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.     

高速库岸岩质滑坡运动过程及速度分析

基于滑坡气垫层学说,分析了大型岩质滑坡高速滑动的成因和整体滑动的动态过程,提出了判断滑坡产生高速的必要
条件,即滑坡厚度大于临界厚度;并提出了库岸高速岩质滑坡运动过程分析模型,即将整个过程分为4个阶段:初始滑动阶段、开
始运动至加速度增大至最大阶段、继续加速阶段和减速至停止阶段。运用分阶段运动过程分析模型,以千将坪滑坡为例,计算了
其各个阶段的速度、加速度及滑动距离,并与前人已有的研究成果进行了对比,验证了模型的合理性。与动能定理相比,该计算模
型可以较好地分析滑坡速度的动态变化,可以较直观地反映滑坡入水的最大速度,为滑坡涌浪的首浪分析奠定了基础。      

基于地震信号反演滑坡动力学机制

以2003年千将坪滑坡事件为例,基于地震信号分析大型高速滑坡启动之后的滑体运动特性。通过国家地震台网采集因滑坡激发产生的地震信号,反演得到滑坡区域的受力-时间函数,再经由时频分析划分滑坡期间的子事件,进而推导滑体的运动参数并还原滑坡过程。结果显示,由地震信号反演所求得的滑床坡度、滑坡方向以及滑体位移等数值与现场勘踏所得数据相符;同时,通过对滑坡子事件的分析,可分辨出因对岸河堤阻挡而产生的部分滑体反倾过程,从而还原较完整的滑坡过程。     

论基岩滑坡的临床聚能与启程弹冲

剧动式高速滑坡是一种大量存在于自然界中的地质灾害。本文以广家崖斜坡危岩体为例,对基岩滑坡的“临床聚能”和“启程弹冲加速效应”进行了理论分析和探讨。文中详细论证了斜坡岩体滑落破坏时所具有的“启程弹冲加速效应”,并提出了二维应力状态下的启程冲速度计算公式。 启程弹冲机理,主要是锁固段岩体内聚力作用和岩体聚集赋存弹性应变能释放的反应,弹冲速度与内聚力的大小有直接关系。岩体一旦剪断破坏,弹性应变能骤然释放,岩体表现出剧烈的弹性回冲,弹性应变能便瞬间转化为岩体滑动的弹冲动能。这便从理论上对高速滑坡提出了具有实际意义的新机理。     

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。      

风振影响下乔木坡地暴雨型浅层滑坡演化机制

强对流或台风等极端天气下乔木坡地发生浅层滑坡灾害往往是暴雨和强风共同作用的结果。以皖南山区一处暴雨型浅层滑坡——畈章组滑坡为例, 通过现场调查和气象资料的分析表明, 除暴雨外风荷载也有可能促进滑坡的启动。为揭示该滑坡启动与破坏后这一完整运动过程的演化机制, 首先基于无限斜坡模型分析了实际降雨条件下的滑坡稳定性, 然后对取自于滑坡体内乔木根系周围和滑动面附近的两种土样利用DPRI型环剪仪, 分别开展了不排水循环剪切试验和自然排水残余剪切试验。结果表明: ①降雨入渗引起滑动面孔隙水压力的上升, 并导致稳定性的降低是畈章组滑坡启动的直接原因; ②乔木根系周围的饱和土在风振作用产生的动剪切荷载下易形成高的超孔隙水压力, 并导致浅表层的局部失稳滑动, 增加了畈章组滑坡整体破坏的可能性; ③滑动面土体的残余强度具有强烈的"正速率效应", 从而控制了畈章组滑坡启动后不会表现出高速远程的运动特征, 与现场调查结论一致。研究结果可以为暴雨协同风振作用下富乔木坡地浅层滑坡的预警预报研究提供参考。      

