水-岩耦合三维有限元法在滑坡分析中的应用

赵树岭滑坡是三峡库区大型滑坡之一,其稳定性直接关系着巴东新县城沿江大道的安全和新县城土地的规划利用.在分析赵树岭滑坡基本特征的基础上,运用水-岩耦合三维有限元数值模拟对不同库水位变动状态下的地下水水位变化和滑坡稳定性进行了分析,预测了三峡水库蓄水后滑坡稳定性的发展趋势和地下水渗流特征.模拟结果表明,水库蓄水及水位波动是影响滑坡稳定性的最主要因素,蓄水后滑坡稳定性明显恶化,必须加以治理;水-岩耦合有限元法可以较好地考虑岩土体多相系统内应力场和渗流场的互相影响,能够阐明库水位变动对地下水带来的改变及其与滑坡稳定性的关系,可用于分析、评价受地表水和地下水影响明显的大型滑坡的稳定性.     

黄腊石滑坡水均衡与地下水系统分析

由于水对滑坡活动的重大影响，因此对滑坡水尤其是对地下水的研究具有十分重要的意义。本文通过黄腊石滑坡均水均衡试验研究和对滑体地下水系统的分析，提出了系统的分层分带性，滑带饱水条件，储容调节等一些新的认识，为滑坡地下水系统控制提供决策依据。     

西南岩溶山区复合水动力场滑坡影响模式——以关岭县大寨滑坡为例

岩溶地下水对我国西南岩溶石山地区特大型滑坡频发具有重要影响,因此,岩溶地下水的赋存规律及在其影响下的滑坡成灾模式成为一个亟待研究的科学问题。文章以贵州省关岭县岗乌镇大寨村大寨滑坡为例,基于野外调查,结合水动力场、水化学数据、暴雨数据等进行综合分析,取得以下成果和认识:（1）划分出大寨滑坡区地下分水岭,圈定了影响大寨滑坡的灰岩区和碎屑岩区,面积分别为0.93,0.30 km2;（2）滑坡当日暴雨集中在6—12时,后缘区域岩溶管道水对大寨滑坡滞后暴雨2 h启动起到主要控制作用;（3）滑坡区碎屑岩以及后缘灰岩接受了百年一遇的强降水的入渗补给后,在各自内部形成高压水动力场;在基岩裂隙水、岩溶管道水两种水动力场及岩层自身重力的共同作用下,潜在软弱结构面上的岩层失稳进而发生滑坡。由此建立了基岩裂隙水和岩溶管道水复合水动力场对滑坡的影响模式,并提出一种复合水动力场耦合方法。     

库水波动与降雨作用下石榴树包滑坡稳定性分析

库水和降雨是三峡库区滑坡失稳的主要触发因素。以库区石榴树包滑坡为例,基于饱和非饱和渗流理论,采用有限元方法和极限平衡方法,对该滑坡在库水位骤降和降雨强度共同作用下的地下水渗流场变化及稳定性进行计算。结果表明,降雨及降雨与库水骤降共同作用对该滑坡稳定均为不利工况。     

三峡库区八字门滑坡变形破坏机理分析

三峡库区库水位周期性的变化引起库岸边坡地下水位发生变化,库水与地下水共同作用影响其渗流场与应力场,促使滑坡失稳。本文以三峡库区动水压力型滑坡——八字门滑坡为例,结合滑坡监测资料,运用Geo-Studio软件中SEEP模块、SLOPE模块以及SIGMA模块进行模拟,深入分析在不同库水下降速率条件下对滑坡渗流场、应力场、位移场以及稳定性的影响,研究其致灾机理。研究结果表明:八字门滑坡滑体物质遇水易软化、渗水性差,为动水压力型滑坡创造了良好条件。动水压力型滑坡的失稳主要是由于库水位下降,地下水位相对滞后,形成指向外侧的动水压力,不利于滑坡的稳定,库水位下降速率越大,滑坡体的稳定系数减小越快。在库水下降速率不断增大时,渗流作用增强,但是渗流速率的增长率有减缓趋势。八字门滑坡在库水下降的条件下,滑坡159 m处的滑体及滑带附近出现明显的应力集中现象并逐渐扩大连成一片,表明滑带附近为剪切塑性区,主要承受剪切应力。滑坡塑性区竖向位移呈现先减小后增大的趋势。在周期性库水作用下会产生应力带促进滑坡变形,长期在这种应力作用下可能产生新的滑带,形成次级滑坡。     

