降雨型浅层土质滑坡非饱和土－水作用特征试验研究

非饱和土在不同含水率条件下的基质吸力及其抗剪强度对降雨型浅层土质滑坡的防治具有重要意义. 以武陵山区湘西北慈利县陈溪峪滑坡为例,选取了滑坡不同λ置的多组粉质黏土原状样,首先利用现场双环渗透 试验测定其饱和渗透系数,通过室内土－水特征试验获取其水－力相互作用参数,并利用 VG 模型和 Mualem 模 型分别得到试样的土－水特征(SWCC)曲线和渗透系数函数(HCF)曲线;进而开展非饱和土直剪试验,研究不同 含水率条件下滑体粉质黏土的抗剪强度变化规律.试验结果表明:不同水力·径下,粉质黏土土－水特征曲线和 渗透系数函数曲线具有明显滞后效应,干密度越小则滞后效应越明显,基质吸力对体积含水率的敏感性就越小; 粉质黏土由饱和状态到非饱和状态,基质吸力增大提高了黏聚力,导致土体抗剪强度不断增大.研究结论可为降 雨型浅层土质滑坡的防治提供科学依据.      

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...     

基于野外 Ｇｕｅｌｐｈ入渗法与室内变水头达西法的土壤饱和渗透系数变化规律

为揭示土壤饱和渗透系数的变化规律,在江汉平原杨林尾－陆溪口地区分别采用 Ｇｕｅｌｐｈ入 渗仪 和 改 进 的 ＴＳＴ－５５型土壤渗透仪开展了土壤饱和渗透系数实验。结果表 明:采 用 Ｇｕｅｌｐｈ入渗法在粉砂质黏壤土中测得冲积物饱和渗透系数相对较大,数量级在１０－２ ～１０－１之间,最高达到７．５０×１０－１ ｍ／ｄ,最小为１．４０×１０－２ ｍ／ｄ;湖积物饱和渗透系数在１．８６×１０－３ ～４．９９×１０－２ ｍ／ｄ之间;而残积物的为６．０５×１０－３ ｍ／ｄ,相对较小;同为粉砂壤 土,相同水位埋深条件下甘蔗地和小麦地（同 为 耕 地）的土壤饱和渗透系数明显比林地的大,这与土壤翻耕及根 系、虫孔发育等有关;在相同水位埋深条件下,粉砂壤土的土壤饱和渗透系数普遍比粉砂质黏壤土的大,主要是因 为粉砂质黏壤土比粉砂壤土的黏粒比重大、孔隙比相对较小的缘故。室内变水头达西法和 Ｇｕｅｌｐｈ入渗法测得的土壤饱和渗透系数分别介于５．４３×１０－５ ～２．１０×１０－３ ｍ／ｄ和１．５７×１０－３ ～７．５０×１０－１ ｍ／ｄ之间。室内 变 水 头 达西法所测结果明显偏小,主要原因包括:①Ｇｕｅｌｐｈ入渗法进行现场原位测试时,土壤有效直径相对于室内变水 头达西法使用的环刀直径要大得多;②室内变水头达西法所用土样为单一岩性,而 Ｇｕｅｌｐｈ入渗法为原位土层,常 常具有双层或多层结构;③Ｇｕｅｌｐｈ入渗试验期间恰逢雨季,地下水位埋深小,当支持毛细水带接近地表时,Ｇｕｅｌｐｈ 入渗试验将受支持毛细水的影响,从而使 Ｇｕｅｌｐｈ入渗法所测得的结果产生误差。      

降雨型浅层滑坡危险性预测模型

通过分析SHALSTAB和TRIGRS等浅层滑坡物理确定性模型存在的问题,提出了基于降雨入渗动态守恒的瞬态降雨
入渗模型,该模型考虑了初期降雨过程、降雨历程以及饱和非饱和入渗过程,证明了SHALSTAB模型是该模型的特殊形式,并克
服了TRIGRS模型参数繁多及一维入渗路径的问题。将无限边坡模型、瞬态降雨入渗模型和GIS进行耦合,研发了可用于大范围
降雨型浅层滑坡危险性预测的集成系统,根据边坡的地质条件、地形参数和降雨特征即可对降雨条件下浅层滑坡的危险性进行评
估。      

