强降雨作用下的浅层滑坡稳定性分析

根据实测和室内物理力学试验结果以及工程实践，研究强降雨作用下浅层滑坡稳定性系数与滑面带抗剪强度指标及滑体饱水面积比三者的关系，建立其数理统计相关式。依据建立的数理统计相关式，对采用不分离接触弹塑性有限元强度折减算法分析强降雨作用下浅层滑坡稳定性的难处进行初步探讨。结果表明：首先，可以利用建立的数理统计相关式，选择不同滑体饱水面积比求出强降雨时滑面带的等效抗剪强度指标，作为不分离接触弹塑性有限元强度折减算法中滑面带上接触单元的抗剪强度指标；然后，采用该算法分析强降雨作用下的浅层滑坡稳定性，通过建立的数理统计相关式计算滑坡的稳定性系数，为该类型浅层滑坡稳定性分析和较准确地预报提供更加可靠和充分的依据。研究结果揭示了强降雨对浅层滑坡变形解体和破坏的作用机理，表明强降雨是诱发浅层滑坡的最关键因素。     

独田教育小区滑坡稳定性及失稳原因分析

独田教育小区滑坡导致48间民房破坏,迫使20余户搬迁,造成巨大的经济损失。本滑坡失稳的为人为因素、水文条件以及地质条件共同作用引起的。分别运用强度折减拉格朗日法软件FLAC/SLOP和极限平衡法对滑体的稳定性进行分析,滑坡稳定系数分别为0.93和0.95,两者结果基本一致,表明该边坡处于失稳状态。同时也表明FLAC/SLOP软件能够简便、快捷地确定滑坡稳定系数,对工程技术人员有一定的参考价值。     

顺层滑坡弹塑性接触有限元稳定性分析

有限元强度折减法可以作为极限平衡分析方法的一种逆过程。根据已有文献报道和工程实践,建立有限元强度折减法与极限平衡法计算稳定性系数的数理统计相关式,为充分利用极限平衡法计算滑坡稳定性系数的优点、发挥有限元强度折减法计算滑坡稳定性系数的优势和保证滑坡稳定性系数计算及分析的可靠性提供更加充分的依据。确定有限元强度折减法中滑体(包括滑带)的强度参数和重度、精确划分网格和收敛准则等原则。通过工程实例分析认为,这些原则的确定在风化岩质顺层滑坡稳定性系数计算及稳定性分析中是正确的,可作为该类型滑坡稳定性分析和计算的参考。采用不分离接触弹塑性有限元强度折减法分析高度非线性问题的风化岩质顺层滑坡稳定性,可以更加逼真地反映滑坡变形、破坏的实际情况。     

