试验,并结合现场试验,探究滑坡灾害演进过程中坡表位移与倾斜变形的关系,建立基于坡表倾斜-时程曲线的滑坡预警方法。试验结果表明:滑坡在破坏阶段坡表倾斜变形加速,倾角速率倒数与滑坡残留时间呈线性关系,利用该线性关系可预测滑坡最终破坏时间;滑坡滑动过程中坡表倾斜变形与位移呈线性关系,其斜率与滑动半径一致。根据试验结果首次揭示了坡表变形与滑带几何特征的关系,并为基于坡表变形的滑坡滑带预测方法提供了试验依据。     

水位升降条件下牵引式滑坡离心模型试验

自三峡水库蓄水后,库区地质灾害频发,研究库水位升降条件下的库岸边坡稳定性与破坏模式日益重要。以三峡库区云阳县凉水井滑坡为原型,基于长江科学院CKY?200土工离心机,结合滑坡区工程地质概况,模拟制作了这一典型库岸滑坡的简化模型。采用高速相机、激光位移传感器、孔隙水压力传感器、土压力传感器等监测手段,在模型试验中实现了对边坡前缘水位高程及升降的控制,获取了试验过程中坡体水平位移和沉降、孔隙水压力、土压力值的变化规律,得到以下结论：试验从开始至加水阶段结束,模型位移以竖直方向为主,而在排水阶段则水平方向位移远大于竖直方向;试验过程中,在库水位上升与骤降作用下,首先在前缘产生裂隙,并逐渐向中部、后缘扩展,随后在中部产生较大变形,出现局部滑移,模型总体破坏形式呈牵引式破坏模式;试验结束时,模型自后缘起体积含水率逐渐增大;在水位上升期间,模型变形相对较小,主要滑移出现在水位下降期间,因此,该滑坡为动水压力型,产生变形破坏主要是由于动水压力效应所致。试验揭示了库岸牵引式滑坡在库水位升降条件下的破坏模式和变形失稳机制,为库区滑坡的防治提供了重要依据。     

花岗岩巷道岩爆过程红外辐射时空演化特征室内模拟试验研究

通过含孔花岗岩的双向加载试验模拟巷道岩爆过程,以红外热像仪为观测手段,利用红外热像和最低红外辐射温度作为监测指标,研究岩爆过程中的红外辐射温度时空演化特征。结果表明：岩爆过程红外辐射时空演化特征与岩爆孕育、发生过程具有良好的同步性。岩爆发生前红外热像上出现低温嵌套于高温条带间的温度场,其在空间上的延伸扩展则是岩爆孕育和发展过程在温度场中的反映,其出现的位置对应着岩爆发生的区域。最低红外辐射温度呈现出上升-短暂下降-上升-下降4个阶段性特征,岩爆发生前最低红外辐射温度出现3个突变转折点。试验结果对于巷道岩爆灾害的时空预测具有一定的理论意义。     

黄土-泥岩接触面滑坡的两种雨型模型试验

黄土边坡变形失稳机理研究对于黄土滑坡灾害防治具有重要意义。黄土-泥岩接触面滑坡作为黄土滑坡类型之一,研究人员已对其失稳基本过程与形成机理有较为清晰的认识。但对于其在不同降雨类型下,特别是强降雨条件下的变形破坏过程则有待进一步探讨。因此,本文对黄土-泥岩接触面边坡开展室内降雨模型试验,研究其在强降雨条件下斜坡变形破坏模式。试验设计连续强降雨和间断强降雨两种降雨条件,对比分析两种降雨条件下边坡雨水入渗规律及变形破坏模式。结果表明:在两种典型降雨模式下,雨水入渗速率由边坡前缘至后缘逐渐降低;在坡体表层,随着降雨由间断至连续过渡,入渗速率逐渐增加;在坡体深部,入渗速率受边坡结构影响;间断降雨下边坡呈现滑移-拉裂失稳;在连续降雨条件坡体则表现为蠕滑-拉裂破坏。     

