露井联采逆倾边坡破坏模式及稳定性评价方法研究

首先分析了单一露天开采逆倾边坡的变形破坏模式、地下开采覆岩变形破坏机理和露井联采逆倾边坡的变形机理,在此基础上,对露井联采逆倾边坡的破坏模式及稳定性定量评价方法进行了研究。研究表明,露井联采逆倾边坡的破坏模式可分为3种类型：滑移型破坏、塌陷型破坏和滑移-塌陷复合型破坏,地下开采的空间位置对边坡的破坏模式及稳定性影响显著,其影响程度受进入塌陷范围内的边坡潜在滑面长度和岩体强度参数弱化程度的控制,据此提出了露井联采逆倾边坡稳定性的极限平衡法,并结合工程实例进行了数值模拟验证。     

突发型黄土滑坡监测预警理论方法研究——以甘肃黑方台为例

灌溉诱发的黄土滑坡大多数具有明显的突发性特征;斜坡破坏过程变形量小,历时短,具有较大的危险性。由于此类黄土滑坡加速变形阶段经历时间较短,GNSS系统和裂缝计等传统监测手段难以获取加速变形阶段系统完整的监测数据,更难以提前预警。针对这一难题,自主研发了自适应智能变频裂缝仪,它能够根据滑坡变形快慢自动调整采样频率。基于获取的黑方台多个突发型黄土滑坡的全过程变形-时间曲线,对这些变形曲线特征和规律进行分析研究,建立了针对性的黄土滑坡综合预警模型。将变形速率阈值和改进切线角作为滑坡预警的重要指标,建立了4级预警判据,通过自主研发的"地质灾害实时监测预警系统"实现滑坡的实时自动预警,并将预警信息与当地的群防群测信息平台对接,为防灾应急避让提供直接依据。2017年以来已先后6次对黑方台黄土滑坡实施成功预警,避免了重大人员伤亡,取得显著的防灾减灾效果。     

基于强度折减和重度增加的边坡破坏判据研究

通过分析鸡鸣寺滑坡等典型滑坡变形监测数据,总结了典型滑坡的变形破坏规律,作为边坡破坏的判别标准,并应用到基于强度折减和重度增加法的边坡稳定分析中。通过典型算例分析,建议以变形变化趋势为边坡破坏判别标准,并研究了强度折减法和重度增加法分析边坡稳定的可行性;较全面地分析了影响计算精度的各种因素。结果表明,采用的边坡破坏判别标准概念清晰、物理意义明确,界定清晰。相比较而言,强度折减法的可靠性和稳定性相对较好,适用范围较广。     

基于随机响应面法的边坡系统可靠度分析

提出了一套基于随机响应面法的边坡系统可靠度分析方法。该方法首先从大量潜在滑动面中筛选出代表性滑动面。针对每条代表性滑动面,采用Hermite多项式展开建立其安全系数与土体参数间的非线性显式函数关系（即随机响应面）。然后,采用直接蒙特卡洛模拟计算边坡系统失效概率。在蒙特卡罗模拟中,采用所有代表性滑动面的随机响应面计算每一组样本所对应的边坡最小安全系数。最后,以两个典型多层边坡系统可靠度问题为例验证了该方法的有效性。结果表明：文中提出的边坡系统可靠度分析方法能够有效地识别边坡代表性滑动面,具有较高的计算精度和效率,并且确定代表性滑动面时无需计算滑动面间的相关系数。同时该方法可以有效地计算低失效概率水平的边坡系统可靠度,为含相关非正态参数的边坡系统可靠度问题提供了一条有效的分析途径。此外,多层边坡可能同时存在多条潜在滑动面,基于单一滑动面（如临界确定性滑动面）或者部分代表性滑动面进行边坡系统可靠度分析均会低估边坡失效概率。     