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。      

孔隙水压力的变化与滑坡速度的关系

为了研究滑坡运动产生的孔隙水压力与运动速度的关系,建立了滑体饱和状态下的无限斜坡模型,结合有效应力原理
以及剪切滑带处的土体运动定律,推导出滑坡运动速度v、滑带处的孔隙水压力uw 以及滑坡运动时间t 三者之间的解析表达式。
并以三峡库区三舟溪滑坡为例,运用MATLAB编程计算得到三舟溪滑坡的v(t)-uw(t)之间的关系曲线。分析曲线得出:若滑坡
保持某一速度v 匀速运动时,由于土体排水固结作用,运动变形产生的孔隙水压力增量及时得到消散;在滑坡加速运动的过程中,
孔隙水压力值随着加速度增大而增大,当孔隙水压力的增长速率超过土体的固结排水速率时,孔隙水压力大大削减了土体的抗剪
强度,加速了滑坡的破坏。      

高密度电阻率法在废弃矿山滑坡灾害勘察中的应用

高密度电阻率法是一种成熟的工程物探方法,广泛应用于地质灾害调查。废弃矿山在不良天气条件下容易产生滑坡地质灾害。对由废弃渣石、杂填土人工堆积形成的滑坡体进行勘察,研究高密度电阻率法在该环境下的勘察效果。通过对视电阻率反演断面图分析,推断滑动面深度、滑床起伏形态等滑坡体地质结构信息,为废弃矿山滑坡灾害治理设计提供依据。钻探验证表明,高密度电阻率法有效的推断出滑坡体滑动面深度、滑床起伏形态信息,可用于废弃矿山滑坡灾害勘察。     

降雨作用碎石土堆积层滑坡变形规律

降雨诱发碎石土堆积层滑坡十分普遍,野猫面滑坡则是典型的碎石土堆积型滑坡,也是三峡库区内距三峡大坝最近的
特大型滑坡体,研究其在不同降雨条件下的变形规律具有示范性和实用价值。首先,在滑坡区域地质分析的基础上,研究了碎石
土堆积层滑坡的组成结构;然后应用Modflow软件建立了滑坡地下水渗流场数值模型,对不同降雨强度和降雨历时条件下,降雨
入渗补给地下水的规律进行了模拟;最后,运用FLAC3D软件对不同降雨工况条件下,渗流场变化引起的滑坡变形规律进行了模
拟。研究结果表明:①野猫面滑坡碎石土堆积层表现为三层结构,上部为碎块石土,中下部为块石土、钙质胶结碎块石,下部滑面
为碎石土和黏土夹碎石;②降雨强度和降雨历时增加均使滑坡地下水头抬升,在斜坡前缘临近库岸部分的水力坡度明显增大;③
降雨作用下,滑坡位移量增加,变形由地表向深部、由前缘向后缘发展,在滑面处剪应变集中;极端大暴雨条件下,前缘存在整体变
形区;④碎石土堆积层滑坡地表径流疏导与生态防渗可有效防治滑坡。      

呷爬滑坡滑带土蠕变特性及其稳定性

水库滑坡变形破坏受其岩土体蠕变特性及环境因素的影响。当滑坡进入加速变形阶段后,变形骤然增大,失稳概率增加。为了研究滑坡岩土体蠕变特性及其稳定性,选取锦屏一级水电站呷爬滑坡为研究对象,采用坡表位移监测曲线分析与室内三轴蠕变试验相结合的方法,建立了Burgers蠕变模型结合FLAC3D软件进行了滑坡稳定性研究。分析坡表位移-时间曲线发现,坡体变形特征与一般滑坡土体的蠕变特征具有相似性,滑带土室内三轴蠕变试验结果表明,滑带土变形可划分为瞬时蠕变、减速蠕变与稳定蠕变3个阶段,同时其瞬时变形量、稳定蠕变速率均随围压以及应力水平的增大而增大。基于滑带土蠕变特性的Burgers蠕变模型的计算结果,对比了常规强度折减法与考虑蠕变的强度折减法的滑坡稳定性系数,计算结果表明呷爬滑坡目前处于稳定状态,在一个计算周期内考虑蠕变的强度折减法较常规强度折减法的稳定性系数下降了0.04,因此,揭示滑坡土体蠕变特性并在此基础上研究其稳定性具有实际意义。      

