混沌理论在公路滑坡预报中的应用

基于腊寨某公路滑坡位移观测资料,运用混沌理论中的时间函数与分维数分析方法对滑坡位移及其矢量角变化规律进行深入研究．发现滑坡位移矢量角的时间相关函数C（t）与位移分维数随着滑坡失稳程度的加剧呈现明显的下降趋势。研究表明：滑坡位移及其矢量角与稳定状态具有同步的动态变化过程．说明混沌方法可用于滑坡动态评价和预报。     

堆积层边坡位移矢量角的形成作用机制及其与稳定性演化关系的研究

通过对堆积层边坡不同稳定性演化阶段的变形性质和基本构成的分析，发现堆积层边坡表层位移矢量角是由整体滑移矢量角、压缩位移矢量角、塑性变形位移矢量角及蠕动变形矢量角构成。且其构成比例是随着边坡的不同位置及不同稳定性演化阶段而变化。同时，对表层位移矢量角在堆积层边坡不同稳定性演化阶段的形成作用机制进行了深入分析与探讨，分别建立了堆积层边坡压缩变形阶段和塑性变形阶段的表层位移矢量角与相应位移速率及其他参数的定量关系，总结了位移矢量角在不同演化阶段及不同部位的变化规律。最后运用新滩滑坡不同演化阶段的实际位移监测资料进行了验证分析，发现新滩边坡稳定性不同，则演化阶段的坡体位移矢量角具有不同变化规律，而且这些动态变化规律与该边坡实际变形失稳阶段相吻合。     

位移矢量角在堆积层滑坡预测预报中的应用研究

引入能反映滑坡坡体受力方向变化规律的特征参数——位移矢量角,运用有限元程序ANSYS进行数值模拟,研究堆积层滑坡在不同部位的位移矢量角变化趋势,为滑坡预测预报提供参考依据。     

堆积层边坡表层位移矢量角及其在稳定性预测中的作用与意义

根据边坡不同稳定性的位移矢量角的形成机制以及对新滩边坡实际资料的分析，发现堆积层边坡的表层位移矢量角是描述和评价边坡整体稳定性的基本参数之一。它有明确的物理意义与预测预报标准，且受局部或随机因素影响较小，同时反映了边坡的变形受力条件与整体稳定性状态，在滑坡预测预报中有着位移或位移速率不可替代的作用。在此基础上，重点对边坡塑性滑移阶段的位移矢量角及其与稳定性的关系进行了系统的分析。运用数理统计趋势位移分析原理建立了边坡位移矢量角和位移速率双参数统计预测预报判据，克服了传统位移时序分析法单一参数预测理论的不足，并运用新滩边坡F系列监控点实际资料进行了双参数的后验稳定性验算与判别。预测结果与边坡的实际失稳时间与规律相吻合，说明该理论判据具有一定的精度和实用性。     

大位移滑坡形态的物质点法模拟

滑坡是一典型的动力大变形过程,对这种变形很大的问题如欲模拟其变形后的形态,应用传统有限元法会遇到较大困难。应用物质点法这一较新的数值方法对一高边坡发生滑坡的全过程进行了动态模拟分析,同时结合这一分析对大位移滑坡过程进行了讨论。首先将黏性阻尼与运动阻尼相结合,应用动态松弛技术生成边坡初始应力场,初始应力场与有限元计算结果相符。接着将土体黏聚力降为0,诱导稳定边坡滑坡。滑坡模拟过程表明,滑动面的位置和曲率在滑动过程中均不断变化,滑动模式由转动滑动向平动滑动转变,最终形成的稳定边坡坡角小于土体内摩擦角。     

滑坡位移分形参数Hurst指数及其在堆积层滑坡预报中的应用

 在系统分析堆积层滑坡的物质组成和位移失稳规律的基础上,根据分形理论基本原理,对该类滑坡的位移失稳过程所具有的非线性、突变性和分形降维特性进行较为深入的分析与研究。运用分形理论R/S分析法,确定滑坡位移时序分形动力学参数位移Hurst指数,并分别以三峡库区典型堆积层滑坡——新滩滑坡和黄蜡石滑坡为例,计算滑坡位移失稳过程的Hurst指数。分析和评价位移Hurst指数与边坡稳定性的关系,发现Hurst指数随着边坡由稳定向失稳的演化出现明显降维突变规律,且降维时间与滑坡整体失稳时间相吻合。这表明位移Hurst指数是堆积层边坡稳定性评价的一种有效非线性分形动力学参数,可以运用这个非线性分形参数对该类滑坡失稳演化趋势与规律进行非线性动力学评价与预测。     

