水位骤变触发库岸堆积层滑坡的物理模型试验及机理分析

库区水位骤变容易引起库岸边坡堆积层滑坡,而水库库岸滑坡往往会直接造成水工建筑物的损毁、减少有效库容,因此深入研究其诱发机理和变形破坏模式具有重要意义。本试验在模型箱内进行,其净空尺寸为100cm60cm60cm（长宽高）,内设不透水底板模拟基岩体,通过水闸可以实现水位的骤降。在不透水底板上填筑有厚度约为20cm的堆积层,并在堆积层内部埋设传感器,用于测量土压力和孔隙水压力的变化过程,并在试验全过程中用摄像机记录了滑坡的变形位移情况。试验结果表明：在水位上升过程中堆积层表面会形成张拉裂缝,边坡前缘涉水区域发生局部破坏,主要是由于库水入渗后,水对岩土体会造成抗剪强度弱化; 水位骤降时,堆积层会沿着基岩面发生整体下滑,滞留在土体中的孔隙水压引起的渗流力是导致该滑坡发生的主要因素; 由于水库库岸堆积层滑坡是在渗流力牵引作用下发生,故滑坡失稳模式一般为牵引式滑坡。     

渗透性与降雨强度对堆积层滑坡稳定性的影响

本文基于非饱和渗流理论及非饱和土的Fredlund双应力变量强度理论,对一沿岩土接触面滑动的堆积层滑坡模型,分别进行了8种条件下的降雨入渗数值模拟试验,研究了不同土体渗透性及降雨强度对滑坡稳定性的影响。结果表明:(1)堆积层滑坡的稳定性与土体的渗透性有密切关系,在降雨后的短期内,土体渗透性越好,滑面孔隙水压力升高越明显,滑坡的稳定性降低程度越大;(2)降雨期间,埋深较浅的滑面,入渗雨水能够较快到达,对滑坡稳定性的影响较大;(3)在相同的降雨时间内,降雨强度越大,滑坡稳定性降低速率越快;(4)降雨强度影响着滑坡发生的滞后性,在降雨总量一定的条件下,若降雨强度较大,雨停后,滑坡稳定性继续下降的程度较大;(5)降雨总量控制着滑坡的最终稳定性。     

地形坡度对鄂渝地区水库型堆积层滑坡贡献率研究

堆积层滑坡是库区常见的滑坡类型之一,而地形坡度是滑坡发育的重要内因,研究地形坡度与堆积层滑坡发生概率之间的关系对水库型堆积层滑坡的危险性评价具有重要意义。以三峡库区及丹江口库区的139处堆积层滑坡为例,首先,将滑坡地形坡度以每隔5划分为一个区间,总共分为7个区间; 在此基础上,采用贡献率方法,定量研究了地形坡度分别对滑坡数量、面积、体积的贡献率; 最后,通过迭加统计,得到了不同坡度区间对滑坡发生的综合贡献率。结果表明, 15～25的地形坡度对水库型堆积层滑坡的贡献率最高, 10～15及25～30的地形坡度对水库型堆积层滑坡的贡献率中等,小于10及大于30的地形坡度对水库型堆积层滑坡的贡献率最小。研究结果可为具有类似地质背景的水库型堆积层滑坡危险性评估及防治规划提供参考依据。     

降雨诱发的浅表堆积层滑坡成因机理与稳定性预测模型

强降雨引起的滑坡多以浅表堆积层滑移为主,易群发、危害性大,其地下水和土体内部含水率对降雨的水文响应机制复杂,难以精准开展稳定性预测。为研究降雨引起的滑坡水文响应对稳定性的影响,以四川省青川县后山里滑坡为例,开展现场降雨入渗监测、相关性分析和力学分析。通过连续3年的降雨量、土体水分和地下水位等监测,分析降雨入渗-土体体积含水率-地下水位的响应规律,得到降雨量与地下水位的相关关系,并基于无限斜坡稳定性计算公式构建基于降雨量和地下水位埋深的浅层滑坡稳定性预测模型。结果表明：（1）年内地下水呈周期性波动,分为缓慢下降期、快速下降期和快速上升期三个阶段,且降雨量与地下水埋深呈线性负相关,与水位升幅相关性不显著;（2）根据稳定性预测模型确定了该滑坡失稳的临界降雨阈值为81.8 mm/d,地下水埋深阈值为0.73 m。研究结果可为降雨诱发浅表堆积层滑坡的预警预报提供参考。     

