地质灾害形成的内外动力耦合作用机制

 以三峡水电工程库区大型山体滑坡为研究对象,从三个方面研究地质灾害形成的内外动力耦合作用机制：(1) 通过对大量古滑坡的空间分布特征和发育时间的研究,寻求滑坡时空分布的控制因素,揭示滑坡发育演化与地球内外动力耦合作用的关系;(2) 通过对大型基岩滑坡滑带发育演化过程的研究,提出滑带形成演化的典型四阶段模式及其内外动力耦合作用机制;(3) 以三峡库区千将坪滑坡为例,通过对泥化夹层和滑带结构的精细地质分析和测试,重建滑带形成演化过程,研究千将坪滑坡发育及滑带形成的内外动力耦合作用机制。研究结果表明,新构造运动和第四纪气候变化的耦合作用是三峡库区发育多期大型古滑坡的主要动因;层间剪切作用和水岩相互作用的耦合是基岩滑坡滑带形成演化的主控因素;应重视三峡库区新生滑坡的研究,特别是对重点地层的层间剪切带地质力学特性的研究,将是发现和预测新滑坡的重要途径之一。     

大型顺层岩质滑坡渐进破坏地质力学模型与稳定性分析

 大型顺层岩质滑坡广泛存在于自然界中,是滑坡的重要类型之一,也是滑坡领域关注与研究的重点。根据滑坡滑面发展形态,将顺层岩质滑坡划分成两大类：前进式渐进破坏模式和后退式渐进破坏模式。从力学角度揭示顺层岩质滑坡渐进破坏过程的本质是滑坡力学参数弱化的过程。具体体现在滑带本构方程中为初始剪切刚度的降低。由此,定义弱化后滑带的剪切刚度与初始剪切刚度比值为滑带弱化系数,并引入S型曲线表述滑带弱化系数空间特征。在总结大型顺层岩质滑坡特点的基础上,提出渐进锁固力学模型,同时给出该模型的数学表达式。该模型能很好地体现滑坡渐进破坏过程中滑带力学参数的时效性及空间变异性特点。最后,给出该地质力学模型下渐进破坏过程中斜坡稳定性计算公式及步骤,并应用于武隆县鸡尾山滑坡中,分析其临滑前滑坡稳定性变化情况。     

粘土岩质大型滑坡滑带形成机制研究

粘土质大型滑坡在渭河中下游地区广泛分布,簸箕山大型老滑坡位于宝鸡市市中心北坡,其长期蠕变滑动致灾风险较高,是陕西省与宝鸡市国土局重点监测的大型滑坡。为判别分析滑坡变形监测数据与滑动趋势,急需理清其滑带变形样式和滑体运动过程。基于滑坡地形及地层岩性、地下水调查,结合连续取芯钻探数据,进行了滑带及原岩物质成分、水理化性质及应力应变特征的物理化学实验,通过滑带与原岩的实验数据对比分析,结论如下:(1)簸箕山滑坡滑带发育于三门组粘土岩黏粒含量较高的层位中,滑坡蠕变变形亦集中于该位置、渐进扩展;(2)滑带粘土矿物以蒙脱石为主,具有较强的膨胀性和裂隙化特征,使得粘土岩在地下水作用下发生劈理化、塑性化及泥质化,使得剪切面贯通形成滑带。     