一种考虑变形参数和强度参数协调折减的强度折减法研究

对于一种确定的岩体材料而言,岩体的变形参数与强度参数存在一种必然的内在联系。从材料性质来看,强度折减法的本质就是在当前边坡构型和岩体重度条件下,寻找另一种合适的岩体材料使边坡恰好达到临界状态。显然,若只对黏聚力和内摩擦角进行折减而其他参数保持不变,折减后的材料参数则可能违背岩体强度与变形参数之间存在的必然联系,即新找到的岩体材料客观上不存在。因此,在对黏聚力和内摩擦角进行折减时,有必要对岩体的其他力学参数进行调整。基于以上认识,提出了一种考虑变形与强度参数协调折减的强度折减法,探讨了变形参数（弹性模量和泊松比）、抗拉强度对安全系数、塑性区的影响,结果表明,同时考虑变形参数与强度参数协调折减的方案所得的安全系数最小,与极限平衡法的计算结果最为接近,且该方案所得的剪切塑性区主要集中在临空面附近,边坡模型中下部的剪切塑性区范围较小,同时,在边坡顶部区域出现张拉屈服区,此种塑性区分布范围最接近边坡实际破坏状态。     

基于设计安全系数及破坏模式的边坡开挖过程动态变形监测预警方法研究

由于地质和结构特征的不同造成的边坡变形破坏机制存在差异以及同一边坡在不同施工开挖阶段的变形规律和量值也存在差别,采用工程类比方法获得的单一的静态的边坡监测预警指标无法表达某一边坡在施工开挖过程中动态的变形规律和特征,针对该问题提出了基于设计安全系数和破坏模式的边坡开挖过程中动态变形监测预警指标的研究思路和方法,并将其应用于糯扎渡水电站溢洪道消力塘边坡755～740 m开挖过程变形监测预警指标的确定,通过与现场监测结果的对比分析表明,该边坡开挖过程中是稳定的,分析与工程实际是相符的。研究表明,基于设计安全系数和破坏模式的边坡开挖过程动态监测预警指标的研究思路和方法用于边坡在开挖过程中动态变形监测预警是可行和有效的。     

复杂条件下露天采场边坡变形分析

露天采场边坡的变形特征对边坡稳定性评价、露天开采以及对边坡变形监测具有重要意义 ,复杂条件下 ,露天采场边坡的变形特征难以预测。本文采用快速拉格朗日分析 (FL AC)方法对金牛公司露天采场稳定边坡、不稳定边坡时空上的变形特征以及空区和分步开挖对边坡变形特征的影响进行了综合分析。结果表明 :FL AC方法在分析复杂条件下的边坡变形特征方面显示了较强的优势 ,稳定边坡和不稳定边坡有着各自不同的变形特征 ,空区和开采速度对边坡变形产生一定的影响。     

近远震作用下黄土滑坡动力响应与变形——以甘肃天水震区黎坪村滑坡为例

中国黄土高原区地震滑坡灾害效应重、潜在风险高,地震滑坡响应和变形机理是研究热点之一。以天水震区黎坪村大型黄土滑坡为例,采用标准正弦波探讨了近远震地震动要素对滑坡动力响应的影响特征,采用汶川远震和岷县近震地震动时程记录反演了滑坡实际变形特征。结果显示,测点PGA放大系数随振幅的变化规律与坡体位置有关,测点PGA放大系数在坡体位置大于0.75倍坡高时,随振幅的增加而减小;当小于0.75倍坡高时,随振幅的增加而显著增强;测点PGA放大系数与频率变化呈负相关性,即随着频率的增加而减小。坡体变形与振幅和持时变化呈正相关性,即测点最大水平和竖直位移随着振幅和持时增加而增加,滑坡急剧变形的临界幅值约为0.05 g;坡体变形与频率变化呈负相关性,坡体测点最大水平和竖直位移随频率变大呈下降趋势,滑坡急剧变形临界频率约为5 Hz;对比分析显示,振幅对坡体失稳的影响程度大于频率的影响程度。相比岷县近震,坡体主滑体滑动与汶川远震产生的高幅值、低频率及长持时的地震波作用密不可分,表明在地震滑坡稳定性研究时,如果忽视远场强震影响,可能导致潜在安全风险。关于近震和远震作用下滑坡动力响应及其变形差异研究方法对地震滑坡稳定性分析研究具有借鉴意义。     

Simple monitoring method for precaution of landslides watching tilting and water contents on slopes surface