基于数值模拟的三峡库区典型堆积层滑坡变形预测方法

目前对堆积层滑坡的变形预测大多基于数学模型或方法,忽略了引起滑坡位移显著变化的动力外因及滑坡自身的地质特征,因此,预报准确度和可信度较低。以三峡库区典型堆积层滑坡--鹤峰场镇滑坡为例,通过4组主要控制因素科学组合构建了滑坡的基本地质模型;以此为基础,重点考虑引起滑坡发生变形的库水作用动力因素,建立滑坡的数值-力学模型。通过实际监测点的变形监测结果与数值-力学模型中模型监测点的变形进行拟合分析,获取了实际时间与数值-力学模型中时步的等效关系;基于时间-时步等效关系及三峡水库设计水位调度曲线,得到了不同时步水位的波动特征;通过时步的外延,并在相应的时步段对数值-力学模型施加等效时间的库水作用,预测了滑坡在未来库水位变动条件下的变形。该预测方法既考虑了滑坡的工程地质模型又考虑了地下水作用效应,克服了纯数学方法预测的不足。     

堆积层滑坡水动力位移耦合预测参数及其评价方法研究

在系统分析滑坡的物质组成和失稳动因的基础上,分析和研究了地下水在滑坡稳定性演化过程中的卸载与加载动力作用及其位移响应规律和特点。从非线性系统动力学角度,提出了运用地下水卸加载动力与位移响应耦合预测参数来评价边坡稳定性演化规律与失稳特征,即以地下水位变化量作为堆积层滑坡的卸加载动力参数,以相应的位移作为其卸加载响应参数,建立和确定了地下水卸加载动力与位移响应比预测参数与评价模型。同时,运用损伤力学基本原理,建立了其卸加载响应比与坡体损伤变量和稳定性系数的定量关系以及失稳判据。以三峡库区典型堆积层滑坡分析为例,运用地下水动力与位移耦合预测模型对其稳定性进行了分析与评价,发现地下水动力位移耦合预测参数变化与边坡稳定性实际动态演化规律基本吻合。研究成果表明,所确定的参数是水诱发型堆积层滑坡的一种有效位移动力评价参数,可运用该参数对该类滑坡的动态稳定性进行实时监测预警与评价。     

堆积层滑坡地震动力响应的物理模型试验

以玉树7.1级地震诱发的玉树机场路堆积层滑坡为对象,该滑坡坡度约为10o,长×宽×厚为317 m×482 m×19.8 m,由以碎石土为主的上覆层、卵石土为主的滑动带及基岩3层组成,开展大型振动台模型试验,探究震后边坡再次承受振动荷载的能力以及地震垂直分量对坡体稳定性的贡献,分析其动力响应特征和失稳破坏机制。结果表明,强震作用下堆积层滑坡的永久变形是造成地震地质灾害的重要因素;随着输入地震荷载增大,坡脚率先破碎沉降,坡体中部产生弧形裂隙并产生沉降,坡顶出现贯穿张裂隙和剪切裂隙并向坡腰推进,表现出典型的牵引性滑坡特征;峰值加速度(PGA)、动土压力以及加速度频谱与输入地震波的强度、滑坡高程呈正相关;PGA放大系数呈现出明显的非线性特征,其变化趋势随地震荷载强度增大而减小,地震波垂直分量对滑坡PGA放大系数影响略大于水平分量。     

基于颗粒流方法的堆积层滑坡运动过程模拟

以颗粒流离散元为研究方法对勉县杨家湾十组堆积层滑坡破坏方式与运动过程进行数值模拟研究。通过PFC^2D双轴模拟试验所标定的岩土体宏观模拟参数与室内试验所获取的宏观实测参数进行对比,确定堆积层滑坡所需的颗粒细观参数,然后将标定的细观参数代入堆积层滑坡模型,对滑坡破坏方式及运动过程进行模拟研究。结果表明：滑坡破坏在初始阶段蠕滑变形累积,滑坡体挤压坡脚,直至坡脚产生剪切破坏,并向上牵引发展,使得滑坡整体顺接触面破坏下滑并堆积于坡脚,表现为典型的牵引式渐进破坏,结果与实际情况基本吻合。研究认为,采用颗粒流方法对堆积层滑坡破坏与运动过程的模拟研究具有较高的适用性,对该类滑坡防治具有一定的参考意义。     