降雨对滑坡的作用机理及动态模拟研究

从动态分析和数值模拟两方面讨论了滑坡过程中的地下水作用机理和地下水动力场的时空分布问题，建立了二维极限平衡状态下的临界水位高度模型和描述滑坡剖面二维不稳定流动问题的动力学模型；以临界水位高度模型对重庆土台镇滑坡稳定性分析的研究结果表明，该滑坡的防治措施宜首先考虑地表水防渗和地下排水方案，在滑坡位移监测的同时更应考虑位移、降雨量、地下水动态三者的结合；采用数值模型计算了长江三峡库区鸡扒子滑坡因降雨入渗而引起的地下水动力场的时空分布，研究结果表明，地下水水位和流速场的时空演化过程与滑坡发生的时空特点基本吻合，当降雨达到46h时，滑坡体中地下水流向与滑动面倾向基本一致，尤其是在滑体底部出现潜水流，此时的地下水流动对滑坡稳定性最为不利。     

库水变动下堆积层滑坡加卸载响应规律与稳定性预测

三峡库区堆积层滑坡稳定性受库水位变动影响十分明显,库水变动下堆积层滑坡的演化过程与稳定性预测研究对防灾减灾具有重要的指导意义。基于库水变动与滑坡变形的响应关系,建立库水动力加卸载与位移速率响应耦合的加卸载响应比预测模型;建立库水变动与滑坡稳定系数的响应关系,进而确定库水变动下滑坡体的渗流场类型,并以滑坡稳定系数的变化率的正负来判断库水变动的加卸载作用。以黄莲树滑坡为例,预测其稳定性,并对预测结果进行验证。结果表明:黄莲树滑坡水平方向位移变化与库水变动存在响应关系,且响应具有明显的滞后性;库水变动下该滑坡的渗流场属于动水压力型,每个水文年中库水动力对滑坡有6个月为加载过程,1个月为卸载过程;滑坡监测点的加卸载响应比在2011年出现整体上升并大于1,揭示滑坡趋于失稳,对库水变动加卸载作用的响应加强。结论得到了宏观变形破坏迹象的验证,说明改进的加卸载响应比预测模型具有良好的预测效果。     

水库滑坡地下水动态响应规律及浸润线计算模型

库水和降雨直接导致水库滑坡地下水变动,是诱发滑坡的主要因素。已有研究大多是基于监测数据探讨库水与降雨对滑坡变形的影响,未能揭示水库滑坡地下水响应规律,地下水浸润线计算模型没有同时考虑降雨和库水的影响,且模型边界条件与水库滑坡实际情况差别较大。为了揭示大型水库滑坡地下水动态响应规律,需要构建更接近实际情况的地下水位浸润线计算模型。通过三峡水库石榴树包滑坡地下水动态监测,揭示了库水水位变化和降雨条件下滑坡地下水水位动态响应规律,其地下水渗流场近似层流,滑坡前缘和中部的地下水水位与库水位几乎同步,滑坡后部的地下水水位主要受降雨影响,日降雨30 mm会引发地下水水位明显变动。在周期性库水位变化和随机降雨耦合条件下,建立了滑坡地下水非稳定渗流微分方程,解算出水库滑坡地下水位浸润线计算模型,并采用实际监测结果进行了验证。应用计算模型分析了不同工况条件下的滑坡渗流场,并得出滑坡内距前缘水平距离145 m内,库水对地下水有影响;引发地下水变动的降雨和库水位变化阈值分别为0.03,0.1 m/d,且不同的条件组合下降雨和库水位对地下水水位影响存在一定差异。     

水在滑坡变形过程中所起作用的探讨

文章以黄腊石滑坡群中的两个相邻滑坡(大石板滑坡和石榴树包滑坡)为例,研究了水在这两个滑坡产生过程中的作用,结论为:长江水位的抬升一方面抬高了滑体中的地下水位,另一方面使石榴树包滑坡约1/3的滑体浸泡在江水中,造成其发生多次滑塌;降水一方面引发坡面泥石流,另一方面使滑体的地下水位出现变化,增加滑体重量,软化滑带;地下水的静水压力和动水压力是促使大石板滑坡产生变形的主要影响因素,却是石榴树包滑坡变形的次要影响因素,地下水在石榴树包滑坡变形中的作用主要表现为软化滑带、降低滑带的抗剪强度。     