A low-cost and simple monitoring method for early warning of landslides is proposed. To detect abnormal deformation of a slope, this method employs a tilt sensor in place of an extensometer on the slope surface. In order to examine the relevance of measuring rotation angle on a slope surface by tilt sensor, model tests were conducted, and rotation on the slope surface was observed together with slide displacement along the surface. The rotation data responded 30 min before failure in a model test, which could be useful as a signal for early warning. However, the behavior of rotation before failure varies from case to case, and thus, criteria to issue warning should be defined more carefully. For a model slope made of uniform loose sand, measurement of slide displacement along the slope surface is sensitive to failure at the toe, while the measurement of rotation on the slope surface is useful to detect the development of progressive failure upward along the slope. Wireless sensor units with microelectromechanical systems (MEMS) tilt sensor and volumetric water content sensor were also examined on a real slope in Kobe City, and a long-term monitoring was attempted. A simple but possible way to define the criteria of judgment to issue warning can be proposed based on combination of data obtained by the tilt sensors and volumetric water content sensors.     

物质点强度折减法及其在边坡中的应用

物质点法适用于模拟连续介质大变形,如边坡失稳全过程。在物质点法中应用强度折减法,用于边坡稳定性评价。与极限平衡法相比,二者安全系数计算值、滑动面位置结果基本一致;与有限元强度折减法相比,物质点法失稳评价标准的物理意义明确。利用物质点法大变形计算优势,评价边坡失稳后的破坏后果,通过算例说明其评价不同安全系数下的滑坡堆积形态及滑移距离的能力,尤其是评价滑坡对临近建筑物的影响程度的能力。物质点强度折减法可用于边坡稳定性评价及边坡破坏后果评价。     

边坡可靠度分析的一种新的优化求解方法

介绍了Low & Tang提出的一种新的可靠度优化求解方法,并将之用于边坡可靠度分析中：该方法适用于任何概率分布的相关变量,不必计算当量正态均值和方差、相关变量独立变换,直接在变量的原始空间内搜索边坡的最小可靠指标和概率临界滑面,可采用任何合适的约束优化方法进行求解,方法清晰简洁。边坡可靠度分析常用的滑面有2个：最小安全系数（变量均值处）对应的确定性临界滑面和最小可靠指标对应的概率临界滑面,但这2个滑面在有些情况下差别较大,Hassan & Wolff提出了一种简化方法可以方便地获得概率临界滑面,但由于方法简单,受到质疑。通过一系列算例分析,优化求解方法得到的概率临界滑面和Hassan & Wolff的简化方法滑面非常接近,显示了简化方法的有效性,值得在工程实践中推广。     

基于数据挖掘的三峡库区特大滑坡变形关联规则研究

从实测数据中分析滑坡灾害的成因机理,对于准确识别潜在危险区与及时制定防治措施十分重要。由于现场监测数据的数量庞大、来源多样,常规的数据处理方法难以从海量监测数据中提取出有用的信息,进而对滑坡变形演化趋势作出正确评价和预测。本文基于经典数据挖掘方法中的两步聚类法与关联规则分析,提出了滑坡变形行为的关联分析挖掘技术,并以长江三峡库区新铺滑坡为例,对库水位波动及降雨影响下的特大滑坡位移速率进行了关联分析。结果表明:该滑坡的变形受库水位高程水平、库水位波动速率与降雨强度等因素的多重影响,水位下降、强降雨与滑坡变形密切相关;滑坡不同空间位置处的变形影响因素存在差异,由坡脚至坡顶,库水位波动的影响水平依次降低,降雨强度的影响水平逐渐增强。本文提出的数据挖掘方法可定量分析滑坡变形的控制因素,并通过与实测数据的对比验证了相关规则的可靠性,这对于海量监测数据条件下滑坡灾害的成因分析有重要意义。     

路堤边坡稳定可靠度计算中的模型不确定性分析

基于均质路堤边坡Monte Carlo法的稳定可靠度计算,分析了临界滑面搜索策略和稳定分析方法两类模型不确定性对边坡可靠度的影响特性,讨论了边坡失效概率随土工参数变异性的变化规律。研究表明,选用不同的临界滑面搜索策略所得可靠度结果差异不大,参数滑面法（overall slope）的失效概率略大于均值滑面法（global minimum）,但差别对边坡稳定性分析没有实质性影响;土性参数变异水平是影响边坡可靠度的最重要因素,边坡在相同设计参数安全系数下的可靠度指标随参数变异性增大而急剧降低;不同稳定性分析方法对应的安全系数概率密度函数曲线形态基本一致,但失效概率差异明显,因此目标可靠度指标取值应与稳定性分析方法相适应。提出的考虑土工参数变异水平的安全系数取值修正原则,对改进确定性设计的边坡稳定分析技术有积极意义。     

