干湿循环对滑带土基质吸力与抗剪强度的影响

滑带作为滑坡结构中的软弱带,是控制滑坡稳定的关键部位。研究干湿循环过程中滑带土非饱和力学特性的变化,对理解库水位周期性波动下滑带土抗剪强度变化以及由此导致的滑坡变形乃至失稳过程具有重要意义。以三峡库区某堆积层滑坡滑带土为研究对象,通过进行0～5次干湿循环过程模拟,对滑带土重塑样进行直剪试验和核磁共振试验,结合滤纸接触法测定剪切完成后试样的基质吸力,重点分析干湿循环过程中非饱和滑带土孔隙结构、基质吸力、土-水特征曲线及抗剪强度的变化特征,并基于试验结果建立了干湿循环下非饱和抗剪强度的预测模型。结果表明：干湿循环在土-水体系的物理化学效应作用下使土中颗粒间的联结不断遭受损伤、破坏,引起试样内部小孔隙不断发育、扩展并向大孔隙演变,土体孔隙数量增多,整体孔隙率增大;随着干湿循环次数的增加,土体进气值与残余含水量逐渐减小,水分更易渗入与溢出土体孔隙,土体持水能力逐渐下降;干湿循环作用下,滑带土抗剪强度的劣化特性十分明显,黏聚力和内摩擦角均随着干湿循环次数增加而逐渐减小,且干湿循环对土体黏聚力的削弱程度大于对内摩擦角。基于直剪试验联合滤纸接触法测定基质吸力,提出了滑带土非饱和抗剪强度预测方法,为干...     

滑床渗透性对超覆型库岸老滑坡稳定性的影响

超覆型库岸老滑坡滑床前缘大多发育一砂卵石层,该砂卵石层的强渗透性将影响滑坡渗流场,从而影响滑坡的稳定性。
以三峡库区万州中学老滑坡为例,在确定该滑坡中地下水作用模式为承压水含水层作用模式的基础上,假定砂卵石层的4种不同
渗透系数,来研究在库水位波动条件下,滑床砂卵石层渗透性对滑坡稳定性的影响。分析表明,超覆型老滑坡砂卵石层的渗透系
数不同,滑坡中浸润线也不同,渗透系数越小,浸润线越低,滑坡中地下水相对库水位的滞后效应越明显;库水位上升阶段、高水位
运行阶段和下降初期,万州中学老滑坡各级滑坡的稳定性系数随砂卵石层渗透系数k2 的增大而减小;库水位稳定在150m时,老
滑坡整体稳定性随k2 的增大而增大,k2 的变化对次级滑体和三级滑体的稳定性影响不明显。这对于库区老滑坡的复活和监测预
警工程有较强的应用价值。      

横山滑坡发生机理及形成原因探讨

横山滑坡是一个具有多层滑带且处于蠕滑挤压阶段的新生滑坡。研究表明,由于雨季降水和地表水渗入倾向(氵居)水河、倾角呈10°～15°的潜在多层滑带内,导致主滑带岩石泥化和软化并形成塑性蠕滑区段,滑体在自重压力作用下沿滑带蠕动,形成滑坡。降水和地表水渗入,造成滑带岩石泥化和软化,使岩石强度降低,是滑坡形成的主要原因;山坡超挖过陡和具有宽阔的临空地带等,是滑坡形成的重要因素和条件。而因煤层采空而形成的冒落,不是引起滑坡发生的原因。     

基于模型试验的动水驱动型顺层岩质滑坡启滑机制初探

动水驱动型顺层岩质滑坡数量多、灾害频发、危害大, 是滑坡地质灾害领域的研究重点, 但目前对于滑坡启滑机制的认识仍不充分, 滑坡的准确预报还面临巨大挑战。鉴于此, 以含软弱夹层的中倾角顺层岩质滑坡为研究对象, 通过构建理想的单层滑带滑坡物理模型, 开展了一系列动水作用下的滑坡模型试验研究。结果表明, 动水作用下顺层岩质滑坡从开始变形至失稳滑动需经历初始变形、缓慢变形、加速变形和失稳破坏4个阶段, 而各个阶段的演化特征与滑面粗糙度和倾角密切相关。滑面倾角越大或粗糙度越小, 滑坡体从开始变形至失稳滑动所需的时间则越短; 相应地, 坡体加速变形阶段越不明显, 滑坡破坏的突发性越强。滑带内的渗流冲蚀作用会使滑带土中的骨料流失, 导致其抗剪强度降低, 进而引发坡体滑动。与此同时, 上覆坡体的压剪作用以及变形演化过程亦将反过来影响冲蚀强度。基于滑带土黏聚力随水力梯度和冲蚀时间的变化关系, 提出了渗流驱动下滑带土黏聚力演化模型, 可较好地描述滑带土黏聚力的退化过程。滑面粗糙度的存在不仅显著影响了滑带的冲蚀劣化规律, 还改变了滑带不同区域的破坏模式。此外, 通过考虑滑面粗糙度对滑带不同区域破坏模式的影响, 开展了动水多效应关联分析, 建立了滑坡地质体力学分析模型, 实现了动水作用下顺层岩质滑坡动态稳定性的有效评估。本研究成果可为实际动水驱动型顺层岩质滑坡的预测和防治提供理论参考。      