碎石土滑坡变形解体破坏机制及稳定性研究

为总结碎石土滑坡的一般发育规律,分析碎石土滑坡的稳定性,揭示碎石土滑坡变形解体破坏的机制、碎石土古滑坡复活破坏主要机制和其主要诱发因素,通过资料搜集整理和分析、现场工程地质调查与勘探、现场测试与监测和室内外的物理力学试验,以地貌学、系统工程学观点,采用数理统计分析法、不平衡推力法、大变形弹塑性有限元算法、弹塑性有限元接触算法,运用非线性科学的尖点突变理论和碎石土边坡地下水管网状排泄系统的理论,系统研究碎石土滑坡的发育规律,分析滑坡体位移与降雨量以及滑坡稳定性系数与滑体饱水面积比、滑面岩土体抗剪强度参数之间的相关关系,建立碎石土滑坡位移与降雨量的通用统计模型和强降雨作用下浅层滑坡的尖点突变模型,分析降雨对碎石土滑坡稳定性的影响,揭示碎石土滑坡变形解体破坏机制以及碎石土古滑坡复活破坏机制和诱发因素,并提出碎石土滑坡稳定性分析方法.研究取得以下主要成果:(1) 碎石土自然边坡地下水排泄的管网系统发育,地下水的渗流具有很大的不均匀性和集中渗流的特性;碎石土滑坡的变形破坏是一个缓慢的发展过程;降雨(特别是强降雨)是碎石土滑坡的主要触发因素.(2) 分别对典型浅层和中层松散土质滑坡坡体位移、降雨量进行指数模型和幂函数模型的非线性回归分析和比较,发现浅层和中层松散土质滑坡坡体位移与降雨量相关关系一般服从幂函数分布规律.研究表明,滑坡稳定性系数与滑体饱水面积比的关系服从线性分布,滑坡稳定性系数随滑体的饱水面积比增大而减小.影响碎石土滑坡稳定性主要因素的敏感性分析结果表明,各种因素按敏感度从大到小排列,依次为滑面岩土体内摩擦角、地形坡度、滑体饱水面积比和滑面岩土体的黏聚力.(3) 提出采用不分离接触弹塑性有限元强度折减法分析顺层滑坡的稳定性和计算滑坡稳定性系数的新方法.结合工程实例分析表明,采用该方法分析顺层滑坡的稳定性可以更加逼真地反映滑坡变形、解体和破坏的实际情况. (4) 采用大变形弹塑性有限元极限塑性应变分析法确定碎石土滑坡的滑动面,并根据极限状态下塑性应变值的大小确定滑面不同抗剪强度取值段,提出全面考虑滑面上岩土体抗剪强度不同发挥程度的不平衡推力法,并通过实例分析表明该方法能更加精确地计算碎石土滑坡的稳定性系数和分析滑坡的稳定性,并更加真实地反映滑坡所处的实际状态.(5) 采用三维弹塑性接触有限元强度折减法计算碎石土滑坡的整体稳定性系数和分析滑坡稳定性及其变形解体破坏过程,揭示碎石土滑坡变形解体破坏的机制.结果表明,采用该方法可以考虑滑坡体的空间效应,更好地反映碎石土滑坡所处的实际状态及滑坡的滑动过程.提出利用三维弹塑性接触有限元算法的计算结果计算三维斜坡中任意剖面对应的边坡稳定性系数的方法,并与不平衡推力法和二维接触弹塑性有限元强度折减法计算滑坡稳定性系数的结果进行比较表明,新方法更适合分析碎石土滑坡的稳定性.(6) 结合工程实践,对降雨作用下碎石土滑坡的变形解体破坏过程进行分析,揭示降雨作用下碎石土滑坡变形解体破坏的主要机制和一般的力学机制,同时研究结果表明强降雨和长时间一定强度的连续降雨或强降雨分别是浅层碎石土滑坡和中深层碎石土滑坡发生失稳的主要触发因素.另外,提出采用滑体饱水面积比的等效抗剪强度的二维或三维弹塑性接触有限元算法与不平衡推力法相结合模拟分析降雨对碎石土滑坡稳定性影响的方法.并对碎石土古滑坡复活破坏过程和稳定性进行分析,揭示降雨作用下碎石土古滑坡复活破坏的主要机制和长时间一定强度的连续降雨或强降雨是碎石土古滑坡失稳复活的主要触发因素.同时,研究结果表明采用三维大变形弹塑性接触有限元算法分析碎石土古滑坡的稳定性,可以考虑滑坡体的空间效应,使分析结果更加准确.(7) 根据已有坡体滑动位移与降雨量的相关数据,建立一个强降雨作用下浅层滑坡的尖点突变模型,揭示强降雨作用下浅层滑坡突发失稳的破坏机制和强降雨是浅层滑坡最关键的触发因素和影响浅层滑坡稳定性系数大小的最主要外部因素.同时,根据建立的尖点突变模型,揭示少数浅层滑坡在强降雨过后突发失稳的滞后原因.     

基于颗粒流数值模型的土质边坡渐进破坏过程仿真分析

传统极限平衡法和有限元强度折减法很难真实反映材料的破坏过程,严重制约了边坡的渐进破坏研究。利用颗粒流软件,设计了0.1m粒径高10m土坡数值模型,初始模型在重力作用下不会发生破坏,通过单独折减粒间粘聚力、单独折减粒间摩擦系数和在初始模型上施加0.1g水平地震加速度等3种方法使得边坡发生破坏,发现粘聚力折减,边坡的初始局部破坏接近于刚体假设,破坏属于渐进破坏,滑体破碎较轻,运动距离不远,最终多级组合滑面接近于弧形,不适用整体分析;摩擦角折减使得边坡发生整体破坏,滑体为弹塑性体,滑体破碎,适用整体分析,滑体运动相对较远;地震作用下,坡体也属于整体滑移,滑体破碎,影响范围和运动范围最大。边坡失稳的剧烈程度是地震作用摩擦角弱化粘聚力弱化造成的坡体失稳。破坏是个动态渐进势能动能转化消减,滑体再次趋于稳定的重新破碎堆积的过程。     