山区下开采覆岩移动规律及破断机制研究

以海石湾矿山地下开采为背景,借助基于连续介质力学的离散元方法--CDEM数值模拟计算方法,对山区下煤层开采过程中不同采动影响模式下覆岩的移动和破坏进行了模拟分析,并结合相似模拟试验与现场岩移监测所得结果,得到了顺坡推动式采动影响模式及逆坡牵引式采动影响模式下,覆岩的移动和破坏形式,并从数值分析和实际观测上验证了高顺坡开采转低逆坡开采时覆岩悬臂梁结构的存在,解释了坡底局部隆起的现象。研究表明,在相同地质条件下,顺坡开采坡顶易发生张拉及剪切破坏,坡底有剪切蠕滑的可能,因此,较逆坡开采对边坡稳定性影响更大。所以在实际生产中宜将上工业广场建于低矮的坡体较完整的逆坡上。     

基于数据融合的边坡临滑状态确定方法

安全监测及数值模拟是评估边坡稳定性状态的两种重要手段,但是,如何根据监测信息及数值模拟成果确定边坡的临界失稳状态一直是边坡工程领域关注的重点问题。首先基于层次聚类方法计算边坡不同类型状态变量监测点的欧式距离,根据距离大小筛选出边坡的有效监测点;然后,计算同种类型状态变量有效监测点的熵权值,采用熵权融合方法对有效监测点进行数据层融合,得到不同类型状态变量对应的融合监测指标曲线;其次,采用主成分分析法对多种数据层融合监测指标曲线进行特征层融合,得到可反映全部状态变量信息特征的综合监测信息曲线,进而构建了边坡渐进失稳过程中不同监测变量的信息挖掘融合框架;最后,提出了一种缓变曲线的变点搜索方法,采用该方法对综合监测信息曲线开展变点分析,搜索边坡状态渐进演化的突变点（即边坡临滑状态点）。将所提出的方法应用到某公路边坡临界失稳状态的确定中,结果表明,单个监测点或单个融合指标的累积值、变化速率作为边坡失稳判据存在不唯一性,融合多种监测数据建立的综合监测信息序列可以较好地反映边坡状态演化特征,可避免单一状态变量的单一监测点数据对边坡状态的误判,验证了所提方法的可行性和适用性。     

斜坡倾倒变形的工程地质分析

近10年来,在山区,尤其是西部山区的工程建设和灾害防治实践中,我们发现越来越多的以“倾倒”为特征的岩质边坡变形破坏和稳定性问题,其出现的频度和造成的危害大有比肩“滑动”破坏这一边坡失稳的传统主题,成为困扰地质工程师和岩石力学工作者的又一难题。这类问题之所以难,是因为建立在以“滑动”为基础的传统边坡稳定性分析方法不再适用这类边坡。本文在大量工程实例的基础上,分析了边坡倾倒变形和破坏的基本特征,从“倾倒”变形破坏的地质过程和变形稳定性分析的基本理念出发,建立了描述倾倒边坡不同变形程度的工程地质模型,这个模型将倾倒边坡分为倾倒-坠覆、倾倒-错动、倾倒-张裂、倾倒-松弛4个区,分别对应不同的变形程度和稳定性状况,提出了各个区的具体特征和定性指标与量化指标相结合的描述指标体系,从而将倾倒的地质显现、力学机理和变形稳定性有机统一,实现了对倾倒边坡稳定性的工程地质评价。与传统的“滑动”问题不同的是,本文没有强调对这类问题采用强度稳定性的评价思路,而建议采用变形稳定性评价的理念,这似乎更适合倾倒变形这类问题的分析和评价。     