基于监测数据的马坪滑坡稳定性分析

滑坡位移变形的产生及演变,对于滑坡安全稳定性的评价至关重要。本文以德化县马坪滑坡为例,利用位移监测数据,并结时间序列模型分析滑坡体的位移变化,在此基础上结合降雨、地下水等影响因素分析对今后滑坡的稳定性进行了预测。结果表明基于位移监测数据的时间序列模型具有较高精度,对了解边坡位移的发展趋势以及研究边坡的动态稳定性是有效可行的。     

基于位移动力学的堆积层滑坡稳定性评价参数及其应用研究

堆积层滑坡由于其结构和物质组成的特殊性,传统的位移监测方法很难对其进行准确的预测预报.根据位移动力学原理,通过分析堆积层滑坡变形破坏的动力学机制和位移矢量的变化特征,提出以垂直位移方向率作为滑坡稳定性的评价参数和失稳判据,从坡体应力应变角度探讨了其理论本质及其用于滑坡变形评判的可能性,并通过对新滩滑坡监测数据的计算和分析,发现应用垂直位移方向率作为评价参数和判据所得的预测结果与滑坡的实际状况基本吻合,说明垂直位移方向率可以作为一种新的边坡稳定性的预测判据.     

基于滑坡监测数据的预警判据研究

位移-时间趋势曲线是研究滑坡失稳预测十分重要的资料依据,它表明了滑坡变形程度及相对的稳定性程度。文章将边坡失稳时的总位移分解成位移的趋势项和位移的周期项,通过时间序列方法对滑坡位移进行预测。文章以德化县上涌镇桂林村马坪滑坡为例,在监测数据的模糊离散性与随机性的基础上以及变形参数所呈现的相关规律,通过GM(1,1)的灰色模型获得位移的趋势项,采用时间序列加法得到滑坡总位移预测值。通过对已获得的滑坡隐患点的监测数据与数值模拟结果的对比分析,建立数学模型,预测滑坡未来的位移趋势,研究滑坡预警判据,最终以位移速率来概化研究区内台风暴雨型滑坡的预警判据。结果显示,该预警判据对于了解边坡位移的发展趋势以及研究边坡的动态稳定性是有效可行的。     

水库型滑坡稳定性影响因素敏感性分析

为明确水库型滑坡稳定性主控因素，文中以树坪滑坡为研究对象，基于Geo-Studio软件及正交试验法，以滑坡稳定性系数为敏感性分析指标，对影响边坡稳定性的多重因素进行综合性敏感性分析。研究结果表明，影响滑坡稳定性系数因素的敏感性排序从大到小依次为内摩擦角、黏聚力、降雨强度、渗透系数、库水位下降速率、重度；树坪稳定性系数与黏聚力和内摩擦角呈正向关系，与降雨强度呈负向关系；边坡库水位由175m下降到145m的过程中，边坡稳定性系数呈先减小再增大的趋势，且始终低于初始值，转折点均位于160m处。研究成果可为类似边坡稳定性评价提供参考。     

降雨条件下折线型滑面的大型滑坡稳定性离心模型试验

以大型土工离心机为技术依托,采用离心模型试验,研究开挖和降雨对滑面为折线型的大型滑坡变形破坏和稳定性的影响。试验中采用变形标志点、颗粒图像测速技术(PIV)和可承受高离心力的传感器,在获取坡体土压力、孔隙水压力和位移矢量场的基础上,综合分析开挖和降雨诱发大型滑坡变形破坏的特征及失稳模式。试验结果表明,在滑面形态变化大的部位开挖卸荷容易引起折线型滑面大型滑坡的局部复活;受开挖卸荷和降雨影响,滑坡后缘的开挖斜坡位移最大且最先失稳;受降雨的影响,滑坡前部位移较大,坡体表面变形破坏严重,开挖斜坡下部发育一条次级滑裂面,滑坡后缘和开挖平台前沿滑面坡度突变处各形成一条潜在主滑裂面。离心模型试验显示折线型滑面的滑坡受开挖和降雨的影响可表现出分级分块滑动的变形破坏特征。稳定性分析表明,降雨使折线型滑面的大型滑坡不同滑段稳定性系数不同程度降低,滑坡后缘、开挖斜坡和滑坡前缘处于不稳定状态。     