大光包滑坡滑带岩体碎裂特征及其形成机制研究

 大光包滑坡是“5•12”汶川地震触发的最大规模滑坡,滑坡南侧暴露长约1.8 km顺层滑带,其岩体高度碎裂,引起广泛关注,6 a来对此开展了持续研究。在前期工作基础上(工程地质测绘、坑槽探及浅孔钻探(钻孔声波)等),对滑带岩体的碎裂特征进行了充分的揭露和系统的描述,结果表明,滑带发育的地质基础是滑前坡体内部发育的层间剪切错动带。强震过程中,由于靠近发震断层的强烈垂向地震动,从而导致坡体沿相对软弱的层间错动带分离,并产生垂向振冲或夯击效应,导致层间错动带的进一步碎裂化。对滑带的细观分析表明,这种强震滑带碎裂化现象不仅存在,而且还表现出伴随碎裂过程的扩容效应。采用物理模拟和PFC数值模拟,进一步验证了强震过程中滑带的碎裂和扩容过程,揭示其产生的内在机制。研究表明,滑带岩体碎裂化及扩容现象具有特殊的工程地质和岩体力学意义：一方面滑带岩体的进一步碎裂、细粒化从物理上降低了滑带的摩阻力;另一方面,也是更为重要的是,由于滑带的夯击扩容,地下水将强力挤入扩容空间,从而可能激发水击作用机制,导致孔隙水压力激增,滑带抗剪能力急剧降低,从而促使滑坡骤然启动,产生高速滑动。     

大光包滑坡滑带碎裂岩体原位钻孔剪切试验研究

安县大光包滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,滑坡南侧暴露长约1.8 km顺层滑带,其岩体高度碎裂化,引起广泛关注。为准确评价滑带碎裂岩体的强度参数,笔者在前人研究的基础上开展了细致的野外调查工作,采用法国Phicometre岩土两用原位钻孔剪切试验仪对大光包滑坡滑带碎裂岩体进行了原位剪切试验。将试验结果与Hoek–Brown岩体强度准则估值和基于工程地质类比法的力学参数建议值进行了对比分析。基于以上研究,提出了大光包滑坡南侧顺层滑带碎裂岩体力学参数建议值:内聚力为245~480 k Pa,内摩擦角为25.0°~26.5°。     

重庆武隆鸡尾山岩质滑坡软弱带微观特征

滑带是滑坡研究的重要内容之一,滑坡软弱带的类型、微观结构特征、物质组分和物理力学性质等决定了滑带的应力状态和强度的变化,这些变化与滑坡活动密切相关。在对鸡尾山滑带野外宏观地质调查的基础上,通过一系列手段对该滑坡滑带软弱面特征进行了较详细的分析。显微结构测试结果表明,软弱带为条纹状含钙质灰质板岩,不规则粒状或团粒状之序的多种矿物穿插共生。采用理学DMAX-3C衍射仪(CuKa,Ni滤光)分析显示,方解石含量高达68%、有机质为13%、滑石9%、蒙脱石5%、石英4%、白云石1%。扫描电镜(SEM)观察软弱带饱水前后结构特征,显示水会导致软弱带微裂缝的形成,可能成为连续滑动拉裂的主要通道。结合野外调查结果,软弱带的几种微观结构对于促使该滑坡在漫长的时间滑坡周界形成—软弱面蠕滑—应力集中、剪出崩塌—解体冲击—灾难形成的前慢后快演变的链式灾变过程中起到了重要的作用,也较好地诠释了滑坡滑动的一些基本事实。     

山西吕梁孙家沟大型基岩滑坡勘察成果分析

从滑坡的地质环境入手,通过地质调绘、勘察,对孙家沟滑坡的变形破坏特征、变形破坏模式、形成机制、水文地质条件等进行了分析,得出在天然条件下孙家沟滑坡暂时处于稳定状态,在雨季降水异常集中期,岩体排水不畅形成较高的孔隙水压力,斜坡岩体就会沿滑移面发生顺层滑移,从而形成大型基岩滑坡。     

强震过程滑带超间隙水压力效应研究:大光包滑坡启动机制

大光包滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,其滑带地质背景为埋深400 m的饱水层间构造破碎带。为研究强震过程该带间隙水压力(孔隙和裂隙水压力)响应特征,设计夹饱水软弱层地质体单元模型,并开展系列振动台试验,结果表明:振动过程软弱层超间隙水压力显著大于上下硬层,且具有瞬态生成和逐渐累积特性,进一步揭示依赖模型非协调变形的"振动冲压-拉张"和"振动剪切"是瞬态超间隙水压力成因、依赖软弱层非协调变形的动力损伤是超间隙水压力累积成因,从而建立了垂直和水平振动耦合作用下包含间隙水压力系数r_w和间隙水压力作用的有效面积系数h的地震滑坡滑带有效应力模型。对于大光包滑坡,滑带h估测范围为0.7~0.9,当r_w为0.73~1.04时滑带抗剪强度可降为0;振动台试验表明,汶川强震过程大光包滑坡区地震动参数可使r_w达到这一水平。最后,提出大光包滑坡启动的"强震作用-层间错动带控滑-动力非协调变形致损、扩容-超间隙水压力激发-滑坡启动"演化过程机制。     