川西松潘上窑沟古滑坡复活特征及危险性预测研究

随着近年来人类活动加剧和极端天气的频繁出现,古滑坡复活问题日益突出,严重威胁着工程设施和城镇安全。以青藏高原东缘松潘县上窑沟古滑坡为例,在剖析古滑坡复活特征的基础上,分析了不同重现期降雨条件下滑坡的破坏范围和失稳概率,并采用DAN~(3D)软件模拟研究了滑坡运动过程和堆积范围,开展了古滑坡复活的危险性预测评价。结果表明:(1)受坡脚浸润侵蚀和强降雨的影响,上窑沟古滑坡前缘局部H1已经复活,呈现出多级序、多期次活动的特点,目前地表宏观变形迹象清晰,存在进一步失稳可能;(2)H1在20 a一遇的10 d连阴雨条件下处于不稳定状态,失稳概率达99.12%,而后部的H2在100 a一遇10 d连阴雨条件下处于不稳定状态,失稳概率达96.36%,可能和前部H1发生连续失稳下滑;(3)仅前缘局部H1失稳时,滑体最远运移距离约350 m,堆积体前缘不会抵达居民区;(4)当后部H2和前部H1连续失稳时,滑体最远运移距离达550 m,沟口居民区的排导槽首端至国道G213间半径约150 m的扇形区遭受滑坡–碎屑流的危险性大。     

武隆鸡尾山滑坡发生机制与裂缝成因分析

由于鸡尾山向山体内斜倾岩体发生滑坡有其特殊性,必须搞清楚滑坡发生岩体的地质环境、地质结构与几何形态的特殊性、以及岩体与滑面的力学性质,进行滑体的稳定性与裂缝成因分析。在考虑滑体几何形态特征、地质结构与构造特征、岩体的岩溶裂隙发育性质、具有较大压缩性条件下,推导新的稳定性分析与岩体蠕滑压缩的弹性模型公式,计算弱层滑面与前侧壁面的等抗剪强度参数,估算滑动岩体的压缩量(即T0裂缝的内外侧宽度),从而证明T0裂缝是由滑体压缩发生的扩张裂缝,而不是有些研究中主张的拉裂缝,也证明蠕滑是由滑动岩体压缩而发生。根据滑体的几何重心靠外,产生偏心压与外侧压缩量大等原因,分析T1裂缝属拉张裂缝。分析计算结果表明,由于蠕滑导致滑体前部应力、应变最大,达到岩体压缩破坏强度,发生滑体前部岩体压碎并剪断前侧壁,从而解释了滑坡失稳原因。利用岩体蠕滑的弹性压缩模型公式,估算该岩溶裂隙灰岩滑体不同地段的压缩应力、前部岩体破坏应力、压缩量以及压缩模量和方向裂隙率。     

武隆鸡尾山滑坡形成机理数值模拟研究

2009年发生的重庆武隆鸡尾山滑坡,因滑源区斜坡岩层整体缓倾山内,缺乏有效的临空面和滑移空间,因此,在滑坡孕育过程中存在前缘岩溶带压缩变形、底部剪切滑移、后缘拉裂以及最终前缘关键块体(岩溶带)侧向剪断滑出等一系列的复杂动力学行为。这一过程存在显著的连续变形向非连续变形的过渡与转化,单纯用连续介质的有限元和离散介质的离散元来分析模拟都很难取得较好的效果。为探究鸡尾山滑坡的孕育过程和失稳机理,运用将连续–非连续单元有机耦合的大型数值模拟软件CDEM,模拟鸡尾山滑坡的失稳过程和形成机制。研究表明:滑体前方岩溶发育带具有"可压缩性",为滑体运动提供了一定的变形空间;滑源区下方的采矿活动产生应力重分布,滑带抗剪强度降低,滑体沿其底部软弱带发生剪切蠕滑,并逐渐形成滑体后缘拉裂缝;滑动块体在向前滑移过程中不断挤压向前缘"易压缩带",坡体应力自组织调整,并逐渐在前部三角区形成垂直的第二破裂面,前缘抗力体(关键块体)形成,最后剪断岩溶带个别与稳定山体咬合岩块,整体失稳破坏。数值模拟结果较好地揭示了武隆鸡尾山滑坡前缘视倾向展布岩溶带"软基效应"所提供"准临空面",重现了鸡尾山滑坡"蠕滑—拉裂—压缩(压碎)—剪切滑出"的致灾机理。     