基于假设检验原理的边坡临滑时刻的动态识别方法

 位移监测技术在边坡工程中的应用越来越广泛,如何根据动态监测信息及时掌握边坡稳定性状态,判定边坡的临滑时刻是有效实施滑坡预警、避免滑坡灾害发生的关键问题之一。在分析各种典型滑坡判据的基础上,确定将位移加速度大于0作为边坡的临滑判据;基于假设检验原理,将由观测得到的位移数据生成的位移速度变量看作是一随机变量,认为边坡在等速变形阶段时的位移速度变量服从正态分布,一旦进入加速变形阶段时则不服从正态分布,据此提出基于Lilliefors检验的边坡临滑时刻的动态识别方法。结合平庄西露天矿顶帮9•15滑坡过程中的监测数据,对边坡在不同变形阶段的位移速度变量进行形态检验,得出该边坡在等速变形阶段时,位移速度变量服从正态分布,进入加速阶段后服从指数分布,并且在剧滑前的一段时间内位移加速度变量服从正态分布,验证上述方法的合理性。研究结果表明,该方法能够及时、准确识别边坡的临滑时刻,可有效提高滑坡预警的可靠性。     

蠕滑型边坡动态稳定性系数实时监测及其位移预警判据研究

 滑坡的蠕滑位移过程本质上就是滑坡岩土体的损伤变形演化过程。因此,在系统分析蠕滑型边坡不同蠕滑变形阶段的变形演化特征与损伤破坏机制基础上,运用损伤力学基本原理,探索和揭示边坡蠕滑变形与其稳定性系数的相互内在联系,确定边坡的蠕滑位移与其坡体损伤变量及其稳定性系数的定量关系,并依此建立基于边坡蠕滑位移参数确定其动态稳定性系数的方法;同时,依据位移–时序曲线切线角速率和加速率参数变化规律,研究和确定基于安全系数的边坡稳定性位移监测预警判据 和边坡安全稳定预警时间 。最后,以典型鸡鸣寺滑坡为例,运用蠕滑型边坡动态稳定性系数与位移监测预警判据,对该滑坡的稳定性演化过程进行后验分析与评价,并同时与斋藤迪孝法预测结果进行对比,其分析评价结果与该滑坡实际稳定演化规律基本吻合,表明所提出和确定的有关位移监测预警判据参数,在蠕滑型边坡的稳定性评价与预测中具有一定的实用性和有效性。     

Deformation and failure mechanism of slope in three dimensions

Understanding three-dimensional(3D)slope deformation and failure mechanism and corresponding stability analyses are crucially important issues in geotechnical engineering.In this paper,the mechanisms of progressive failure with thrust-type and pull-type landslides are described in detail.It is considered that the post-failure stress state and the pre-peak stress state may occur at different regions of a landslide body with deformation development,and a critical stress state element(or the soil slice block)exists between the post-failure stress state and the pre-peak stress state regions.In this regard,two sorts of failure modes are suggested for the thrust-type and three sorts for pull-type landslides,based on the characteristics of shear stress and strain(or tensile stress and strain).Accordingly,a new joint constitutive model(JCM)is proposed based on the current stability analytical theories,and it can be used to describe the mechanical behaviors of geo-materials with softening properties.Five methods,i.e.CSRM(comprehensive sliding resistance method),MTM(main thrust method),CDM(comprehensive displacement method),SDM(surplus displacement method),and MPM(main pull method),for slope stability calculation are proposed.The S-shaped curve of monitored displacement vs.time is presented for different points on the sliding surface during progressive failure process of landslide,and the relationship between the displacement of different points on the sliding surface and height of landslide body is regarded as the parabolic curve.The comparisons between the predicted and observed load e displacement and displacement e time relations of the points on the sliding surface are conducted.The classi fi cation of stable/unstable displacement e time curves is proposed.The de fi nition of the main sliding direction of a landslide is also suggested in such a way that the failure body of landslide(simpli fi ed as"collapse body")is only involved in the main sliding direction,and the strike and the dip are the same as the collapse body.The rake angle is taken as the direction of the sum of sliding forces or the sum of displacements in collapse body,in which the main slip direction is dependent on progressive deformation.The reason of non-convergence with fi nite element method(FEM)in calculating the stability of slope is also numerically analyzed,in which a new method considering the slip surface associated with the boundary condition is proposed.It is known that the boundary condition of sliding surface can be described by perfect elasto-plastic model(PEPM)and JCM,and that the stress and strain of a landslide can be described properly with the JCM.     