降雨诱发型堆积层滑坡的位移动力学特征分析

根据降雨诱发型堆积层边坡物质组成特点与位移构成性质,建立了边坡粘弹性位移动力学模型与位移动力学方程,并以此为基础系统分析了其位移动力学行为和特征以及位移与地下水位或降雨量定量关系,发现了边坡的位移动力学特征主要取决于边坡的地下水位及其变化规律,且其位移和位移速度在整体失稳前具有强烈的波动性。上述位移动力学规律表明,仅运用位移或位移速度作为单一动力学响应参数来评价与预测该类边坡稳定性存在一定局限性。因此,选择和建立堆积层滑坡的位移多源信息预测理论与模型将具有重要的理论意义与实用价值。     

基于动力响应时程特征的堆积层滑坡失稳概率分析

地震是触发滑坡发生的重要因素,汶川地震导致龙门山地区产生多处滑坡灾害。受强震的影响,众多天然状况下处于稳定状态的堆积层坡体发生了失稳破坏。通过对该地区某堆积层滑坡进行地质调查的基础上,阐明了地震作用下此类滑坡的变形破坏机理。采用有限元对其在地震作用下的稳定性状态进行了数值模拟,研究了这类堆积层滑坡在地震作用下的动力响应时程特征。分析了地震作用下堆积层滑坡的失稳概率,综合得知该滑坡在地震作用下处于欠稳定状态,从而合理的评价了滑坡的稳定性。     

基于颗粒流模拟的堆积层滑坡过程分析

基于颗粒流离散元程序模拟了堆积层滑坡变形破坏及滑动的全过程。结合现场地质调查资料,总结了拜殿乡Ⅰ号滑坡的成因机制及影响因素,分析表明该滑坡是在内外因共同作用下的结果,其主要原因是滑体物质松散,雨水入渗形成软弱滑动带,导致坡体的变形滑动。采用数值试验确定土体细观参数与宏观力学性质的关系,建立拜殿乡Ⅰ号滑坡数值模型,考虑降雨对滑带土强度的软作用化,对滑坡变形破坏及滑动全过程进行了模拟。模拟结果表明：滑带土强度降低后坡脚出现剪切破坏集中区,后缘处出现拉张裂破坏集中区,随着坡体缓慢的蠕动变形,坡脚的裂隙范围逐渐扩大,坡体中后缘出现多条拉张裂隙;根据滑体的运动速度将滑动过程分为蠕动变形、滑动加速、滑动减速和缓慢堆积4个阶段;滑坡滑动情况和最终堆积状态表明拜殿乡Ⅰ号滑坡严重威胁龙潭村小学及乡村公路的安全,模拟结果对该滑坡的工程治理具有重要的指导价值。     

基于地形地貌因子的大关县堆积层滑坡孕育规律研究

为了揭示复杂山区堆积层滑坡的孕育规律,本文基于大关地区98处堆积层滑坡的基础资料,利用综合影响指数分析法,展开地形地貌因子对滑坡发育程度影响指数的分析研究,划分不同因素对滑坡发育的影响指数等级。不同地形地貌条件对堆积层滑坡发育、发生的影响程度差异很大,高差中等（60～90m）、坡向北东、西向（NE,W）的凸型（T）、缓（21～35）斜坡最利于滑坡的发育。在分析结果的基础上,初步建立滇东北山区基于地形地貌因素的堆积型滑坡发育程度（条件）评价标准,为地质灾害调查提供一种快速判别不稳定斜坡发育程度的方法。     

降雨作用下堆积层滑坡动力失稳的尖点突变模型研究

针对降雨作用下堆积层滑坡动力失稳问题,考虑滑坡后缘裂隙积水作用,提出了一个简单的力学模型。由滑坡系统在平衡曲面上时处于准静态状态,得到系统的总势能函数,建立了滑坡系统动力失稳的尖点突变模型,给出了滑坡动力失稳问题的一般方程,得到了滑坡系统失稳前后的变形跳跃幅值、能量释放量和滑体弹冲剧发速度的一般表达式,基于Weibull分布的滑动带岩土体本构关系为其特例。通过对尖点突变模型临界状态的分析,得出降雨作用下堆积层滑坡动力失稳是内因和外因共同作用的结果,深化了对滑坡失稳机理的认识。     