红层软岩顺层滑坡临滑预报的强度控制方法*

 我国西部地区侏罗系、白垩系、第三系红层软岩广泛分布,红层软岩岩体强度低、抗风化能力弱、水敏感性强、工程地质性质较差、滑坡灾害严重。红层软岩顺层滑坡赋存的地质环境条件是形成滑坡的控制性因素,岩体强度特征决定滑坡的力学变形机制。不同变形、破坏条件影响红层软岩滑坡运移机制与特征。红层软岩岩体强度各向异性规律性强,岩层层面在各种地质营力的长期作用下逐步演化为滑动面。在研究红层软岩不同破坏条件下岩体强度特征与岩层层面抗剪强度变化规律,分析红层软岩滑坡的蠕动变形与滑动面形成机制的基础上,通过对典型红层软岩顺层滑坡临滑预报实例分析,提出了一种红层软岩顺层滑坡临滑预报的强度控制方法。     

水布垭水利枢纽新塘滑坡地质成因与力学机制

新塘滑坡是清江水布垭水利枢纽水库区一巨型顺层深层基岩滑坡（体积5．08亿m^3）,其规模之大实属罕见,引人瞩目。本文通过对地质调查资料的系统总结,阐述了新塘滑坡的基本地质背景与基本地质特征,利用工程地质学与岩体力学理论与方法分析了滑坡形成的地质成因与力学机制,可作为多夹层、多剪切带的缓倾顺向坡结构边坡工程勘察与研究的参考。     

唐家山滑坡成因机制与堰塞坝整体稳定性研究

 根据唐家山滑坡的地质背景,研究滑坡及堰塞体工程地质特征,分析唐家山滑坡类型及发生的地质成因机制;基于唐家山堰塞体的岩体结构稳定性分析、宏观现象监控与地表位移监测,研究堰塞体的整体稳定性。研究得出如下结论与启示：(1) 唐家山滑坡属于基岩顺层滑坡,是典型的地震诱发高速滑坡,滑坡滑动带可能发育在层间剪切带,滑坡区发育的构造背景为复式倒转背斜的一翼。(2) 唐家山堰塞体整体结构以块状岩体为主,上覆风化松散堆积物,整体地质稳定性较好;堰塞体地表位移监测显示,泄洪对地表位移有影响,最大位移约140 mm,随后位移增量较小,目前处于稳定状态。(3) 应注重地震诱发滑坡→堰塞湖→溃决→洪水的“多米诺”链式灾变研究;应注重含层间剪切带斜坡的工程地质调查分析和地震滑坡危险性研究。     

Numerical simulations of kinetic formation mechanism of Tangjiashan landslide

Tangjiashan landslide is a typical high-speed landslide hosted on consequent bedding rock.The landslide was induced by Wenchuan earthquake at a medium-steep hill slope.The occurrence of Tangjiashan landslide was basically controlled by the tectonic structure,topography,stratum lithology,slope structure,seismic waves,and strike of river.Among various factors,the seismic loading with great intensity and long duration was dominant.The landslide initiation exhibited the local amplification effect of seismic waves at the rear of the slope,the dislocation effect on the fault,and the shear failure differentiating effect on the regions between the soft and the hard layers.Based on field investigations and with the employment of the distinct element numerical simulation program UDEC(universal distinct element code),the whole kinetic sliding process of Tangjiashan landslide was represented and the formation mechanism of the consequent rock landslide under seismic loading was studied.The results are helpful for understanding seismic dynamic responses of consequent bedding rock slopes,where the slope stability could be governed by earthquakes.     

