滑体失稳后运动过程三维弹簧变形块分析模型

 滑坡灾害危害程度评估需要掌握滑坡运动特征,而目前的研究主要基于定性分析模型,很难进行定量预测。为克服这一困难,建立一种简化的三维弹簧变形块模型,定量预测滑坡失稳后滑体运动过程。假设滑坡的运动形式是连续的,且滑体是可变形的,将滑体分为侧面竖直的三维条柱。考虑滑体内在变形,对三维运动方向受力和变形进行分析。根据作用于条柱侧面的力–变形关系,获得条柱在滑动过程中的变形与受力状态。考虑到条柱中能量的积累和释放,同时考虑摩擦引起的能量耗散,建立任意时刻滑体的加速度、速度和位移计算公式,获得滑坡在三维滑动过程滑动的最大距离、运动的最大速度及滑动历经的时间等。为实现滑坡滑动过程的三维可视化,基于Visual Basic语言程序编制滑坡失稳后运动过程分析程序,分析武隆鸡尾山滑坡的滑动距离、滑动的最大速度以及滑动历经的时间,对比分析表明,该模型与现有的软件模拟结果比较吻合。     

考虑滑动过程内部崩解耗散的滑坡体运动模型

滑坡体运动模型是计算滑速、滑距及滑体动能等运动特征参数的基础,是滑坡致灾范围及致灾强度评估的关键技术,现有运动模型将滑体作为质点或刚性块体,没有考虑下滑过程中内部崩解摩擦耗散的能量,而实际滑坡中这部分能量对滑坡致灾强度指标有较大影响,为此,基于滑体下滑运动机理提出了一种考虑内部耗能的运动模型,该模型将滑体下滑运动抽象为变形体平面运动问题,并将滑体简化为内部变形受力服从滑体土直剪实验破坏后应力应变关系的质点黏壶系统,从而建立其运动学控制方程。还推导了黏阻力计算公式,与运动方程联立得出滑速、滑体动能、滑体重力势能、滑体内部耗能及滑距的计算公式。结合实际滑坡工程进行计算分析得出,该模型一定程度上反映了滑体运动过程中内部崩解摩擦耗能的规律,计算结果与离散单元模拟结果及模型试验规律相近,比传统的运动模型更贴近实际,且比数值模拟更简捷,为滑体运动模型理论研究和工程推广提供了一种新的途径。     

新滩滑坡运动全过程的非连续变形分析与仿真模拟

简要介绍了非连续变形分析的基本原理，分析了新滩滑坡的工程地质特征和发展变化特征，并用非连续变形分析的方法对该滑坡运动的全过程进行了数值模拟，明确了其时空变化规律。非连续变形分析模拟结果表明，中部的姜家坡先发生滑动，继而对上部古滑体产生牵引作用，对下部古滑体产生推挤作用，导致新老崩积堆积区、毛家院和柳林地区的失稳，造成整体滑动。     

边坡稳定性与滑坡预测预报的力学研究

 在文献调研、回顾总结研究发展史的基础上, 进行了滑坡机理及其预测预报的力学研究, 在以下三个方面取得具体成果:(1) 破坏机理与稳定性分析　考虑土体的流变效应, 提出了滑坡渐进破坏的一个力学模型, 同时发展了传统边坡安全因子的概念, 并建议了时间安全因子的定义。运用这个模型分析了三个不同坡角的边坡和一个已实际发生过的滑坡, 得到了传统的边坡稳定性分析方法不能得到的结果。通过数值模拟, 清晰地揭示了边坡渐进破坏的历时演化过程。针对洪水期江河堤岸溃坝问题, 研究了水位变化对堤岸边坡稳定性的影响, 初步论证了因潜水位变化的滞后引起的快速退水的危害性质。其次, 对于存在岩土非线性响应的边坡稳定性分析, 提出了一个线性简化方法, 这个方法既考虑了相关的非线性效应, 又易于工程计算, 且不失必要的分析精度。(2) 滑坡的临界时间预报　建立了基于塑性功率概念的临滑预报理论和方法, 这是对铁道部科学研究院西北分院在“黄茨滑坡”(甘肃永靖县) 预报实践中提出的成功预报方法的完善和发展, 为该方法提供了一个较为严格的理论基础。这一预报模型的建立, 不仅弥补了以往滑坡时间预报只停留在位移2时间变形曲线的数学处理上, 难以反映坡体内应力和强度变化的不足;而且把滑坡预报从单桩预报发展为群桩预报, 使坡体变形的局部特征和整体特征有机地统一起来, 从而提高预报的成功率。通过滑坡实例的数值预报验证, 证实了该方法的可行性。(3) 高速滑坡的强度预测　通过分析高速远程滑坡的动力机制, 提出了一个可以同时考虑变形与滑速的不均匀性、考虑能量转化与损耗的滑坡体运动模型。应用该模型可以模拟滑坡发生后滑体运动的全过程, 并且可预测滑体速度及危害范围。实例计算证实了其有效性。     

基于优选组合模型的崩滑体变形预测

单一的预测模型无法准确地预测崩滑体的变形发展趋势,为解决这一问题进行了崩滑体位移的多模型预测及综合评判,从而优选最佳的模型.以三峡库区黄土坡滑坡区的临江1号崩滑堆积体为地质模型,运用灰色理论、神经网络、指数平滑法等基本预测方法组成的优选组合预测模型对崩滑体的变形进行预测,使预测系统更加完善,为崩滑体灾害的预测预报提供理...     