南京粉砂三轴压缩过程中的三维孔隙结构演化特征

砂土三轴剪切过程中细观孔隙结构演化与其宏观力学性质之间存在着紧密联系。基于南京大学自主研发的微型三轴仪,对南京粉砂试样进行了三轴剪切试验,利用显微CT扫描,获得了加载过程中试样的三维孔隙结构演化特征。结果表明:试样表现出应变软化-硬化型的应力-应变关系曲线;端部摩擦阻碍试样体积膨胀,发生鼓形区状破坏;试样整体体孔隙率从初始的46.3%减小到40.9%,后增大到43.0%附近,且试样破坏区孔隙率显著增大;统计区状破坏区表征单元体孔隙参数,发现破坏前孔隙被压密消失,孔隙数量减少32.4%,平均孔隙半径减小48.8%,导致孔隙半径分布趋于集中,破坏后破坏区域内出现大量大半径的孔隙;颗粒间错动导致颗粒棱角破碎,使孔隙形状趋于规则。     

基于物理模型试验的多层滑带滑坡变形演化特征

滑坡变形演化特征一直是滑坡灾害预测与防治领域急需解决的关键问题,但对于多层滑带滑坡的变形演化特征却少有研究。以物理模型试验为手段建立了三层滑带滑坡物理试验模型,完成了多层滑带滑坡变形演化全过程的模拟。基于PIV技术获取坡表位移数据,通过柔性测斜仪监测滑坡深部位移,同时布设土压力盒获取滑坡内部土压力的变化情况,实现了多层滑带滑坡演化过程多参量数据分析。试验结果表明,多层滑带滑坡破坏过程可分为初始、等速、加速和破坏4个阶段。不同破坏阶段滑坡的主要变形区域不同,下层滑体受到上层滑体牵引作用,在重力和推力作用下滑坡变形逐渐向浅层发展。变形过程中滑坡应力逐渐向滑带集中,滑坡推力沿埋深方向呈多级梯形分布。加速变形阶段滑带处应力迅速增大,滑坡体内产生多层应力集中带,滑带位置推力变化与滑坡位移显著相关。     

黑方台地区马兰黄土渗透特性及结构损伤试验研究

持续引水灌溉改变了马兰黄土的结构,降低了土体的抗剪强度,导致黑方台地区黄土滑坡频繁发生,严重影响着当地居民生命和财产安全。为了明析马兰黄土的渗透过程,取黑方台马兰黄土为研究对象,分别开展核磁共振(NMR)试验及扫描电镜(SEM)试验,以解释此类黄土在不同初始含水率及不同干密度下的渗透特性及结构损伤微观特征。研究结果表明：入渗速率与土体初始含水率呈负相关关系,土体初始含水率越高,其充水微小孔隙增加速率越慢,充水中大孔隙增加速率越快;入渗速率与土体干密度呈负相关关系,且会率先形成高含水率区域,土体干密度越大,其充水微小孔隙增加越慢,充水中大孔隙增加越快。入渗前后对比发现,试样初始含水率越高,微小孔隙增加比例越小,颗粒间接触方式变化越不明显;干密度越大的试样不同孔隙体积基本按等量变化,接触面积明显减少,形成更多的架空孔隙,连通性较好,具有较好的储水能力。入渗后试样原本的致密结构丧失,颗粒破碎严重,部分细长状颗粒向似椭圆状颗粒演化,颗粒间接触方式变为点边接触,粒间胶结作用遭受损伤破坏,甚至部分团粒中颗粒分离、脱落,使得土体强度丧失,最终导致滑坡发生。研究结果可为黄土滑坡的防治提供依据。     