矿山复合开采岩体移动理论与安全评价方法

文中分析了复合采动影响下边坡岩体的移动特点 ,研究两种开挖效应的相互作用机理和边坡岩体破坏机制。在此基础上 ,应用随机介质理论 ,推导出地下开挖在边坡岩体内所产生的形变力 ,并依据边坡岩体稳定性计算理论 ,最终推导复合叠加采动影响下边坡稳定性计算方法。同时应用随机介质理论 ,推导出复合采动影响下地面变形的预测模型和特殊地质条件下变形的预测方法。结合实例对变形参数的计算方法等内容进行了分析和研究 ,并对后续开采将产生的变形值进行预测。     

Time evolution and spatial accumulation of progressive failure for Xinhua slope in the Dagangshan reservoir,Southwest China

This paper presents a preliminary study of time evolution and spatial accumulation of progressive failure for ancient landslide deposits in Xinhua slope. According to the geological response after impoundment, the Xinhua slope has shown the spatial accumulation of deformation, such as ground cracks in the rear edge, toe collapse, local shallow slides in intense rainfall, and progressive creep displacement. Approximately 2 years of monitoring was performed for the Xinhua slope with the assistance of the global navigation satellite system (GNSS), unmanned aerial vehicles (UAVs), and field investigations. The deformation process of a reservoir landslide is considered to be a comprehensive and complicated combination of geological influence from various adverse factors. Field investigations and monitoring indicate that the major serious influence after completion of dam construction comes from the initial large-scale impoundment, the fluctuation of water level, and the existence of a flood season. The creep/slip deformation of slope deposits is a result of integration with adverse hydraulic conditions, e.g., strong rainfall, intense currents and transient seepage flow inside the slope deposits, and activation by water level fluctuation, which can be verified from the twofold evident deformation in the flood season. For the reservoir with daily regulation ability, the occurrence of evident deformations in July highlights that the regulation plan for water level in the flood season is important for controlling the deformation of slope deposits, where the fluctuation of the water level is no more than 10 m in the operation period.     

四川巴中市南龛斜坡变形破坏机制分析与稳定性评价

在研究南龛斜坡自然地质环境条件、岩土物理力学参数以及现场勘探测试的基础上，采用地质分析、半定量的弹塑性有限元分析、定量的极限平衡法分析、因素敏感性分析以及可靠性分析等方法，分析了斜坡的成因机制和稳定性，并计算了其破坏概率。作者们认为该斜坡变形破坏的地质力学模式为溜滑－蠕滑－拉裂型；坡面上雨水入渗是斜坡溜、蠕滑、拉裂变形破坏的主导诱发因素。计算结果表明就整体而言，斜坡无论在天然和饱水状态都处于基本稳定状态，宏观上斜坡还不具备大规模滑动的条件；但在饱水状态下，局部地段特别是斜坡前缘坡体将处于不稳定或潜在不稳定状态。     

考虑能量-时间分布的边坡动力可靠性分析新方法

提出一种考虑能量-时间分布的边坡动力可靠性分析方法。该方法将动态最危险滑动面及其稳定系数以时间序列加以刻画,并根据边坡动力反应的能量分布特征,提取持续时间统计窗,用于对上述时间序列的统计分析,以获取边坡动力模糊失效概率、边坡动力可靠度指标和基于保证率的边坡动力稳定系数。以澳大利亚计算机应用协会边坡稳定考核题为例,应用上述新方法考察其在芦山7.0级主震波形条件下的稳定性,研究了在不同统计窗下的边坡动力可靠性。案例分析表明： （1）新方法能够抓住影响边坡动力稳定的主要时间段,使分析结果更为凝练、可信。（2）通过引入边坡失效状态的模糊判别,使得可靠性评价中能够考虑模糊性,解决了以往常规方法区分度不够的问题。（3）基于保证率的边坡动力稳定系数具有很好的应用前景,它在内涵上体现了可靠性分析,在形式上与静力稳定系数的定义兼容,在数值上反映了边坡瞬时动力稳定系数的保守估计值,在实践上与现行规范的拟静力法具有良好的可比性,因而具有多方面的优势。（4）就本案例而言,动力条件下最危险滑动面的发育位置趋向于静力条件下的最危险滑动面,体现了依据静力和拟静力理论框架所进行的防护工程设计,在动力条件下仍然具有积极的意义。（5）新方法对定量研究现行边坡规范的抗震设计冗余提供了一条途径。提出的新方法为边坡抗震研究提供了新的思路、方法和可供参考的实例。