基于水波动力学模型对沅江黄埠村滑坡涌浪灾害的数值模拟分析

沅江黄埠村滑坡于2017年6月24日发生,产生的涌浪致使沅江对面多处房屋受损,多人受伤。同时,在滑坡两侧尚有23×10⁴ m³岩土体存在滑塌隐患,可能会造成更大灾害。本文采用水波动力学模型,通过数值模拟的方法对黄埠村滑坡已产生的涌浪灾害进行了复演,并对两侧存在隐患岩土体可能产生的涌浪灾害进行了预测。研究表明,水波动力学模型中奈信模型,适合涌浪模拟。本文在对之前滑坡涌浪复演基础上,验证了模型的合理性,然后对两侧滑坡隐患可能造成的涌浪灾害进行预测,并划分了潜在危险范围,为防灾减灾提供依据。     

三峡库区秭归县棺木岭危岩体发育特征及成因机制探讨

棺木岭危岩体为三峡库区新发现的崩塌隐患点,呈不规则塔柱状,平均高约50 m,宽约50 m,厚约20 m,体积约5×104 m3.本文基于野外地质调查,在分析棺木岭危岩体发育特征及形成原因的基础上,对其形成机制及可能破坏模式进行初步研究.调查和分析表明:陡峻地形、上硬下软的岩体介质结构、构造裂隙切割是危岩形成的主要原因,水库蓄水和降雨是危岩体破坏的外在激发因素,尤其是库水位周期性涨落加剧了基座岩体的破坏,加速了危岩体形成演化;其成因机制为下伏软弱基座在上覆硬岩巨大自重荷载作用下压裂破坏,引起山体变形开裂形成,危岩体可能破坏模式为倾倒破坏或座滑破坏;其形成演化过程可以分为以下4个阶段:卸荷裂隙形成阶段、软弱基座差异沉降与裂隙扩展阶段、水库蓄水加剧裂隙贯通与基座岩体碎裂化阶段、崩塌与堆积阶段.     

柱状危岩体崩塌产生涌浪的物理试验与数值模拟分析

柱状危岩体是三峡库区常见的一种典型地质灾害隐患,其崩塌产生涌浪给库区航运、旅游、生产生活以及人员财产造成巨大威胁和损害。文章基于野外柱状危岩体的成生及运动边界条件,开展了颗粒柱体崩塌产生涌浪的物理试验和数值模拟。结果表明:该数值模型能较好地模拟崩塌涌浪的形成过程、矢量信息以及与水体的相互作用;速度曲线定量地展示了能量的传递;物理试验和数值模拟涌浪高度偏差约3~4 cm;数值模拟堆积区堆积角比物理试验大5%;比前缘运动距离小7%。为柱状危岩体崩塌产生涌浪灾害的预测和预警提供了重要依据。      

三峡库区龙门寨危岩体崩塌产生涌浪研究

长江两岸高耸的危岩体对航道、沿岸居民带来巨大安全隐患。大宁河属于长江一级支流,龙门寨危岩体位于大宁河上,距离巫山县城仅1 km。利用FLOW-3D软件,模拟了145 m、175 m两种水位工况下龙门寨危岩体崩塌产生涌浪过程和涌浪传播过程。模拟结果表明,涌浪在145 m水位工况下最大浪高约为17.9 m,175 m水位工况下最大浪高约为11.6 m;在巫山县的五个码头处,两种水位工况最大涌浪爬高分别约为10.9 m、3.8 m;根据涌浪高度,对大宁河进行危险分区,145 m水位工况下极高危险区长度约4.4 km,很高危险区长度约1.9 km;175 m水位工况下极高危险区长度约3.0 km,很高危险区长度约1.0 km。研究结果有助于防控龙门寨危岩体潜在涌浪灾害危害,保障大宁河航道和巫山县码头安全,同时也为三峡库区滑坡涌浪灾害提供了预警依据。     