多功能高速远程滑坡运动堆积过程物理模型试验装置设计与应用

高速远程滑坡运动堆积过程影响因素众多,在物理模型试验装置研发过程中应满足多因素变化需求,从而实现多功能目的.该试验装置初始状态下(垂直角度=20°,水平角度=0°)长3.40m,宽0.56m,高1.35m.设计有滑体体积调节、上滑槽坡度调节和下滑槽水平角度调节三大模块.材料上采用了3mm厚不锈钢钢板与8mm厚钢化玻璃2种材料,使用耐久性较好,并且采用分部件组装形式,安装有万向轮,便于实验仪器的搬运.基于砂子与卵石颗粒材料,应用所研发装置,初步开展了高速远程滑坡运动堆积过程物理模型试验,简要分析了滑体坡度、水平角度、滑体高度及基底材质等参数对滑动距离的影响规律.     

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。      

汶川地震滑坡-碎屑流致灾距探讨

为了阐明地震滑坡的运动特性并对其进行致灾距的预测,基于遥感影像解译和野外调查数据,借助经验公式法,分析了汶川地震滑坡水平最大运移距离L与前后缘高差H之间的相关性,给出了经验公式;探讨了不同滑坡之间滑程的差异与异常。结果表明:若已知H,可用L=aH+b或L=aHb对总位移进行预测初探;将视摩擦系数H/L=0.45作为汶川地震高速远程型滑坡的上限较合适;滑坡体积、源区破裂面积与L呈正相关,与H/L呈负相关;地震滑坡易发生在山脊线平行于断裂带、垂直于地震波传播方向的山体两侧;崩塌型滑坡易发前后缘高差范围在10~100m之间,大型高速远程型滑坡易发前后缘高差大于200m;滑坡源区易发坡度分布在25°51°之间,滑床坡降变化范围为0~58°,高速远程型滑坡的滑床坡降主要在8°20°之间;分析认为滑程差异和异常是距离效应、能量传递与岩体挡板效应、滚动润滑与气垫效应、体积与破裂面积效应、地质因子、地形因子、颗粒级配与颗粒流效应等因素综合作用的结果,考虑上述因素有益于滑坡-碎屑流致灾距的预测分析。      

计算锚索抗滑桩变形及内力的一种新方法

结合结构力学和弹性地基梁理论,考虑锚索的弹性变形,建立了一种计算锚索抗滑桩变形及内力的新方法。在建立公式时,将抗滑桩从滑面处分为上、下两部分;对嵌固段的桩按弹性地基梁计算,滑面以上的桩用力法计算;利用滑面处的变形协调条件,建立了锚索抗滑桩的计算公式,所得公式可以方便地用于求解锚索的设计拉力、抗滑桩的内力及变形。最后,以某滑坡治理工程为例,计算了锚索拉力及抗滑桩的内力,验证了计算方法的可靠性,并与普通抗滑桩的计算结果进行了对比分析。     

Dynamic process analysis of the Niumiangou landslide triggered by the Wenchuan earthquake using the finite difference method and a modified discontinuous deformation analysis

The Niumiangou landslide was the largest landslide triggered by the 2008 Wenchuan earthquake, which was significantly affected by the amplification effect of seismic acceleration. The ringshear experiments indicated that the materials in the source area of the Niumiangou landslide were subjected to friction degradation under a big shear displacement, which may result in rapid movement of the landslide. In order to better understand the landslide movement and study the effect of the friction degradation on movement mechanisms, the dynamic process of Niumiangou landslide was simulated with a new numerical method, which combines the finite difference method(FDM) and the discontinuous deformation analysis(DDA). First, the FDM was used to study the initiation time, amplification effect and velocity of the landslide. Afterwards, these initiation velocities were applied to the blocks in the DDA model by corresponding coordination in the FDM model. A displacementdependent friction model of the sliding surface was incorporated into DDA code to further understand the kinetic behavior of the landslide. The results show that the displacement-dependent friction strongly decreases the friction coefficient of sliding surface under a big displacement, which can obviously promote the run-out and velocity of landslide. The model output well matches the topographic map formed by the landslide. This implies that the proposed model can be applied to the simulation of earthquake-induced landslides with amplification effect, and the friction degradation model is important to clarify the movement mechanism of high-speed and long-distance landslides.     