降雨促发黄土滑坡的启动机制模拟

黄土滑坡和降雨关系尤为密切。为深入研究降雨入渗对滑坡的促发作用,在对陕西西安地区“9·17”灞桥滑坡现场勘察的基础上,利用数值模拟方法系统研究了黄土边坡在降雨入渗条件下土体相关物理力学指标的变化响应特征及时空分布规律;从滑动面安全系数变化的角度分析了边坡的失稳过程,并揭示了该类滑坡的启动机制。结果表明：(1)降雨入渗首先引起坡面土体的基质吸力逐渐降低,而且不同分布位置的降幅不同;(2)滑坡启动前,坡体的高体积含水量范围随降雨明显扩大,且体积含水量表现出从古土壤层向邻近黄土层递减的规律;(3)边坡的水平方向位移自坡面中部向坡体的上下部呈放射状递减特征,垂直方向位移由上至下逐渐减小,而临界滑动面的安全系数也随降雨入渗过程逐步递减;(4)节理处土体的孔隙水压力和体积含水量的变化响应时间及幅度都早于且强于坡体其他区域,坡体内最大剪应变的区域分布与坡面基本平行,模拟结果与原型滑坡一致;(5)基于黄土独特的水敏性、地质构造和人类工程活动等诱因的影响,加上节理裂隙为水的入渗和运移提供了优势通道,降雨加速了黄土潜蚀和坡体结构破坏过程,改变了边坡内部应力场、位移场和水文地质条件,进而促发了滑坡。     

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。      

地基雷达干涉测量技术在滑坡灾后稳定性评估中的应用

针对2014-09-01大树场镇大面积山体滑坡灾后稳定性,从IBIS-L地基雷达形变测量原理和关键技术(步进频率连续波和合成孔径雷达)入手,给出地基InSAR数据处理流程,获得了滑坡灾后高精度、高时空分辨率的形变演化特征,测量精度达到亚mm级。地基InSAR结果表明,滑坡体滑动幅度较大的区域位于滑坡体左侧中上部(120mm)和右侧中上部(75mm)。滑动主要由堆积松散土在裂隙水、雨水等作用下造成,产生较大次生灾害的可能性较小。     

基于密集多点变形监测的公路滑坡主滑方向动态判别

滑坡主滑方向是研究滑坡形成机理和确定抗滑防治方案的重要依据。滑坡随着时间的演化,其主滑方向也是一个动态变化的过程。滑坡主滑方向是滑坡位移状态的综合反映,在滑坡体上布设密集多点变形监测系统,根据小样本监测数据服从ｔ分布的规律,使用肖维勒准则剔除监测数据中的异常值,运用区间估计的方法来求取所有监测点位移方向的均值,通过主滑方向－时间过程曲线来动态判别滑坡主滑方向。将该方法运用到某公路滑坡工程实例研究中,在滑坡体上布设由５３个地表位移监测点和１９个深部位移监测点组成的密集多点变形监测系统,运用由全站仪和 ＧＰＳ组成的监测仪器系统,对该滑坡开展为期２５个月的地表水平位移监测。通 过地 表位移数据分析对比,采用此方法估计的主滑方向和滑坡体宏观变形体现的滑动方向基本一致。经过误差分析和显著性检验,表明此方法可以较好地对滑坡主滑方向进行了动态判别。将此结果与深部测斜监测到的滑动方向进行了对比,结果基本保持一致,再次说明运用上述方法来动态判别滑坡主滑方向是可行的。在 防 治 工 程 中,确定了准确的滑坡主滑方向后,指导抗滑桩长轴布设方向和锚索主要受力方向均沿此确定的主滑方向实施,经过长
达８个月的持续监测表明,防治措施起到了良好的控制作用,体现了该方法的工程应用价值。      

前期含水率对浅层滑坡降雨入渗及稳定性影响研究

降雨是诱发滑坡的主要因素之一。目前普遍认为,湿润锋下移导致的土体基质吸力减少是降雨影响滑坡失稳的主要原因,而土壤前期含水率是影响湿润锋下移过程的重要因素之一。基于Green Ampt模型,推导了考虑坡角影响下的滑坡体降雨入渗表达式,同时,结合无限斜坡模型分析了持续稳定的降雨条件下滑坡体稳定性的变化情况,探讨了前期含水率对于降雨过程中浅层滑坡稳定性的影响规律。结果表明:随着降雨的持续进行,浅层滑坡稳定性开始下降较快,之后趋于平缓。前期含水率会影响湿润锋的下移速度,当前期含水率分别为0.32,0.36,0.40时,湿润锋下移速度分别为0.109,0.173,0.42 m/h,说明前期含水率越大,湿润锋下移的速度越快;而前期含水率对于浅层滑坡稳定性的影响主要在降雨初期。      