基于物理模型试验的多层滑带堆积层滑坡—抗滑桩受力特征

研究抗滑桩的受力特征是进行抗滑桩设计工作的关键。我国三峡库区部分堆积层滑坡发育多层滑带,而目前抗滑桩的设计方法仅针对单层滑坡,因此,对多层滑带堆积层滑坡—抗滑桩受力特征的研究具有重要意义。基于三峡库区堆积层滑坡工程地质特征,开展了多层滑带堆积层滑坡物理试验模型,在滑坡的后缘施加推力来模拟滑坡演化过程,同时监测滑坡—抗滑桩体系的多场信息。试验结果表明,在多层滑带堆积层滑坡的演化过程中,桩身受力表现出了很好的规律性。根据坡表位移的变化趋势,将滑坡演化分为4个阶段,在此基础上对桩身受力进行分析。滑坡推力分布图式中出现了4个极大值,土体抗力分布图式中出现唯一最大值,该试验结果为抗滑桩的设计提供了一定的理论支持。      

基于环剪试验的复活型低速滑坡活动机理

金坪子滑坡是距离金沙江乌东德水电站大坝下游最近的一处巨型滑坡,其Ⅱ区沿底滑带复活后已持续低速蠕滑超过百年,是乌东德水电站枢纽区最大的地质灾害隐患点。为弄清该滑坡复活后的长期低速活动机理以及再次加速蠕变破坏的条件,针对滑带附近土样的力学性质以及特征强度,通过不同剪切速率、不同黏粒含量以及不同应力条件的室内环剪试验进行了测试。研究 结 果 表 明,金 坪 子 滑 坡Ⅱ区复活后长期低速蠕滑的原因在于
滑带土残余强度由初次破坏的负速率效应转变为强度与剪切速率成正比的正速率效应,滑坡的活动是滑带土黏性流变特征的表现。滑坡再次发生加速蠕变破坏需要克服一个比剪切带残余强度略高的峰值强度,否 则 受 滑 带土的黏性阻滞效应滑坡将长期处于稳定蠕变的状态。滑坡雨季运动较快的原因是降雨引起滑体容重的小幅度增加,导致低速蠕变活动加快,但不至于进入加速蠕变阶段。      

黑河水库大坝右坝肩滑体底滑带结构特征分析

从微观现象到宏观构造 ,从物理力学性质到地震波测试 ,详细描述了滑体底滑带的结构特征 ,论证了底滑带和泥化带的力学特征和蠕变特征。对滑体的评价和稳定性计算提供了依据。     

不同环剪条件下三峡库区童家坪滑坡滑带土强度特性

研究不同环剪条件下库岸堆积层滑坡滑带土强度特性对滑坡稳定性评价具有重要意义。针对目前在库岸堆积层滑坡滑带土力学特性方面研究薄弱的问题, 以三峡库区童家坪滑坡滑带土为研究对象, 采用ARS-E2环剪仪开展了不同剪切速率下的剪切试验, 研究了等速剪切、加速剪切以及减速剪切作用下滑带土强度变化特征。试验结果表明: 滑带土试样在恒定的低速剪切条件下更容易得到稳定的残余强度, 并且达到峰值强度后易出现"应变软化"现象; 在相同剪切应力条件下, 滑带土加速环剪和减速环剪的剪应力变化趋势基本一致, 与法向应力均呈正相关关系; 剪切速率的变化会显著影响滑带土峰值黏聚力的大小。研究成果揭示了不同环剪条件下滑带土力学特性, 可以为揭示库岸堆积层滑坡变形破坏的力学机制提供理论依据。      

基于滑带完整性指标的三峡库区堆积层滑坡失稳破坏判据

滑坡稳定性评价是滑坡防治中关键问题之一,滑坡失稳破坏判据研究可为滑坡稳定性评价提供支持。为了提高滑坡稳定性评价的精度,以滑坡深部位移监测数据为基础的滑坡失稳破坏判据不失为一种有效方法。基于滑坡深部位移监测数据,引入滑带完整性指标,推导得到了滑带完整性指标与滑坡抗剪强度参数之间呈正比例关系;运用滑坡稳定性计算方法和三峡库区堆积层滑坡简化模型,获得了滑带完整性指标与滑坡的稳定性系数之间呈正比例关系。建立了考虑滑带完整性指标的三峡库区堆积层滑坡失稳破坏判据,即：当滑坡滑带土完整性指标大于滑坡滑带土完整性指标的临界值时,滑坡处于稳定状态;当滑坡滑带土完整性指标小于滑坡滑带土完整性指标的临界值时,滑坡发生失稳破坏。以三峡库区典型堆积层滑坡——五尺坝滑坡为例,通过实例分析发现该判据具备可靠性,对堆积层滑坡适用性好。研究成果表明,滑带完整性指标失稳破坏判据可以用于评价滑坡的稳定状态,为滑坡失稳破坏判据研究提供了一种新思路。     