截齿截割煤体变形破坏过程的红外热像研究

对截齿截割煤体变形破坏过程的红外热像进行测量和分析,从而研究截齿截割作用下煤体变形破坏规律。改变截齿类型、截割速度、截深、测量方位等测量煤体红外热像,发现扁齿截割时在垂直截割方向与扁齿凸脊相应处出现条状高温区;锥齿截割时在齿尖附近出现点状高温区;截割速度越快,热效应越明显。截齿截割煤体过程中,温度场中最高温度值与截深及煤体力学性质有关。截深越深,温度场中最高温度越高;煤体的抗拉强度、抗压强度、黏结力、内摩擦角越大,高温区的最高温度越高。     

基于连续介质模型的滑坡启动机理数值模拟试验

滑坡启动机理研究是滑坡防治的前提条件。应用三维连续介质动态数值模型方法,采用摩擦模型、Voellmy模型2种流变模型,对滑坡启动过程进行分析求解,开展滑坡启动机理数值模拟研究。结果表明,不论是限制坡面(渠道型)还是无限制坡面,在2种流变模型和侵蚀率下,随着坡度逐渐增加,地形所提供给滑坡体的能量进一步增大,物质运动距离进一步增加,其相应的平均速度、最大速度(前端速度)和总动能也会进一步加大,经历了从缓慢蠕变至快速增加的过程。根据不同坡度下滑坡的启动、运动规律、堆积过程及各坡度下动力参数延程变化规律,可以将滑坡的启动坡度设定为25°~30°。该滑坡启动坡度的设定可为地质灾害防治措施和监测预警提供技术参考。     

灰岩钻掘过程的红外热像试验

钻掘过程中岩石的发热效应对岩石材料性能和热损伤会产生重要影响。介绍了红外热像仪的测温原理并利用红外热像仪对硬质灰岩钻掘过程的红外热像进行了试验研究。试验结果表明：钻掘过程中钻头前端岩石的热影响区呈类似弹头的形状,热影响区的厚度与钻头半径大致相当;钻掘结束后的冷却过程中热影响区温度总体降低,热影响范围逐渐扩大;钻孔轴线上岩石温度总体下降,最高点位置随时间发生变化,并有逐渐趋同的趋势,具体与钻孔直径、深度和岩石与空气的热物性质有关;热影响区内岩石温度最高值的下降速度表现为先快后慢,即钻掘刚结束时的温度下降速度最快,然后随时间推移温降速度逐渐放缓。试验结果证实了红外热像仪应用于岩石钻掘温度的动态测量与分析的有效性与实用性,研究结论为进一步改善钻掘效率和提高工程安全性提供了重要的参考依据。     

降雨条件下固体废弃物边坡变形及破坏模式试验研究

利用室内模型试验及稳定性分析的手段 ,研究在降雨作用下高速公路通过的城市固体废弃物路堑边坡变形特征及破坏模式 ,分析了边坡各部位在降雨作用下变形量的变化规律 ,得出变形过程的 5个阶段 ,给出了固体废弃物边坡主要以溜坍或滑塌、坡面冲刷及滑坡 3种破坏形式 ,并提出了治理建议     

强震作用下陡倾顺层岩质边坡动力响应与破坏模式研究

以陡倾顺层岩质边坡为研究对象,采用振动台模型试验与FLAC^3D数值模拟方法,对强震作用下陡倾顺层岩质边坡的动力响应规律和变形破坏模式进行了研究。研究结果表明：陡倾顺层岩质边坡在坡表及坡内竖直方向的加速度响应均表现出高程放大效应,而水平方向上的加速度响应则表现为趋表效应;输入波类型对边坡模型加速度响应有显著影响,正弦波作用下的加速度响应明显强于天然地震波;加速度放大系数随地震波振幅的增大,呈现先增大后减小的变化规律;地震波加载持续时间对陡倾顺层岩质边坡加速度响应的影响较小。对模型试验和数值模拟中边坡变形破坏特征的分析,得到陡倾顺层岩质边坡在强震作用下的破坏模式为：地震诱发-坡表岩层出露处岩块松弛张裂-坡肩岩层处拉裂张开-坡面中部出现剪切裂缝-裂缝逐渐贯通-发生多级高位滑坡。     