基于蒸发法和联合测定仪测定土壤水分特征曲线和非饱和渗透系数的试验研究

为确定以蒸发法为基础设计的土壤水分特征曲线和非饱和渗透系数联合测定仪的可靠性和适用范围,选取粉黏壤土、壤土和壤砂土3种土样进行试验研究。在自然蒸发作用下,利用联合测定仪获得蒸发通量、含水量和土柱表面下方5,10 cm处的基质吸力,以线性假设理论为基础处理实测数据,利用HYDRUS-1D软件进行模拟和反演,输入实测基质吸力和通量数据确定土壤水力参数,利用RETC软件对已处理数据进行VG-Mualem模型拟合。结果表明,含水率符合线性假设理论,基质吸力线性变化不是很理想,但除砂土之外的土样可以通过降低蒸发速率和缩短2次测量时间间隔来解决这个问题;试验数据的拟合效果好,与模拟结果的误差较小,试验前期所测非饱和渗透系数与模拟值误差较大,主要跟含水率接近饱和时水力梯度的精度不能得到保证有关,可以忽略这些数据来改进。使用蒸发法和联合测定仪测定土壤水分特征曲线和非饱和渗透系数具有比较好的可靠性。     

降雨作用下青石镇政府后山堆积层滑坡渗流与稳定性

以黄冈地区青石镇政府后山堆积层滑坡为例，在分析了其工程地质特征及地质结构特征的基础上，采用有限元法研究了非饱和土瞬态体积含水量及孔隙水压力的分布，采用考虑孔隙水压力的Janbu法分析计算了降雨对堆积层滑坡安全系数的影响。研究结果表明:①降雨入渗导致坡体孔隙水压力升高，滑面抗剪强度降低，安全系数也随之逐渐降低，其中在降雨前期，两侧的抗剪强度下降速率比中部快，而到了后期中部的抗剪强度下降速率明显快于两侧；②安全系数变化表现为前19 d以0.008/d的速率缓慢下降，19~30 d以0.03/d的速率缓慢下降，30 d以后下降速度降低，至36 d之后不再发生变化，其中在0~11 d两侧抗剪强度变化对滑坡整体稳定性变化的贡献比中部大，19~36 d中部抗剪强度变化对滑坡整体稳定性变化的贡献要比两侧大；③降雨入渗过程中，地下水从坡体表层和两侧流向坡体中部，负孔压区面积向中部不断压缩，中部地下水变化受到两侧及上层的制约，体积含水量及孔隙水压力变化相对滞后；④该滑坡的防治重点是做好降雨前期坡体后缘地下水截流以及前缘地下水排泄工作，同时，做好地表排水，减少降雨入渗。      

基于统一强度理论多层滑坡体中抗滑桩最大桩间距研究

抗滑桩是防治滑坡的重要工程措施之一,桩间距是抗滑桩设计中的一个重要参数。已有的桩间距研究主要是针对单层均质滑坡,但实际工程中多数滑坡体是多层的,因此对多层滑坡体抗滑桩桩间距的研究就显得尤为重要。在研究多层滑坡体中的抗滑桩最大桩间距时,在确定滑坡体中的最危险滑体后,考虑多层滑体相互作用,运用滑坡推力分布函数及土体抗力分布函数对最危险滑体进行了受力分析,基于统一强度理论对最危险滑体的平衡条件与土拱强度条件进行了研究,推导出了抗滑桩最大桩间距方程。最后对2个实例进行了计算,计算实例1说明了该计算方法在计算多层滑坡体中最大桩间距时,计算结果偏于安全,计算实例2厚坝滑坡验证了运用滑坡推力分布函数使最大桩间距计算结果更合理。      

渗透作用下滑带细观结构演变特性

库岸滑坡受到库水升降作用影响,内部渗透压力会产生周期性的变化。动态渗透压力会导致滑带结构与强度产生劣化,进而影响滑坡整体稳定性。为揭示滑带在渗透作用下的结构演变特征,通过室内渗流试验结合CT扫描技术获取了黄土坡滑坡滑带在不同渗流条件下的细观结构特征,采用Avizo软件量化滑带细观结构参数,定量分析了不同渗透条件下滑带结构的演变规律。结果表明,滑带的渗透系数随渗流时长的增加而呈指数形式下降,且水力梯度越大最终试样的渗透系数越小;连续的CT重构图像显示渗流过程中部分黏土团聚体发生解体,大孔隙被附近的细颗粒逐渐充填,试样结构的宏观均一性增强;统计数据表明滑带土的表观孔隙率由5%下降到了1%,等效直径小于80μm的孔隙占比随渗流时长的增加而增多,而等效直径大于80μm的孔隙占比随渗流时长的增加而减少。结果证明周期性渗透作用会影响滑带内孔隙结构的分布特征,细观上表现为大孔隙被小颗粒充填,导致渗流通道变得细长而弯曲,孔隙的有效连通性被削弱,宏观上表现为渗透系数随渗流时长的增加而降低。     

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。     

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。