考虑滑带强度参数分区取值的堆积层滑坡稳定性分析方法

对于存在滑带土应变软化效应的堆积层滑坡,在根据弹塑性有限元法获得坡体应力场的基础上,由滑带上任一点剪应力与抗剪强度大小关系,考虑滑带土的峰值强度、过渡强度和残余强度,提出了包括推移式滑坡与牵引式滑坡的滑带抗剪强度分区方法;进而结合传递系数法,给出了考虑滑带土不同区段抗剪强度参数取不同值的斜坡稳定性分析方法;讨论了基于理想弹塑性、考虑应变软化和弹性本构模型获得坡体应力场的有限元方法对稳定系数的影响。实例分析表明,这3种方法计算的斜坡稳定系数差异较小;考虑滑带分区得到的斜坡稳定系数比不考虑分区的峰值稳定系数约小14.1%～21.6%。     

基于邻近域特征的堆积层滑坡多维地电信息成像监测技术研究

堆积层滑坡作为一种非线性系统变形演化规律复杂,准确量化坡体形变过程中滑移面边界变化、降雨入渗边界、水头边界和流量边界等重要参数是堆积层滑坡变形破坏机理研究的基础。此项研究基于电阻率成像技术,可依据岩土体成分、结构的不同和地层间电性的差异实现快速、多维剖面成像,并通过深度神经网络建立了浅层高分辨率电阻率成像数据和各类监测数据的“时间-空间-属性”邻近域特征信息统一表达矩阵,实现了各监测项空间权重的快速收敛。在此基础上,用逐层、逐个递推式回归分析方法分析深层电阻率成像数据,准确构建了反映堆积层滑坡形变过程的内部结构多维电性特征模型。试验证明,该方法有效地提高了各类边界参数基于地电信息成像监测结果的实时性和准确性,为堆积层滑坡形变破坏机理研究提供理论与方法支撑。     

堆积层-基岩接触面滑坡的形成机理——以祖师庙滑坡为例

为了研究堆积层-基岩接触面滑坡的形成机理,以陕西省岚皋县广泛分布的堆积层-基岩接触面滑坡为研究对象,采用野外调查和数理统计的方法,总结了该类型滑坡的基本特征,并以祖师庙滑坡为例,借助室内试验和数值模拟手段,研究了堆积层-基岩接触面滑坡的形成机理。结果表明:1)堆积层-基岩接触面滑坡主要发育在坡度为20°~40°、下伏基岩为碎裂状结构的斜坡,多为浅表层滑坡;2)碎石土和堆积层-基岩接触面的内摩擦角随含水量增大而降低,堆积层-基岩接触面是斜坡变形破坏的软弱结构面;3)细颗粒物质的增加降低了堆积层-基岩接触面的内摩擦角,且细颗粒粒径越小,内摩擦角也越小,在饱和状态下降幅度越大;4)因细颗粒物质在堆积层-基岩接触面处聚集造成的强度降低和因水文地质条件改变造成的滑带土饱和是祖师庙滑坡主要的诱发因素。研究结果对揭示堆积层-基岩接触面滑坡的形成机理和地质灾害防治具有一定的指导意义。     

对滑坡防治工程相关规范中渗流问题的研究

渗流对滑坡稳定性至关重要,在松散堆积层滑坡稳定性评价中如何正确反映渗透力的作用是岩土工程界近年来讨论的热点。目前涉及滑坡防治工程的有关国家规范已经考虑渗流的影响,但在渗透力的重复计算上存在突出的问题,一些重要的概念和原理亟待从源头上进行澄清。文中以流体力学的基本理论为依据,从渗透力概念定义的微观源头上,证明了渗透力是一种等效力。在非压缩流体条件下,无论稳定流还是非稳定渗流,渗透力与浮力的共同作用效果与周边孔隙水压力是完全等效的。针对滑坡渗流模型,从宏观上再次证明了上述等效性原理,且表明在流网比较简单的条件下,采用渗透力计算比较简便,论证了更为严格的条件下条分法的下滑力中应考虑渗透力和浮力的影响。在此基础上,对现有规范的稳定性评价和滑坡推力计算方法进行了修正,定性和定量地评价了现行规范评价方法的偏差对滑坡设计推力和工程造价影响的程度。实际算例表明,现行规范的设计推力偏大5 %以内,主体工程造价偏大幅度基本与此相当,并略低。     

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-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...