基于逆向工程建模方法的危岩体稳定性数值模拟分析

高陡岩质边坡危岩体失稳机理与稳定性评价一直是学者们关注的重点问题。相比于以定性分析为主的传统稳定性评价方法, 数值模拟分析方法在危岩体稳定性评价工作中得到越来越广泛的应用。而如何快速准确地建立复杂三维精细化地质模型, 尽可能还原岩体结构特征信息, 并与数值模拟软件进行无损对接, 进而定量评价危岩体稳定性仍是目前急需解决的问题。在野外现场调查结果的基础上, 对浙江神仙居景区神龙瀑景点处的地质灾害隐患点进行高精度三维激光扫描, 基于逆向工程建模软件Geomagic Studio, 对扫描获取的点云数据进行模型重建, 借助有限元网格划分软件Hypermesh对曲面模型进行三维实体化和网格划分处理, 再导入数值模拟软件FLAC3D中进行计算。结果表明, 神龙瀑边坡受拉破坏危岩体后缘裂隙最大拉应力接近抗拉强度, 且存在明显位移, 极有可能发生滑移-坠落。然后通过FLAC3D内置FISH语言进行二次开发, 计算结构面塑性破坏单元数目在总单元数目中的占比, 得出危岩体失稳概率为20%以上。该结果与现场灾害调查、数值分析结果相互印证, 预测了危岩体的潜在破坏范围, 提出了相应的防治措施建议。上述分析结果可为当地旅游管理部门的灾害防治工作提供理论依据和指导。     

三峡库区龚家方残留危岩体爆破清除形成的涌浪野外监测与分析

三峡库区龚家方斜坡2008年11月23日发生崩塌后,其后缘残留大量危岩体,严重威胁长江航道安全。当地政府决定对其进行人工清除,以消除隐患。作者建立了一种以高清摄像机和高频水位计为主的简易涌浪野外观测方法,用以监测爆破产生碎屑流形成的涌浪。以2011年1月17日爆破清方事件为例,文章展示了野外设备安装和监测到的滑坡涌浪过程。监测分析表明,该次爆破碎屑流入水速度约为31 m/s,入水体积约250 m3;产生的涌浪较小,为波群形态,初始涌浪可表达成2个简单三角函数的叠加。该涌浪应急监测方法简便、易行、有效,所得监测数据可为滑坡涌浪研究提供宝贵的野外原始资料;方法可为地质环境条件类似地区的滑坡涌浪简易或应急监测提供借鉴。     

三峡库区巫山县廖家坪危岩体倾倒机制数值模拟分析

廖家坪危岩体位于三峡库区长江左岸,危岩体内部发育有7层软弱岩层和2组裂隙,其变形机制为次生倾倒。采用UDEC离散元模型,对该危岩体倾倒机制进行了数值模拟。模拟结果表明,廖家坪坡体内因次生倾倒形成的拉裂破坏向坡内呈递减趋势;坡体内的倾倒块体受软弱层控制,一般不穿越软弱层,因此不会发生整体性倾倒破坏。各次级悬崖上的危岩体岩柱形成后,出现了向前倾倒翻转破坏和向后仰剧冲或蠕滑两种破坏方式。倾倒的方向与下伏软弱层破坏的关系密切,危岩体跟趾部破坏强烈则向前倾倒翻转破坏,趾部破坏强烈则向后仰剧冲或蠕滑。     

一种流动性滑坡涌浪动力学模型

滑坡涌浪是入水滑坡引起的一种次生灾害,其致灾范围远大于滑坡的运动区域,准确预测其演化过程是防治这类灾害的关键。现有预测模型多将滑体简化为刚体,而实际滑坡多表现出流态运动的特征。为更合理地描述滑体和涌浪的耦合运动,将滑体视为流态物质,在此基础上推导了滑坡与水体耦合运动的控制方程,利用有限差分法对控制方程求解,建立了一种可模拟流动性滑坡涌浪演化过程的动力学模型。使用该模型对三峡库区的龚家方滑坡涌浪的演化过程进行模拟,将模拟所得河道纵截面处的最大浪高值与实测值进行对比,结果表明最大浪高值出现在滑坡的主滑动方向,且最大浪高沿纵截面两侧快速衰减,模拟结果与实测吻合。     