堆积层滑坡水动力位移耦合预测参数及其评价方法研究

在系统分析滑坡的物质组成和失稳动因的基础上,分析和研究了地下水在滑坡稳定性演化过程中的卸载与加载动力作用及其位移响应规律和特点。从非线性系统动力学角度,提出了运用地下水卸加载动力与位移响应耦合预测参数来评价边坡稳定性演化规律与失稳特征,即以地下水位变化量作为堆积层滑坡的卸加载动力参数,以相应的位移作为其卸加载响应参数,建立和确定了地下水卸加载动力与位移响应比预测参数与评价模型。同时,运用损伤力学基本原理,建立了其卸加载响应比与坡体损伤变量和稳定性系数的定量关系以及失稳判据。以三峡库区典型堆积层滑坡分析为例,运用地下水动力与位移耦合预测模型对其稳定性进行了分析与评价,发现地下水动力位移耦合预测参数变化与边坡稳定性实际动态演化规律基本吻合。研究成果表明,所确定的参数是水诱发型堆积层滑坡的一种有效位移动力评价参数,可运用该参数对该类滑坡的动态稳定性进行实时监测预警与评价。     

黄骅坳陷地热资源研究

黄骅坳陷在勘探石油过程中发现了丰富的地下热水。根据实际资料对黄烨坳陷大港探区的地热资源进行了初步评价,提出了黄骅场陷储热系统和热异常区的分布规律,通过水化学分析,指出坳陷补给条件差,可实行人工回灌,增加地下热水资源。     

茨菇滑坡滑带土扰动样强度参数取值分析及滑坡稳定性评价

位于近坝库区的茨菇滑坡,在水库正常蓄水后有近1/3坡体浸没于水位面以下,蓄水前后的滑坡稳定性对工程影响很大。滑坡区地质环境条件复杂,滑坡成因机制为弯曲折断-滑移的地质力学模式。本文进行了对滑坡区扰动样滑带土在不同含水率条件下的剪切强度试验,试验结果表明,粘聚力与含水量相关性好,而摩擦系数则变化不大。结合极限平衡及有限元数值计算,对茨菇滑坡在蓄水前后天然、暴雨及地震工况条件下的稳定性进行分析。结果表明蓄水前滑坡处于稳定状态,水库蓄水以后,天然工况及暴雨工况下滑坡仍然处于稳定状态,地震工况下,滑坡的稳定性系数在1.0以下,滑坡可能失稳破坏。     

动水压力型滑坡对库水位升降作用的响应以三峡库区树坪滑坡为例

三峡库区涉水型滑坡众多,库水位周期性涨落引起库岸滑坡岩土体物理性质的改变,还使得滑体内渗流场发生变化,进而影响滑坡体稳定性。为研究库水位升降作用对涉水边坡稳定性的影响,基于三峡库区重大涉水滑坡分类,对动水压力型滑坡进行分析。以三峡库区秭归县树坪滑坡为例,利用Geo-Studio软件的SEEP模块及SLOPE分别对滑坡渗流场与稳定性进行计算,分析不同滑体渗透系数及不同库水位升降速率对动水压力型滑坡的影响规律。结果表明:对于动水压力型滑坡,库水位上升过程中,地下水位线有下凹趋势,稳定性系数有所增大; 库水位下降过程中,地下水位线有上凸现象,且稳定性系数明显减小; 库水位升降速率越大,滑体渗透系数越小,库水位变动对滑坡渗流及稳定性影响越明显。     

西安金盆水库放水塔附近滑坡特征及成因分析

放水塔附近滑坡是金盆水库右岸原1号滑坡体下游边界段的残留体,受短期强降水因素的诱发导致坡体变形、失稳滑动。滑坡体具顺层牵引滑动特征,且平面上,不同区段变形破坏程度不同,其表现形式与坡体平面旋转有一定的相似性。坡体滑动主要受4组结构面的控制,其中的软弱片理结构面（产状1501703555）与产状为2302903555的另一组结构面构成滑坡的滑动控制面。基岩内发育的大量的软弱片理结构面,大气强降水,滑坡上部相对平缓的地貌及人类工程对地表植被环境的破坏,滑坡体下部喷护层的存在等因素的综合影响,导致了坡体的失稳滑动。     