考虑降雨滑坡多级滑动的改进传递系数法研究

在多级滑坡的渐进破坏过程中, 滑带不同部位的屈服程度和破坏模式不同, 强度参数也不同。在强降雨条件下, 坡表产生的张拉裂缝充水, 会产生静水压力。当前广泛应用的传递系数法对滑带不同位置取同一强度参数, 也尚未考虑到静水压力作用。为此提出了一种考虑静水压力作用和滑带不同部位强度参数差异的改进传递系数法, 对降雨引起的西安市柳西村南部的牛角沟滑坡进行了计算。结果表明: 与不考虑静水压力和滑带不同部位强度参数差异的计算方法比, 改进传递系数法计算的抗滑力相对较小, 剩余下滑力计算结果相对较大, 各级滑坡稳定性系数分别减小了约33.26%、17.92%、24.95和16.94%;而改进前的稳定性系数偏高, 可能会导致支挡工程的安全储备不足。本研究提出的改进传递系数法可为多级滑坡处置提供更安全的参考。      

基于滑体渗透性与库水变动的滑坡变形滞后规律研究

三峡水库运行过程中库岸滑坡的变形演化往往滞后于库水位的变化, 表现出时间滞后效应, 而且随渗透系数和库水位波动速率的不同, 滞后效应亦不同。以三峡库区白家包滑坡为例, 通过现场调查、监测数据分析以及数值模拟的方法, 研究了滑坡在不同渗透系数k和不同库水位下降速率v条件下的变形滞后时间变化规律。研究表明: 滑体渗透系数一定时, 库水位下降速率越大, 地下水滞后越明显; 库水位下降速率一定时, 滑体渗透系数越大, 地下水下降越快。当滑体渗透系数一定时, 库水位下降速率越大, 滑坡的变形滞后时间越短; 滑体渗透系数k=0.85 m/d时不同库水位下降速率作用下滑坡的变形滞后时间为3.74~9 d, 当0.47＜v/k＜1.18时, 0.24＜相对变形滞后时间＜1;当1.18＜v/k＜2.38时, 0＜相对变形滞后时间＜0.24。当库水位下降速率一定时, 滑体渗透系数越大, 滑坡变形滞后时间越短, 不同库水位下降速率下滑坡变形滞后时间随渗透系数的变化规律大致相同; 库水位下降速率v=1.8 m/d时不同滑体渗透系数下滑坡的变形滞后时间为1.7~8 d, 当0.52＜v/k＜0.84时, 0＜相对变形滞后时间＜0.16;当0.84＜v/k＜2.12时, 0.16＜相对变形滞后时间＜0.43;当2.12＜v/k＜9时, 0.43＜相对变形滞后时间＜1。研究成果对水库滑坡预测预警具有较强的应用价值。      

鸡西盆地主力煤层水可动性及其孔渗控制

水可动性是影响煤层气产出的重要因素,分析孔渗对水可动性的作用对鸡西盆地煤层气开发具有重要意义。以鸡西盆地不同矿区主力煤层为研究对象,开展了低场核磁共振（NMR）及渗透率实验,同时,结合称重测定煤样含水饱和度的方法,分析了煤层孔渗特征对煤中水可动性的影响。结果表明:①研究区煤样中吸附孔较为发育,平均占比为58.36%;渗流孔和裂隙发育程度相当,平均占比分别为21.23%和20.41%,且两者之间连通性较好;②确定了煤样达到束缚水状态的离心力为1.38 MPa,此压力下煤中可排出半径约0.1 μm半开放或开放孔隙中的可动水。煤样可动水饱和度为27.84%~60.87%,平均值37.86%;束缚水饱和度为39.13%~72.16%,平均值62.14%,可动水含量相对束缚水含量较低。随着离心压力的增加,可动水首先沿着大裂隙流动,随后经过渗流孔流出,束缚水主要存在于吸附孔中,需要克服较大的毛细管阻力,难以流动;③尽管煤样变质程度相近,但其内部水的可动性及赋存状态存在明显差异,这可能是造成同一区块不同煤层气井气水产出差异的原因之一;④研究区煤中半径>1 000 nm段孔喉越发育、煤岩渗透率越大,煤的可动水饱和度越高,水在其中越容易流出;煤中半径0~100 nm段孔喉越发育,煤的可动水饱和度越低,水在其中被束缚而难以流动。      

Long-term kinematics and mechanism of a deep-seated slow-moving debris slide near Wudongde hydropower station in Southwest China