藏东南宗坝危岩体崩塌离散元数值分析

崩塌是边坡常见的地质灾害现象,突发性强且危害性大,是工程边坡防灾减灾的重点。文章对藏东南宗坝地区某边坡开展了现场勘查,分析危岩体的发育特征,利用PFC3D软件模拟了危岩体发生失稳后的运动过程。计算结果表明：危岩体失稳后运动特征受地形条件影响较大,落石在坡表滚动、碰撞和跳跃,沿斜坡表面呈散射状向下运动。数值模拟结果初步确定危岩体失稳后的堆积特征,主要威胁范围为坡脚前缘居民区、318公路及帕隆藏布,为防灾减灾工程设计提供参考。     

基于指数趋势模型的卡尔曼滤波法在危岩体变形分析中的应用

以指数趋势模型为基础,建立卡尔曼滤波模型对链子崖危岩体GA监测点的位移量进行预测。首先,把非线性的指数趋势模型经线性化处理后转化成线性模型,用线性最小二乘法求出线性化后的模型参数,再将线性化后的模型参数看作带有动态噪声的状态向量,建立卡尔曼滤波模型,以此模型为基础,对危岩体的位移量进行预测。实例计算表明,用卡尔曼滤波模型对危岩体的位移量进行预测,其预测误差较小,效果较为理想。     

基于波浪理论的水库地质灾害涌浪数值分析方法

有别于国内现行广泛应用Navie-Stokes方程进行地质灾害涌浪的数值模拟技术,本文采用波浪理论对地质灾害涌浪波进行了分析。地质灾害涌浪波是非周期性波,并且有强烈的非线性,介于中等水波至浅水波之间;可用浅水波模型和Boussinesq模型进行数学描述。本文采用有限差分法的Boussinesq模型,以三峡库区龚家方崩滑体涌浪为例,模拟了涌浪波的传播和爬高问题。该模型能够计算形成涌浪瞬时河面、河面最大波高图、最大流速矢量图、最大爬坡和预警分布图。模拟计算结果与调查结果吻合非常好。这说明基于波浪理论的地质灾害涌浪分析方法精度较高,为涌浪的预测研究提供了一种新的研究方法。     

基于AR(1)模型的卡尔曼滤波法在危岩体变形分析中的应用

将AR(1)模型的模型参数作为状态向量,用卡尔曼滤波法进行危岩体变形分析.实例计算表明,这种方法能够提高AR(1)模型的拟合精度和预报精度.     

石丫口危岩体崩塌运动分析

在对石丫口危岩体的大小、崩塌方向、裂隙和结构面产状及组合与交切关系等特征的基础上,根据R·M·Spang(1978)的研究成果,计算了危岩体的运动轨迹。结合工程实际情况,提出了"挡墙+拦石墙"的防治措施,为相关类型危岩体防治提供参考案例。     

基于FLUENT的二维滑坡涌浪数值模拟

本文从N-S方程出发,建立了二维滑坡涌浪控制方程,使用二维非定常分离隐式PISO算法求解方程。通过UDF(User-Defined Function)编程,采用动网格技术控制滑体的运动,结合RNGk-ε湍流模型并采用VOF方法跟踪非线性自由表面流场,基于流体计算软件FLUENT模拟滑体下滑所引起的水的速度、自由表面高度变化以及流动过程,并将数值计算结果与Monaghan和Kos的试验数据进行比较。算例表明:本模型能很好地模拟出滑体下滑过程中孤立波的产生和传播以及涡流的形成。在此基础上,本文还研究了滑体速度对水体自由表面变形的影响。     

基于地面三维激光扫描的三峡库区危岩体监测

三峡水库周期性蓄水改变了岸坡内的地下水渗流场和应力场,降低岩土体的剪切强度,对库岸边坡、岩体稳定性影响很大。以往库区岸坡岩体形变监测主要通过设置固定点进行观测,难以发现岩体整体变化情况。地面三维激光扫描方法能获取岩体整体表面厘米精度的点云数据,具有无需接触目标、获取速度快、精度高等特点,非常适合库区高陡危岩体表面三维形变监测。以巫山箭穿洞危岩体为例,采用地面三维激光扫描方法对箭穿洞危岩体进行了为期2年（2017—2018年）共3期监测,以第一期观测目标周围稳定岩体数据为基准,对数据进行重叠点云迭代配准,点云配准精度优于±2.7 cm。针对箭穿洞危岩体在观测时段内的变化情况,构建危岩体区域的基准不规则三角网模型,以点到基准面最近距离法结合危岩体变化区间分析其变形。通过对比分析箭穿洞危岩体3期观测数据,发现相对于2017年,2018年箭穿洞危岩体左侧岩体有变形趋势;在库区蓄水阶段,危岩体局部多处存在明显凹陷变化,局部因蓄水影响发生约−0.03～−0.07 m变形。结果证明三维激光扫描技术在库岸高陡边坡形变监测中的有效性,为三峡库区高陡危岩体形变监测及地质灾害防治工作提供了参考。     