簸箕山大型老滑坡滑动带的结构特征及形成机制试验研究

 上更新世红色黏土岩是黄土高原大型滑坡的易滑地层,对其滑动带的结构特征及形成机制研究较少。在对黏土岩滑动带的组构、构造特征进行解析的基础上,通过三轴应力–应变试验、残余强度试验及滑带土蠕变试验,分析大型滑坡黏土岩滑动带的形成机制。研究表明：(1) 簸箕山黏土岩滑动带发育密集的近水平剪切面,伴随滑带土结构改变的是塑性变形、剪切变形,运动方式上以块体滑动为主;(2) 黏土岩转变为滑带土后,裂隙增多,平均吸水速率达2.7 g/h,其标准岩样单位时间吸水速率是原岩的1.5倍,活性为0.83,比表面积、活性均高于原岩;(3) 与原岩结构改变相应的是强度的衰减,含水率为19.1%时,黏土岩原岩的峰值强度的黏聚力613 kPa,内摩擦角26.7°,簸箕山滑带土长期强度的黏聚力57.4 kPa,内摩擦角20.47°,残余强度的黏聚力8.79 kPa,内摩擦角为17.2°。     

三峡库区泄滩滑坡渗流场与应力场耦合分析

泄滩滑坡坡体从水力学特性来看为3层透水性较强的岩层(坡积物、滑坡堆积物和滑坡影响带)和2层透水性较弱的岩层(滑带和基岩)构成的互层状结构。以此为基础,进行了三峡库区蓄水至175m水平时泄滩滑坡的渗流场与应力场耦合分析,得出滑坡体内水头分布、滑带底面承受的浮托力分布以及各应力分量分布。可以看出,泄滩滑坡水力学特性上的这种互层状结构不利于滑坡体的稳定,耦合作用对渗流场的影响不大,但对应力场的影响较大。     

平推式滑坡成因机制研究

 以四川省宣汉县天台乡滑坡为地质原型,采用相似材料的机制模拟法,通过物理模拟再现滑坡的变形破坏过程,进一步验证平推式滑坡的启动机制和张倬元等提出的启动判据公式。研究结果表明,促使滑坡启动的临界水头高度和与滑面倾角之间的关系为：滑面倾角越大,启动临界水头高度越小;反之,滑面倾角越小,启动临界水头高度越大。     

层状软岩力学特性现场试验研究

水布垭水电站地下厂房薄层页岩、粉砂岩互层岩体及层间剪切带属于层状软岩,针对其进行原位承压板法变形试验、直剪试验及三轴试验,对通过不同试验得到的力学参数进行了对比分析,结果表明：变形模量的围压效应明显,通过三轴试验得到的变形模量大于承压板法变形试验的变形模量,且随围压的增加而变大;三轴试验有整体拉裂破坏和较软层首先拉裂而导致破坏两种破坏方式;通过三轴试验求出的抗剪强度参数明显大于以层面为剪切面的直剪试验抗剪强度参数。     

不等厚互层顺层磷矿高边坡变形机制研究

以云南晋宁磷矿东采区顺层高边坡为研究对象,通过现场勘察,对现场滑坡形态、破坏情况、滑面及滑体特征等进行分析,并从地质、力学角度上分析滑坡变形破坏特征、力学机制及滑坡演化形成过程。最后采用离散元分析验证。研究结果表明:滑坡变形破坏模式为滑移—拉裂破坏,降雨及磷矿开采是滑坡滑动的重要诱因。磷矿层开采坡前缘切断岩层,形成临空面,岩体卸荷松弛发育裂隙,雨水下渗到全风化粘土层面附近富集,层间含水化强的物质,在长期浸泡软化、不等厚互层差异风化等作用下,岩体力学性质大幅衰减,滑体沿软弱层面向临空方向滑动,坡体后缘岩体被拉开,形成张拉裂缝,软弱滑动面贯通,边坡发生变形破坏,主要是以岩石的拉张破坏为主,拉应力对岩石的破坏起主导作用。从计算的位移、滑动形态、变形速率及应力分布判断,滑坡的变形机制为滑移—拉裂破坏模式。其研究成果为矿区高边坡稳定性分析及加固设计提供一定参考依据。