Long-term kinematic research of slowmoving debris slide is rare despite of the widespread global distribution of this kind. This paper presents a study of the kinematics and mechanism of the Jinpingzi debris slide located on the Jinsha river bank in southwest China. This debris slide is known to have a volume of 27×106 m3 in active state for at least one century. Field survey and geotechnical investigation were carried out to define the structure of the landslide. The physical and mechanical properties of the landslide materials were obtained by in-situ and laboratory tests. Additionally, surface and subsurface displacements, as well as groundwater level fluctuations, were monitored since 2005. Movement features, especially the response of the landslide movement to rainfall, were analysed. Relationships between resisting forces and driving forces were analysed by using the limit equilibrium method assuming rigid-plastic frictional slip. The results confirmed a viscous component in the long-termcontinuous movement resulting in the quasioverconsolidated state of the slip zone with higher strength parameters than some other types of slowmoving landslides. Both surface and subsurface displacements showed an advancing pattern by the straight outwardly inclined(rather than gently or reversely inclined) slip zone, which resulted in low resistance to the entire sliding mass. The average surface displacement rate from 2005 to 2016 was estimated to be 0.19~0.87 mm/d. Basal sliding on the silty clay seam accounted for most of the deformation with different degrees of internal deformation in different parts. Rainfall was the predominant factor affecting the kinematics of Jinpingzi landslide while the role of groundwater level, though positive, was not significant. The response of the groundwater level to rainfall infiltration was not apparent. Unlike some shallow slow-moving earth flows or mudslides, whose behaviors are directly related to the phreatic groundwater level, the mechanism for Jinpingzi landslide kinematics is more likely related to the changing weight of the sliding mass and thedownslope seepage pressure in the shallow soil mass resulting from rainfall events.     

Interaction analyses between tunnel and landslide in mountain area

This paper focuses on the analytical derivation and the numerical simulation analyses to predict the interaction influences between a landslide and a new tunnel in mountain areas. Based on the slip-line theory, the disturbance range induced by tunneling and the minimum safe distance between the tunnel vault and the sliding belt are obtained in consideration of the mechanical analyses of relaxed rocks over the tunnel opening. The influence factors for the minimum safe crossing distance are conducted, including the tunnel radius, the friction angle of surrounding rocks, the inclination angle of sliding belt, and the friction coefficient of surrounding rocks. Secondly, taking account of the compressive zone and relaxed rocks caused by tunneling, the Sarma method is employed to calculate the safety factor of landslide. Finally, the analytical solutions for interaction between the tunnel and the landslide are compared with a series of numerical simulations, considering the cases for different perpendicular distances between the tunnel vault and the sliding belt. Results show that the distance between the tunnel vault and the slip zone has significant influence on the rock stress and strain. For the case of the minimum crossing distance, a plastic zone in the landslide traversed by tunneling would be formed with rather large range, which seriously threatens the stability of landslide. This work demonstrates that the minimum safe crossing distance obtained from numerical simulation is in a good agreement with that calculated by the proposed analytical solutions.     

朝阳沟阶地扶杨油层微观孔隙结构及渗流机理分析

基于扶余油层和杨大城子油层典型河道砂岩岩心样品,利用CT扫描物理实验和数字岩心重建技术,开展低渗透砂岩微观孔隙结构表征及渗流机理分析。通过矿物组分定量分析和扫描电镜拼图成像技术,识别出岩心矿物种类及其含量,划分出粒间孔、粒内孔和填隙物内孔共3种孔隙类型。针对总孔隙空间进行等效半径分布曲线计算,呈现明显的双峰结构,峰值主要集中在约50 μm和约1μm。利用重构的数字岩心模型模拟油水两相渗流,模拟结果显示,扶余油层油水共渗区较宽,残余油饱和度为30%~45%;杨大城子油层油水共渗区较窄,残余油饱和度为40%~55%。在毛管力和亲水性的作用下,水相优先进入小孔道,小孔道先于大孔道形成水锁,相较于扶余油层,杨大城子油层的喉道半径小,数量多,更易形成水锁,残余油饱和度较高。      

Three-dimensional stability of landslides based on local safety factor

Unlike the limit equilibrium method (LEM), with which only the global safety factor of the landslide can be calculated, a local safety factor (LSF) method is proposed to evaluate the stability of different sections of a landslide in this paper. Based on three-dimensional (3D) numerical simulation results, the local safety factor is defined as the ratio of the shear strength of the soil at an element on the slip zone to the shear stress parallel to the sliding direction at that element. The global safety factor of the landslide is defined as the weighted average of all local safety factors based on the area of the slip surface. Some example analyses show that the results computed by the LSF method agree well with those calculated by the General Limit Equilibrium (GLE) method in two-dimensional (2D) models and the distribution of the LSF in the 3D slip zone is consistent with that indicated by the observed deformation pattern of an actual landslide in China.