龚家方4号斜坡涌浪数值模拟分析

对于库区滑坡来说,不能只考虑滑坡体本身造成的灾害,还要考虑滑坡体引起的涌浪灾害,为了研究滑坡涌浪的传播、衰减规律,在Geo-wave软件的技术上,二次开发形成FAST软件。以三峡库区龚家方4号斜坡为研究对象,分别在175、156、145 m的库水位条件下,在长约23 km、宽约10.4 km的区域内进行涌浪数值模拟,获得涌浪传播模拟数据。经过模拟软件数据处理模块的计算分析,形成了分析涌浪传播规律的一系列图件。对不同水位下涌浪模拟的计算结果进行对比分析发现,随着库水位的下降,滑坡产生的最大涌浪值和在对岸的爬高值都有增长的趋势,但其对航道存在威胁的时间逐渐变短。模拟区各位置的最大波高空间分布形态具有中间内凹、两翼沿岸坡延伸的特征。涌浪传播的急剧衰减区基本分布在涌浪源附近1 km的范围内,涌浪源处的波高越大,单位距离内的涌浪下降高度也越大。由于涌浪在岸边有叠加、壅高现象,建议航道内船只经过地质灾害点附近时应沿江中心快速通行。     

黄泥岭岩体的基本特征

黄泥岭岩体出露于华北板块北缘东段，自老至新（剔出中生代侵入岩后）可划为七个单元，归并为两个序列，两个独立单元。其中菜子序列和黄泥岭序列为岩体的主要组成部分，演化规律：由基性—中性—中酸性—酸性；稀土元素球粒陨石标准化图式由较平缓型向右倾型演化；结构由细粒—中粒—似斑状。岩体经历了同碰撞期—造山晚期演化阶段（Ｐｔ＿３—∈＿３）。呈两侧对称的北西向带状展布，老的在两侧，新的处中间。岩体的就位机制经历了热点—扩张—扩充三个阶段，颇具大洋中脊基性岩墙群依次向外扩张的特点，最终形成了具四期以上侵入活动的复式深成杂岩体。     

基于实测的望霞W1危岩体失稳动态过程分析

在地质调查和现场监测的基础上,研究了望霞W1危岩体变形-演化的动力学过程。危岩体位于重庆市巫山县两坪乡,受裂隙切割成柱状。岩性为中厚层硅质、泥质灰岩夹燧石层,危岩体下部基座为粉砂岩、粘土岩及煤线,形成上硬下软的地层结构。研究表明:危岩体局部变形失稳过程与整体失稳过程的位移变形曲线表现出相似性,可划分为前期累积变形、匀速变形、加速变形和临界加速变形等四个阶段。望霞危岩的特殊地质结构、地质环境为危岩的孕育和破坏提供了地质基础。人为活动和降雨对危岩的变形破坏具有显著的影响。     

基于实测的望霞W1危岩体失稳动态过程分析

在地质调查和现场监测的基础上,研究了望霞W1危岩体变形-演化的动力学过程。危岩体位于重庆市巫山县两坪乡,受裂隙切割成柱状。岩性为中厚层硅质、泥质灰岩夹燧石层,危岩体下部基座为粉砂岩、粘土岩及煤线,形成上硬下软的地层结构。研究表明:危岩体局部变形失稳过程与整体失稳过程的位移变形曲线表现出相似性,可划分为前期累积变形、匀速变形、加速变形和临界加速变形等四个阶段。望霞危岩的特殊地质结构、地质环境为危岩的孕育和破坏提供了地质基础。人为活动和降雨对危岩的变形破坏具有显著的影响。