考虑水阻力的涉水滑坡运动速度计算模型研究

对于高速运动的涉水滑坡,水阻力是影响其运动速度大小的重要因素。论文设计了包括运动装置、传感装置、速度控制装置和传动装置的块体水下运动阻力的实验系统,分别进行了6块面积不同的块体分别以5种不同速度在水下运动实验,水下运动速度选取5个水平值,分别为0.5ms-1、0.8ms-1、1.0ms-1、1.5ms-1、1.8ms-1; 通过实验分析了压强水头增量与运动速度之间的相关关系,导出了水下运动块体迎水面的压强水头计算模型和迎水面阻力计算模型; 以曲线滑动型涉水滑坡为模型,分析了涉水滑坡水上部分和涉水部分受力模式; 基于滑坡动力学和运动学方程,结合条分方法,提出了曲线滑动型涉水滑坡运动速度的计算模型; 以2007年6月15日发生的清江北岸的大堰塘滑坡为例,分考虑迎水面水阻力和不考虑迎水面水阻力2种情况,分别计算了滑坡的运动速度,定量分析了水阻力对滑坡速度的影响。     

二维滑坡滑距预测

本文基于Kyoji Sassa滑坡运动模型的假设,即运动的滑坡满足牛顿流体运动方程,滑体内只存在侧压力,滑坡体积保持不变,能量损失只产生于滑面处的滑动摩擦,推导了二维滑坡运动模拟微分公式。将微分公式转化为差分公式,用Visual Basic语言编写出二维滑坡运动模拟程序。以陕西省延安市延炼原油山黄土滑坡为例,根据滑前地形,通过现场钻探揭示滑面,选择滑带土残剪试验测得的残余摩擦角作为视摩擦角,进行滑动模拟,结果与实际滑坡接近。最后以此滑动模型预测该滑坡南侧不稳定斜坡滑动的距离,对边坡滑动破坏后的危害范围做出预测。本文为滑坡滑距预测提供了一种简单、适用的方法。     

堆载诱发型土质滑坡运动特征物质点法模拟

坡顶堆载是人类工程活动诱发滑坡的主因之一。物质点法（MPM）属于一种无网格数值计算方法,它能够有效模拟滑坡大变形全过程物质行为与运动特征。文章基于线性形函数离散方法、MUSL求解格式及Drucker-Prager屈服准则,建立了可用于滑坡全过程模拟的单套单相物质点模型;通过对比干燥铝棒堆积物模拟砂堆失稳过程的基准试验结果,对模型有效性进行了验证。对堆载诱发型土质滑坡典型工况进行了物质点法全过程模拟,获得了滑坡全过程中典型时刻坡体形态、塑性应变分布以及控制点滑速演化趋势。结果表明:算例堆载诱发型土质滑坡属推移型滑坡,具有渐进性破坏特征,可分为坡顶压缩、局部蠕滑、加速滑动与减速滑动等四个阶段。参数分析结果亦表明,堆载诱发型土质滑坡前缘物质运动特征量均与堆载量间存在强正相关性、而与土体黏聚力及内摩擦角存在强负相关性。统计29种典型工况,分别建立了峰值滑动加速度、最大滑速、最大滑距及坡体最大动能等运动特征量与堆载量、土体黏聚力及内摩擦角之间的线性回归方程,可用于堆载诱发型土质滑坡致灾行为预测。     

顺层岩质滑坡运动过程数值模拟研究

顺层岩质滑坡相对难以治理,分析其运动过程对此类滑坡的风险评价和减缓至关重要。为了研究滑坡过程的运动参数,引入滑坡运动及涌浪过程模拟的新方法——Tsunami Squares法,该方法具有计算量小,可仿真复杂地形及适用多种灾害的特点。在滑坡物理模型实验的基础上,通过该数值模拟方法对顺层岩质滑坡运动过程的实验结果进行反演,讨论了不同地质参数(滑坡坡度、地面粗糙度和滑体岩性)组合下,滑坡过程厚度、速度和动量等运动参数的基本规律。结果表明:(1)顺层岩质滑坡在地形变化部位,整体滑动结束,开始发生扩容和解体;(2)在整体滑动阶段,其运动参数主要受基底摩擦系数控制,对其他地质参数不敏感;(3)滑坡解体后,运动参数因地质参数不同而改变,其对地形最敏感,但对滑体材料强度不敏感;(4)滑动速度和距离主要受地形和滑面粗糙度的影响,考虑侧向扩容的影响范围和堆积厚度则主要受地形和滑体材料影响。     

基于PFC2D的刘涧滑坡破坏运动过程模拟

以陕西省洛南县刘涧滑坡为研究对象,采用颗粒流离散元法对其破坏运动过程进行数值模拟。首先通过双轴数值试验对滑坡饱和土体进行细观参数标定,并与室内试验中饱和土体宏观力学参数进行对比,经验证该细观参数能应用到滑坡的破坏运动分析中,进而引入颗粒流（PFC2D）程序中平行黏结模型,采用ball-wall建模方法建立滑坡模型,对滑坡不同关键部位颗粒进行位移、速度监测,阐明其破坏运动特征。模拟结果表明,降雨为刘涧滑坡的直接诱发因素,斜坡变形破坏模式为由坡脚开挖引起的自前缘向后部牵引-孔隙水压力诱发的后部向前缘推移式滑塌。总体特征为上部推移,中部剪切,下部牵引;滑坡滑动最高时速13.4 m/s,最大滑移170 m,滑动阶段持续25 s。利用颗粒流法对滑坡的破坏运动过程模拟具有较好的适用性,可为工程决策提供依据。      