黄土坡滑坡区临江1号崩滑体深部与地表变形关系探讨

以巴东黄土坡滑坡区的临江1号崩滑堆积体为研究对象,通过对该崩滑体2.5年间地表及深层位移监测资料进行对比分析,得知崩滑体各部位的地表和深部均有明显变形。运用曲线拟合的方法,将临江1号崩滑体前缘和中部的地表及深部30组变形监测数据进行拟合,得到崩塌体深、表部变形呈现线性函数关系的结论,为该黄土坡滑坡稳定性分析及变形破坏趋势预测提供了依据。     

滑坡地质灾害远程监测预报系统及其工程应用

 露天矿边坡稳定性监控预报技术研究,对滑坡地质灾害防控具有重要意义。以滑体、滑床和监控锚索相互作用力学原理为理论基础,提出滑体和滑床相对运动状态的力学监测原理,把多因素监测变为单一滑动力力学量监测,给出滑动力与监控预紧力的关系。通过滑坡物理模型试验得出,在滑坡发生前,边坡岩体内应力会连续发生变化,当滑动力大于抗滑力后,边坡岩体会发生变形和滑动,且捕捉边坡岩体内应力的变化优于对岩体位移的监测。基于上述原理和试验结果,开发了滑坡地质灾害远程监测预报系统,实现摄动力动态变化的远程实时监测。提出4种监测预警模型,通过对露天矿山边坡等的现场实践应用,该监控新技术成功地进行边坡稳态实时监控和预测预报。     

滑坡失稳后变形过程分析

针对滑落体滑动过程的速度和变形的不均匀性、变形能的积累与释放以及滑体与滑床的摩擦等,建立了滑落体运动的弹簧滑块模型,分析了滑块运动过程,结果表明：该模型通过数值方法可以计算滑落体滑动全过程的变形,同时可以计算滑落体每一条块在滑动全过程的速度和变形以及滑落体的滑动时间和最大运动距离。     

中部“砥柱”锁固平面旋转切向层状岩质滑坡启动力学机理与稳定性判据

中部“砥柱”锁固平面旋转滑坡,是切向层状岩质斜坡在特殊的边界条件控制下,发生渐进性变形而形成的。其主要特征是：在平面上,滑体中部的潜在滑床面部位,岩层抗剪强度较高,出现坡体变形的相对锁固段：而由滑体中部向周围边界,坡体变形逐渐增大。且变形岩体围绕着滑体的中部呈现出平面旋转变形之趋势。引起滑坡平面旋转的根本原因是滑体在变形时,其所受诸力的合力不通过滑体重心,从而产生了使滑体发生旋转的力矩。其变形与破坏模式可以概化为：在自重力、滑床摩擦力、滑床锁固段阻力和滑体周围边界处围岩切层阻力的共同作用下,圆环状岩块(岩板)所发生的平面旋转变形以及临界状态下“锁固段”的旋转破坏问题。基于弹性力学的平面应力问题,分析了圆环状岩块的旋转应力场：并应用极限平衡方法,分析了旋转滑坡下滑失稳的启动条件和旋转滑动的力学机理,建立了滑坡稳定性的判据。     

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。     

大型高速滑坡体运动的空气动力学试验研究

对于大型高速滑坡，大多要经历一个凌空高速飞行的阶段，这必然要产生空气动力效应。根据空气动力学理论，通过对4种不同形状滑坡模型的风洞试验结果分析，得出空气动力学效应对凌空飞行滑坡体运动的影响规律，并在此基础上导出了大型高速滑坡近程活动阶段凌空飞行运动的微分方程式。     

滑坡温度特性研究及其在三峡库岸稳定分析中的应用

三峡库区中有上百个大型滑坡,确定这些滑坡发生时的最大滑动速度是库岸稳定性研究中的一个重要内容。研究滑坡温度场,一方面可以了解高速滑坡的机理,更重要的是,通过反测滑带温度。可以定量计算滑坡发生时的最大速度。本文研究了滑坡体、特别是滑带温度场的变化规律,导出了滑带温度场的变化方程;结合摩擦系数的变化规律,讨论了温度与滑动速度、滑动时间、滑体厚度以及滑体热力学参数的关系,并以试验结果加以验证,从而获得了滑体中温度场分布的基本规律;最后,作者根据三峡库区四个大型滑坡滑带温度值,定量给出了滑坡最大速度,其结果与现场资料相当吻合。     