边坡物理模型倾斜加载方式的研究

模型试验是研究边坡失稳机制的重要技术手段,通过倾斜模型获得滑坡的变形破坏过程也是常用的试验方法。作为一种试验加载方法,倾斜加载方式的可控性、倾斜过程中应力场的相似性都是影响该方法应用的关键性问题。为了研究试验方法的可控性,以块状滑体为例,分析计算了模型倾斜和离心加载两种试验方法对滑块抗滑安全系数的影响过程,结果表明,倾斜加载方法可以随着倾斜角度的增加连续地降低滑块的抗滑安全系数,而离心加载方式仅在1g～10g范围内对滑块的抗滑安全系数产生显著影响。为了比较模型倾斜前后模型内部应力场的相似性,建立了物理模型的数值计算模型,模拟不同倾斜角条件下坡体内的应力场。计算结果表明,模型倾斜过程中,坡体中部应力状态保持稳定,倾斜角较大时,坡体的前缘滑带位置应力状态变化较大,前缘进入塑性变形的可能性增大,局部应力场变化有利于模拟水库型滑坡的破坏机制。为了验证倾斜模型模拟滑坡破坏过程的应用效果,以千将坪滑坡为原型,采用倾斜加载方式进行破坏模型试验,获得了滑坡的破坏过程。与非连续变形分析方法(DDA)模拟的结果相比,模型试验得到的破坏形态更接近实际滑坡。     

水位下降条件下土钉加固土坡破坏特性研究

水位下降是导致滑坡的重要原因之一,而土钉是加固土坡的有效手段。进行离心模型试验,再现了水位下降时土钉加固土坡的变形和破坏过程,测量了土坡的位移变化。试验结果表明,水位下降条件下土钉加固土坡的破坏模式以绕钉破坏为主,滑裂面从坡顶逐渐向下发展至坡面;土钉加固土坡的破坏过程与变形局部化过程表现出显著的耦合变化;土钉加固机制主要表现为通过土钉与坡体的相互作用,减小土坡的变形和变形局部化程度,从而提高土坡的稳定性。增加土钉长度使得滑裂面向坡内部移动,显著减小土坡的变形及变形局部化程度,从而提高了土坡安全性。     

滑坡地段隧道变形机理的模型试验研究

通过室内地质力学模型试验,研究了滑坡地段坡体变形与隧道的相互作用机理、围岩和衬砌压力的变化规律以及坡体和隧道的变形特征,着重研究了滑带土浸水软化及发生蠕变时坡体变形与隧道的相互作用关系。本文的成果可为该类病害的预测预报和有效整治提供科学依据。     

窑洞开挖诱发浅层黄土滑坡的变形机理模拟

由废弃窑洞倒塌引发的黄土边坡失稳严重威胁了黄土高原地区居民的生命财产安全。通过野外调查,选取陕西省延安市三亩台滑坡为典型案例,基于室内试验分析了窑洞废弃、依窑建房等工况下黄土含水量和土体强度的变化规律,运用数值模拟研究了窑洞废弃、依窑建房过程中最危险滑面上的应力和强度变化趋势。从土体应力-强度关系角度揭示了废弃窑洞诱发黄土边坡变形破坏机理。研究表明,窑洞废弃和依窑建房增大了土体含水量,降低了土体的抗剪强度,致使坡体下部土体剪应力逐渐接近其抗剪强度,边坡的稳定性随之降低,最终窑洞坍塌引发滑坡。     