库水下降作用下滑坡动态变形机理分析以三峡库区白水河滑坡为例

在每年的库水位下降期间,三峡库区的许多滑坡都出现了较大变形。为了深入研究库水下降作用下滑坡的动态变形机理,评价和预测此类滑坡的稳定性及发展趋势,本文以白水河滑坡为例,在现场地质调查和详细地质勘查的基础上,充分利用十多年监测数据,分析其变形特征、失稳机理、影响因素及稳定性,预测了其变形发展趋势。研究结果表明在水库水位下降的过程中,由于滑坡岩土体渗透性能较差,地下水来不及及时排出,滞后于水库水位的下降,滑坡受到了坡体内地下水向外的渗透动水压力作用,从而使得滑坡稳定性降低。另外库水位下降速度越快,滑坡的位移速率也越大,表现出阶跃型动态变形特征。     

三峡库区树坪滑坡地下水渗流场分析

库岸边坡的地下水分布对其稳定性影响重大。以三峡库区树坪滑坡为例,基于Visual Modflow软件,对不同工况下的地下水渗流场进行数值模拟。结论表明：滑坡地下水位随着库水位波动而变化; 滑坡体后缘地下水受到影响较小,中部和前缘水头变化明显; 在库水位下降过程中,滑坡体内地下水随时间变化呈现水位不变、加速下降、降速减缓、稳定水位的趋势,且不同库水降速只对地下水位变化速率产生影响,对最终地下水位没有影响; 库水位降速越大,滑坡前缘地下水位变化越强烈,水力梯度也越大,且在滑坡东西两侧边界处形成的水力梯度最大。其成果将为库岸滑坡渗流场变化及稳定性分析提供一定的参考价值。     

滑坡监测的指标体系与技术方法

滑坡监测目的:了解和掌握滑坡体的演变过程,及时捕捉崩滑灾害的特征信息,为崩塌滑坡的正确分析、评价、预测、预报及治理工程等提供可靠资料和科学依据。滑坡监测指标包括地质宏观形迹监测、地面位移监测、深部位移监测、诱发因素监测、水压力监测和滑坡地球物理、地球化学场监测等。滑坡监测技术方法通常有地面宏观形迹的简易观测、地面仪器监测、空间遥测和遥感监测、综合的实时监测预报系统等。论文还介绍了宝塔滑坡监测系统实例。      

库水位升降速率对雅安双家坪堆积体滑坡稳定性影响模拟分析

水库蓄水后库岸边坡的稳定性一直是研究的热点,库水位周期性涨落使得坡体内部渗流场发生变化进而影响其应力场,应力场作用于岩土体产生变形,其中水库水位升降速率对滑坡稳定性的影响尤为显著。本文以瀑布沟水电站库区双家坪滑坡为研究对象,在调查分析的基础上,基于非饱和土力学理论,考虑水—土特征曲线与渗透特性,对库水作用下的双家坪堆积体滑坡稳态—瞬态进行渗流场—稳定性数值计算。运用GeoStudio软件中的seep模块模拟库水作用下滑坡体地下水变化,计算出不同库水位升降速率条件下堆积体滑坡内部渗流场的变化并将结果耦合至slope模块中进行稳定性计算,研究结果表明:水位抬升阶段,滑坡的稳定性表现为先升高再降低,且水位抬升速率越大,滑坡稳定性升高后衰减的程度越大;水位下降阶段,滑坡的稳定性表现为先降低再逐渐回升的趋势,且水位下降速率越大,滑坡稳定性下降后再回升的程度越低。该研究结果对于库区地质灾害防灾减灾、监测预警以及水库合理调蓄具有重要的意义。     

三峡库区谭家河滑坡变形特征及影响因素研究

针对三峡库区滑坡这一地质灾害的特点,以库区谭家河滑坡为例,通过野外地质调研得到滑坡的变形特征和监测数据,结合滑坡的工程地质条件分析影响滑坡变形的两大因素：库水位和降雨。谭家河滑坡位于长江右岸,自三峡大坝蓄水以来滑坡变形更加明显,所以研究谭家河滑坡变形与库水位及降雨等诱发因素的关系是非常有必要的。研究表明：谭家河滑坡处于初始变形阶段,滑坡中部和后缘变形较快,表现为渐进推移式滑坡。谭家河滑坡在库水位和降雨叠加作用下变形更为显著,库水会软化土体,产生浮托力; 而降雨会降低滑带抗滑力,增加滑体总重度,增大下滑力和形成静水压力。特别是在库水位升高时,滑坡变形速率呈现突然增大,可认为谭家河滑坡是库水位抬升型滑坡。本文结合三峡库区库水位变化及降雨量,定量分析两者与滑坡变形的关系,有理有据,为以后滑坡的监测预警提供依据。