顺层滑坡变形破坏过程分析

为了分析风化岩质顺层滑坡的变形破坏过程,采用弹塑性接触有限元强度折减法,计算滑坡的整体稳定性系数和分析滑坡的稳定性以及变形破坏过程。结果表明,风化岩质滑坡的变形破坏主要是由滑体沿滑面的位移的不一致和塑性应变的不断发展引起的;采用弹塑性接触有限元算法可以更好地反映该类型滑坡所处的实际壮态及滑坡的滑动过程,为该类型滑坡稳定性的准确评价和预测预报提供可资借鉴的方法。     

基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析

基于强度折减法的边坡稳定性评价只能获得静态单一的安全系数。为获得边坡渐进失稳过程中的稳定性状况,提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法,利用动态强度折减法搜索出渐进扩展的滑动面,并结合整体强度折减法计算安全系数的优势,在边坡渐进失稳过程中计算动态安全系数,从而实现对边坡失稳全过程的分析和调控。首先,利用动态强度折减法确定出一系列扩展的滑动面,然后,在每一步折减中降低滑动面的强度参数,随后采用整体强度折减法计算此刻的安全系数。最后进行滑动面扩展–安全系数的对应分析,根据安全系数的动态变化规律对边坡进行稳定性评价和支护。两实例计算表明,动态强度折减法获得的滑动面与实际监测数据相吻合,合理反映边坡(滑坡)的变形破坏特征。利用动态和整体强度折减法的各自优势,获得边坡渐进失稳过程中的一系列动态安全系数,更利于边坡的稳定性判断及支护措施建议。相比于极限平衡法,动态强度折减法也更适合于非均质边坡的稳定性评价,能搜索出正确的潜在滑动面。     

基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析

 基于强度折减法的边坡稳定性评价只能获得静态单一的安全系数。为获得边坡渐进失稳过程中的稳定性状况,提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法,利用动态强度折减法搜索出渐进扩展的滑动面,并结合整体强度折减法计算安全系数的优势,在边坡渐进失稳过程中计算动态安全系数,从而实现对边坡失稳全过程的分析和调控。首先,利用动态强度折减法确定出一系列扩展的滑动面,然后,在每一步折减中降低滑动面的强度参数,随后采用整体强度折减法计算此刻的安全系数。最后进行滑动面扩展–安全系数的对应分析,根据安全系数的动态变化规律对边坡进行稳定性评价和支护。两实例计算表明,动态强度折减法获得的滑动面与实际监测数据相吻合,合理反映边坡(滑坡)的变形破坏特征。利用动态和整体强度折减法的各自优势,获得边坡渐进失稳过程中的一系列动态安全系数,更利于边坡的稳定性判断及支护措施建议。相比于极限平衡法,动态强度折减法也更适合于非均质边坡的稳定性评价,能搜索出正确的潜在滑动面。     

Stability analysis of bank slope under conditions of reservoir impounding and rapid drawdown

Stability of an ancient landslide in a reservoir area is analyzed by using centrifugal model tests, soil laboratory tests and numerical analysis. Special attention is paid to variation in water level, simulation of large-scale heterogeneous prototype slope, and strength reduction of sliding zone soils after slope sliding. The results of centrifugal model test show that reservoir impounding can reduce sliding resistance at the slope toe, followed by toe collapsing and front cracking of slope. Rapid drawdown can produce hydrodynamic pressure towards reservoir at the front of slope. Deformation is observed in the middle and upper slope, which reduces the slope stability further and forms the pull-typed landslide trend. Reinforcement of slope toe is effective for preventing the progressive failure. The results of laboratory test show that slope toe sliding will lead to the redistribution of soil density and moisture content, which will reduce the shear strength of soil in sliding zone, and the cohesion of immersed soil is reduced gradually and finally vanishes with time. The numerical results show that the strength reduction method used in finite element method (FEM) is very effective in capturing the progressive failure induced by reservoir water level fluctuations, and the evolution of failure surface derived from numerical simulation is very similar to that observed in centrifugal model test.     