大光包滑坡运动特征及其过程分析

大光包滑坡是512汶川地震触发的规模最大的滑坡。滑坡的形成机制和运动学特征引起国内外学者的广泛关注。本文基于滑坡体运动-堆积特征的现场调查与分析,对滑坡的运动学特征进行了系统的阐述。为了再现滑坡的破坏和运动过程,应用物理模拟试验方法进行了对比研究。(1)通过对滑坡擦痕、标志性地物、滑坡堆积体植被、坡表块石倾向、滑坡裂缝、以及其他滑坡典型运动特征调查与分析研究,确定了滑坡的滑动方向、滑动距离、运动速度、运动特征值等滑坡运动特征参数,并系统地论述了滑坡扬尘、滑坡气浪、滑坡舌前缘岩性混杂堆积带以及滑坡碎屑流等典型运动-堆积现象的形成机理; (2)滑坡运动过程物理模拟试验表明,大光包滑坡破坏运动过程中存在前缘锁固段岩体剪断迸射、滑坡气浪、滑坡扬尘和急刹车效应等地质现象,且滑坡运动过程具有显著的阶段性; (3)大光包滑坡的运动过程可以概括为以下4个主要阶段,即:快速启动高速滑动急刹车制动拆离滑动。     

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。     

鸡尾山高速远程滑坡—碎屑流动力学特征分析

以武隆鸡尾山滑坡为例,通过灾害形成地质环境条件的调查,概述了鸡尾山滑坡失稳诱发因素,包括:上硬下软的地层结构、岩溶发育、高陡地形地貌条件和采矿活动等;介绍了鸡尾山斜倾厚层滑坡视向滑动的基本模式,为"后部块体驱动-前缘关键块体瞬时失稳"。在此基础上,根据鸡尾山滑坡的运动和堆积特征,将滑坡分为滑源区和堆积区,通过二维DAN-W模拟,选取Frctional、Voellmy等流变模型,模拟了滑坡运动的整个过程,得到滑坡堆积体的体积、厚度和滑坡运动速度的变化规律,与实际情况基本一致。并且为西南山区高速远程滑坡成灾范围及滑动堆积特征的模拟分析提供了相应的依据。     

基于三维非连续变形分析的巨石崩塌运动研究

巨石作为一种大体积、大质量的滚石,其崩塌失稳及高速、高能远程运动往往导致沿途建筑物和交通线路的毁灭性灾难。以西藏自治区G318国道K4580典型滑坡为工程背景,基于三维非连续变形分析（three-dimensional discontinuous deformation analysis,简称3D-DDA）方法研究巨石崩塌失稳及运动全过程的特征与现象。分别建立该边坡未滑坡、浅层滑坡后和深层滑坡后3种坡形的巨石崩塌3D-DDA数值模型。采用滚石运动横向偏移经验模型,验证3D-DDA巨石运动模拟的准确性。在此基础上,分析巨石崩塌失稳机制及破坏后沿3种不同坡形边坡的运动轨迹和动能演进等运动特征。结果表明,3D-DDA能够有效模拟巨石崩塌失稳、运动发展、剧烈冲击碰撞直至最终静止等整个动力学过程。巨石崩塌表现为滑动→倾倒?滑动→倾倒→翻转?下落的失稳模式转换;巨石运动表现为碰撞、弹跳、飞跃、滚动、滑动等多种运动形式以及横向偏移、侧向偏转等三维空间运动特征,经过道路并与高架桥发生碰撞,引发巨石灾害。不同坡面几何特征下的巨石运动偏移量、弹跳高度、运动至坡底碰撞时间、最终稳定时间等均随着未滑坡、浅层滑坡后、深层滑坡后3种坡形变化而减小。通过3D-DDA巨石崩塌运动分析,预测巨石运动全过程、影响范围、冲击能量、停积位置等,可为巨石防灾减灾对策或措施制定提供依据。     

土质滑坡运动全过程物质点法模拟及其应用

物质点法（MPM）属于一种无网格数值计算方法,它可导入各种土体本构模型,考虑土体流固耦合行为,能够有效模拟土质滑坡大变形及超大变形。本文介绍了物质点法基本原理、控制方程与求解格式;基于5种物质点法的多孔介质表征模型,简要回顾了土质滑坡运动全过程物质点法模拟的最新研究进展。采用单套单相物质点模型,对深圳“12·20”人工堆填土滑坡全过程进行了物质点法模拟,使用了线性加载方式确定初始应力场,并使用了Drucker-Prager屈服准则弹塑性本构模型、GIMP算法与MUSL求解格式。模拟结果表明,该边坡发生失稳后,最大滑距达510m,滑坡范围纵向间距为1050m,最小滑坡角5.95°,均与观测结果相吻合。土体内部等效塑性应变区的演化趋势显示,滑坡机制为渐进式破坏,具体表现为:坡趾土体首先沿基岩界面发生剪切破坏,随后坡顶出现拉张裂隙,坡趾与坡顶塑性区分别沿基岩界面向坡体内部发育,形成贯通滑动面后滑动加速,超大变形出现。物质点法模拟滑坡运动全过程有助于理解滑坡致灾行为,可为滑坡防治提供参考。