兴仁“6·10”彭家洞高速滑坡运动特征与形成机理

2021年6月10日20时30分左右, 贵州省兴仁彭家洞发生高速滑坡, 滑坡体高速运动沿途铲刮坡面崩塌堆积体, 造成3人遇难, 18栋房屋损毁。通过对滑坡发生前后影像资料遥感解译、灾害发生现场详细的地质调查及室内综合分析等技术手段, 对彭家洞滑坡的特征进行了详细描述, 阐明了滑坡发生的运动特征与形成机理。研究表明: 斜坡地形"上陡-中缓-下陡"与岩土结构"上硬下软"是滑坡形成的内在因素, 人类工程活动、强降雨的饱水加载和下渗软化作用是滑坡形成的外在因素; 滑坡平面形态呈折线形, 根据运动特征和堆积结构将滑坡分为滑源区(Ⅰ)、铲刮-流通区(Ⅱ)、铲刮堆积区(Ⅲ)3个区; 滑坡是由危岩带形成、滑坡孕育及斜坡失稳3个阶段孕育形成的挤压-推移式高速滑坡。研究结果对贵州类似的斜坡地带及岩土结构区域开展防灾减灾工作具有较强的指导作用。      

The starting mechanism and movement process of the coseismic rockslide: A case study of the Laoyingyan rockslide induced by the “5.12” Wenchuan earthquake

The"5.12"Wenchuan earthquake in 2008 triggered a large number of co-seismic landslides.The rear boundary or cracks of co-seismic landslide are generally located at the steep free surface of thin or thick mountains.Dynamic process of this kind of landslides could be divided into two parts:the seismic dynamic response of the slope and the movement process of rock mass.Taking the Laoyingyan rockslide as an example,the amplification effect was studied by single-degree-of-freedom system analysis method.Besides,the dynamic process of landslide under seismic loading was simulated by the finite difference method(FDM)and discrete element method(DEM).The amplification coefficient of the rockslide to seismic wave is 1.25.The results show that the critical sliding surface of the Laoyingyan rockslide was formed at the 23 th seconds under the action of seismic wave.At the same time,tension failure occurred at the rear edge of the sliding mass and shear failure occurred at the front edge.The maximum displacement was 0.81 m and the initial velocity was 2.78 m/s.During the initiation process of the rockslide,the rock mass firstly broke down along the joints which are along the dip of the rock stratum,and then collapsed bodily along the secondary structural planes.In the process of movement,the maximum velocity of rock mass was 38.24 m/s.After that,the rock mass underwent multiple collisions,including contact,deceleration to 0 and speed recovery after rebound.Finally,due to the constant loss of energy,the rocks stopped and accumulated loosely at the foot of the slope.The longest distance of movement was about 494 m.Besides,the smaller the damping ratio,the farther the rock mass moved.Compared with the results without considering the amplification factor,the movement distance of landslide by considering the amplification factor was more accurate.The study of the Laoyingyan rockslide is helpful to strengthen our field identification of potential co-seismic rockslides.At the same time,understanding its movement and accumulation process can help us better predict the hazard scope of the co-seismic rockslides,and provide a reference for the design of treatment projects.     

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。      

关于高速滑坡的几个问题

高速滑坡问题是当前工程地质和环境地质学界极为关注的问题。本文对诸如滑体高速滑动所对应的时空界限、滑体滑动过程所产生的热效应以及空气浮托力等高速滑坡产生机制问题进行了初步探讨。     

铜川市缓动式低速滑坡的滑移动力学机理

铜川市区发育有为数甚多的缓动式低速滑坡。本文探讨了此类滑坡的滑移动力学机理。研究认为,由于滑面的峰—残微差效应、滑面动静摩擦阻力相近效应和滑带塑性蠕变耗能效应的综合作用,滑坡启动呈现缓动性;滑体低能效应、滑体低推力效应、滑带(面)强度自行恢复效应和滑体自行消能效应的叠加作用,导致滑坡以低速运移。