土体降雨滑坡中细颗粒运移及效应

针对土体中细颗粒迁移对滑坡泥石流启动的影响开展了实验,比较了不同纵横剖面的颗粒级配在不同位置及实验前后的结果。研究发现,沿土体深度方向均是细颗粒下移,中部聚集程度最高;沿坡面方向,在离土面相同距离的位置,后部细颗粒多,前部细颗粒少。可以初步认为,随着降雨入渗,细颗粒逐渐汇集到土体下部和土坡坡角,从而使相应位置的渗透性降低,孔压上升,孔隙水聚集于该处,形成滑动面,最后导致滑坡泥石流。     

Stability analysis of bank slope under conditions of reservoir impounding and rapid drawdown

Stability of an ancient landslide in a reservoir area is analyzed by using centrifugal model tests, soil laboratory tests and numerical analysis. Special attention is paid to variation in water level, simulation of large-scale heterogeneous prototype slope, and strength reduction of sliding zone soils after slope sliding. The results of centrifugal model test show that reservoir impounding can reduce sliding resistance at the slope toe, followed by toe collapsing and front cracking of slope. Rapid drawdown can produce hydrodynamic pressure towards reservoir at the front of slope. Deformation is observed in the middle and upper slope, which reduces the slope stability further and forms the pull-typed landslide trend. Reinforcement of slope toe is effective for preventing the progressive failure. The results of laboratory test show that slope toe sliding will lead to the redistribution of soil density and moisture content, which will reduce the shear strength of soil in sliding zone, and the cohesion of immersed soil is reduced gradually and finally vanishes with time. The numerical results show that the strength reduction method used in finite element method (FEM) is very effective in capturing the progressive failure induced by reservoir water level fluctuations, and the evolution of failure surface derived from numerical simulation is very similar to that observed in centrifugal model test.     

不平衡推力法在某滑坡中的应用

通木溪滑坡为一老滑坡.其前缘为滑坡强变形区,中部为弱变形区,上部为老滑坡区.滑坡复活始于1998年,近年来已造成不同程度的经济损失.在介绍不平衡推力法原理的基础上,利用该方法对通木溪滑坡进行稳定性分析,计算3种工况下的安全系数,最后提出工程整治措施.经对比得出,计算结果与野外调查实际情况基本相吻合.     

玄武岩纤维高性能混凝土轴拉和抗冲击韧性试验研究

研究了玄武岩纤维掺量对混凝土轴拉性能和抗冲击韧性的影响,观察了试件拉伸与冲击的破坏形态,测得了试件的轴拉强度、破坏冲击次数等指标。结果表明:随着玄武岩纤维掺量的增加,混凝土的轴拉强度先增大后减少;当玄武岩纤维掺量为5 kg/m³和10 kg/m³时,试件的轴拉强度相比素混凝土的轴拉强度分别提高了24.41%和50.17%;当玄武岩纤维掺量为15 kg/m³时,试件的轴拉强度相比素混凝土的轴拉强度降低了3.73%;各试件的冲击破坏裂缝均出现在试件中部;与素混凝土相比,玄武岩纤维掺量为5 kg/m³和10 kg/m³试件的破坏冲击次数分别增加了46.29%和69.66%,抗冲击韧性的改善效果明显;当玄武岩纤维掺量为15 kg/m³时,由于纤维分散不够均匀,导致试件的破坏冲击次数降低。     

基于环剪试验的汶川地震大型滑坡启动机理探索

2008年5·12汶川地震触发了大量滑坡灾害,牛眠沟滑坡是发生于震中的同震大型滑坡。经过现场调查,该滑坡启动后即与对岸山梁相撞并产生20 m爬高,估算速度达19.8 m/s,表现出高速启动特征。取滑带材料进行室内环剪试验,结果表明试样在不排水条件下具有很高的剪切液化能力,且动剪应力下容易液化,液化后材料视摩擦角仅为9.4°,从而得出地震滑带材料液化可能导致牛眠沟滑坡高速启动。通过能量方法,估算了不排水动剪试验材料的液化能量和地震过程通过滑带的地震能量。结果表明,滑带材料破坏所需峰值加速度为192 gal,液化所需能量为2.3×10~4J/m~2;汶川地震沿滑带方向提供最大地震加速度为799 gal,从而满足滑带液化的能量条件,并推测滑坡可能在地震初期突然触发。     

有限元强度折减法确定滑坡多滑面的方法研究

利用有限元分析软件ANSYS,采用强度折减法确定了典型工点边坡的安全系数,将塑性区贯通作为边坡破坏的判据,计算出滑坡体的滑动面位置和形状,分析结果表明,此方法可以有效的计算出滑动面特征,有较强的实用价值。