Rainfall-induced unstable slope monitoring and early warning through tilt sensors

Real-time unstable slope monitoring is essential for recognition of landslide occurrence, as well as for early warning to reduce landslide-induced damages. This study investigated an unstable slope monitoring system that consists of tilt sensors aiming to establish an advanced time prediction model (TPM) for landslide early warning. The monitoring process utilized additional support devices (e.g. pipe strain gauges, water level gauges and a rain gauge) installed on a natural cut slope site. The tilt sensors could detect movements (in tilt angle) within the slope generated by heavy rains. Analysis of the recorded data revealed that the rate of movement, or tilt, was influenced by groundwater table fluctuations and antecedent rainfalls. A relationship between the tilt rate and the horizontal displacement calculated from pipe strain value has been established. Subsequently, a new classification of slope movement was proposed according to the tilt rates obtained from the deformation process of the slope. Considering the movement characteristics, two warning levels were identified such as warning and evacuation. Further, an advanced TPM was proposed in relation to realtime slope surface tilt rates. The TPM could provide efficient results at the continuous acceleration phase of the landslide occurrence. Therefore, we suggest this technique can be applied for monitoring and early warning of rainfall-induced shallow landslides.     

两级抗滑桩对坡顶建筑物的安全控制研究

采用两级抗滑桩对边(滑)坡进行治理过程中,当坡顶存在建筑物或者规划建设建筑物时,除了考虑边坡的整体稳定性,还必须良好控制坡顶土体位移量,从而保障坡顶建筑物的安全和稳定。该文通过建立有限元计算模型,分析了两级抗滑桩对坡顶土体位移的控制效果,探讨了浅基础离边坡的安全距离及深基础对边坡稳定性的影响。得到以下结论:坡顶土体位移主要受到二级抗滑桩的控制,且二级抗滑桩距离坡肩越近,坡顶土体位移越小；当坡顶存在浅基础时,坡顶土体位移越大,建筑物所需的安全距离(离边坡的距离)越大；当坡顶存在深基础时,桩基距离边坡坡肩越近,对边坡的稳定性越不利；相对于桩基所受垂直荷载,水平荷载对边坡的稳定性影响更显著。在此基础上,对广西某滑坡进行了优化设计,最终实测结果表明两级抗滑桩对桩顶土体位移控制效果良好。     

顺向坡岩层倾向与坡向夹角对斜坡稳定性的影响

 顺向坡是岩质斜坡中稳定性最差、最易变形破坏的斜坡类型,顺向坡岩层倾向和坡向夹角的上限与岩质密切相关。为了分析不同岩质顺向坡岩层倾向与坡向夹角对斜坡稳定性的影响,建立考虑侧限顺层平面型斜坡的稳定性计算模型。考虑斜坡侧向边界阻滑效应,结合直剪试验岩桥贯通理论计算侧向阻力,以T2b2和T2b3分别作为软、硬岩代表,分析不同岩质顺向坡岩层倾向和坡向夹角变化对斜坡稳定性影响的敏感程度,最终给出顺向坡岩层倾向和坡向的上限夹角。结果表明：在考虑侧限时,硬质岩岩层倾向与坡向夹角变化对斜坡稳定性影响的敏感程度高于软质岩,取30°为顺向坡岩层倾向与坡向夹角的上限较合适。通过三峡库区库首至巴东段滑坡统计,验证分析结果的合理性。结论为经验判断顺向坡危险性提供了依据,也可作为区域滑坡危险性评价等工作中坡体结构划分的参考。