坡积松散体稳定性模型试验研究

云南西北部三江源高海拔、高深切地区,坡积松散体稳定性是公路边坡面临的主要问题之一,模型试验是研究松散体稳定性各影响因素最有效的手段。根据相似原理,设计模型试验的主要几何相似常数,采用一系列手段改造模型试验材料,使其达到材料强度、重度相似。一系列模型破坏条件真实再现现场坡积松散体的滑坡条件,试验结果分析对相关设计、施工和科研人员有较好的借鉴作用。模型试验材料从松散状态到较密实状态,开始破坏的自然坡角提高42%～100%,c值提高约50%～120%, 值提高约6%～8%,密实状态提高,坡体的强度提高,相应坡体的稳定性提高,起始破坏的自然坡角也显著提高;降雨使坡体含水率提高近饱和时,充分软化的c值下降约70%, 值下降约7%,表明雨水下渗软化是导致坡积松散体产生滑动的最根本、最直接的因素。模拟降雨的土体强度变化过程对松散体边坡稳定性研究有较好的参考价值。     

云南省彝良县麻窝后山滑坡变形破坏机理离心机模拟试验

结合具体滑坡进行大型土工离心机模型试验,研究滑坡在天然状态下的变形破坏特征及危害性,再现了滑坡坡体裂缝形成和破坏后的实际运动过程,并分析探讨了滑坡的变形破坏机制和危害范围。试验结果表明:滑坡的变形破坏模式为牵引式软弱基座型蠕滑-拉裂破坏;滑坡危害性特征显示,滑坡并未发生整体破坏,只是前缘的局部垮塌破坏,滑坡运动最远距离0.41m,还原到实际滑动距离为82m。同时由于土体力学参数的衰减,暂时未滑动坡体具有潜在危害性。     

基于物理模拟实验的黑方台黄土滑坡破坏机理研究

在黑方台地区,由于长年的灌溉引发了大量的黄土滑坡,以焦家4#滑坡为例,对该滑坡进行了近景摄影测量分析以及详细的野外调查工作,对黄土滑坡破坏机理进行研究。结果表明:黄土滑坡破坏前期后缘开始发育大量裂缝,破坏后后缘呈圈椅状,滑动面处于液态化的状态,滑体软弱松散,是该区危害最大的一类滑坡。建立物理模型模拟该滑坡的破坏过程,结果表明:该滑坡演化过程中,边坡中后部率先出现裂缝,逐渐向坡面发展,裂缝方向顺着斜坡坡面方向,最后贯穿滑坡体。边坡破坏时,孔隙水压力激增,导致黄土液化,强度降低,前缘塑性流出,边坡破坏;表面位移量达到最大,表明该滑坡具有明显的突发性特征。     

滑坡防治前后滑带土基质吸力特征研究

降雨使坡内地下水位上升,坡体的基质吸力和暂态孔隙水压力会随着降雨过程和时间呈现不同的变化趋势。采用抗滑桩、挡墙等工程防治后,针对滑坡体滑带土的性质变化以及抗滑结构的设置是否会影响到滑坡体的自然排水通道,导致坡体地下水位的抬升,从而影响滑坡防治效果等问题进行了研究。以鹰厦线K290滑坡为主线,通过开展滑坡饱和-非饱和渗流模型试验与数值分析,探讨了降雨入渗及地下水位变化下滑坡体及滑带土体积含水率与基质吸力的变化规律,以及其对滑坡防治前后坡体渗流场的影响。在此基础上,探讨了滑带土基质吸力对抗剪强度的贡献。研究表明：防治前后滑坡体及滑带土基质吸力受降雨强度等条件影响明显,不同深度处滑带土基质吸力变化呈现不同的变化规律,在土质滑坡的防治中应考虑抗滑桩的布置对滑带土性质的影响。     

四川雅安峡口滑坡物理模型试验研究

在调研四川雅安峡口滑坡的地形地貌、物质组成、岩层特征等基础上,根据相似理论,通过物理模型试验,模拟该滑坡在降雨条件下的变形和破坏特征,探讨滑坡的发生机理和破坏发展过程及演化趋势。模型试验结果表明:在降雨条件作用下,孔隙水压力、土压力和位移呈现一定的变化规律;试验得出了峡口滑坡的破坏方式、运动特性、破坏位置及可能出现的次级灾害及其位置。