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。     

汶川地震触发窝前滑坡特征及失稳机制探讨

 为弄清汶川地震触发窝前滑坡特征,探讨该滑坡的失稳机制,笔者先后多次赴滑坡区开展调研。调研结果表明：(1) 窝前滑坡为上陡下缓、上硬下软型地形地质结构,属于拉裂–走向滑移型的斜坡失稳破坏模式;(2) 由于石坎断层活动,在近断层上盘效应、强地震动集中性、地震波长持时累积效应、地形放大效应和地震动水平加速度效应作用下,直接触发的一起剧动式高速远程滑坡;(3) 表现出一系列与一般重力环境下滑坡迥异的运动和堆积特征,如高陡粗糙的滑坡壁、弯道超高和侧向抛撒、颗粒分异堆积等特征,运动中形成滑源区、陡坡加速区、碎屑流通区(流槽区和爬高区)、堆积区和抛撒区;(4) 主要经历山体震动拉裂、高速溃滑、碎屑流和堆积4个阶段。滑坡运动至800 m左右时,峰值速度达56.1 m/s,全程运动时间约57.1 s,平均速度35.6 m/s;高位势能和滑体碎屑化是窝前滑坡产生高速远程运动的主要原因。     

肖家桥滑坡堵江机制及灾害链效应研究

 地震是滑坡灾害的一个重要触发因素,而这类形式的滑坡通常体积较大。以肖家桥滑坡为例,在对滑坡区进行详细的地质调查基础上,结合动力有限元分析技术,再现滑坡三维空间失稳过程。在此基础上,提出肖家桥滑坡形成及堵江的4个阶段：地震触发及岩体的累进破坏→滑体破坏、高速下滑→撞击解体、堵江形成堰塞体→震动密实。通过对堰塞体结构特征及不同工况下堰塞体的稳定性分析的成果表明：堰塞体边坡在天然状态下稳定性较好,当再次发生强地震时可能会发生局部的坍塌;最可能的破坏方式为“漫顶式”逐级冲刷破坏,由于其内部岩体结构相对较为完整,发生管涌及整体破坏的可能性较小。     

一种新的节理本构模型及几种新的滑坡稳定系数计算方法

在对滑坡渐进变形分析的基础上,提出一种新的节理本构模型,推理出本构模型参数的决定方法;分析临界状态应力特征,提出临界状态应变方程,将提出的本构理论和现行莫尔–库仑临界状态准则实现无缝连接。分析现行滑坡稳定性系数计算方法的优缺点,相应地提出滑坡稳定性系数几种新的计算方法：基于渐进变形的临界状态稳定性系数计算方法、部分条块强度折减稳定性系数计算方法、综合下滑力–摩阻力稳定性系数计算方法、最大主下滑力滑坡稳定性系数计算方法,以及每一条块滑坡稳定性系数计算方法。对传统滑坡稳定性系数计算方法和本文提出的方法进行对比分析,进而提出综合下滑力–摩阻力稳定性系数以及最大主下滑力稳定性系数计算方法较能反应工程实践。最后,以实例对所提出的计算模型进行对比分析。     

无黏性土滑动和堆积特性的模型试验研究

采用室内模型试验,研究了无黏性土堆积体在无侧限条件下沿斜面的滑动和堆积运动过程。探索了堆积体体积、粒径、形状,坡高,启动区坡度,坡脚约束角,滑面摩擦系数等指标对滑坡运动最终堆积参数(冲程,宽度,厚度,面积)的影响。试验结果表明:随着堆积体体积、颗粒粒径、坡高、启动区坡度、坡脚约束角变大和滑面摩擦系数减小,滑坡的最终堆积范围均会变大。无黏性土在斜面上的横向扩展运动有两种形式:一种是保持一定角度下滑,直至到达坡底;另一种是横向扩展到一定宽度后,沿垂直于坡脚线的方向向下滑动。堆积体体积、滑面摩擦系数、颗粒形状、坡脚约束角对冲程和堆积面积的影响比较显著,而坡高和体积对堆积宽度的影响比较显著。试验研究成果为深入研究滑坡冲程及堆积形态提供了初步的依据。     

多锚点锚拉桩在广东深圳地区多层滑床滑坡防治工程中的应用

滑坡是一种常见的地质灾害,其中锚拉桩是滑坡防护的有效措施之一。在锚拉桩治理滑坡的研究中,多将滑床当作均质体进行计算,对于多层滑床滑坡的锚拉桩加固研究较少。鉴于此,本文在传统计算方法的基础上,考虑非均质滑床这一特点,对锚拉桩加固滑坡的计算模型进行改进,以深圳市某滑坡治理工程为例,根据滑坡特点进行了多锚点锚拉桩加固方案设计,并布设了深部测斜、锚力和钢筋计等监测工程,监测桩身位移及锚索应力,对比分析监测值与理论值,验证改进模型的适用性。结果表明:改进模型相对于传统模型与监测结果更吻合,准确性更高,改进模型所得到的桩顶位移及滑面处剪力小于传统算法,分别减少了28.61%和5.7%,最大弯矩值减小了20.9%。经过3年多进一步验证了多锚点锚拉桩加固滑坡工程的有效性,本文的改进模型可为工程降低一定的成本,并对多层滑床滑坡的加固工程设计提供了一定的借鉴和参考。