地震作用下折线型滑面斜坡的动力响应

折线型滑面斜坡是一种常见的滑坡类型,在地震作用下的动力响应非常复杂。为了研究地震作用下折线型滑面斜坡的动力响应,应用动力响应时程分析法,利用大型有限元软件ANSYS建立了数值模型。首先分析了模型在静力作用下的力学特性,然后对模型输入地震波,分析模型在动力作用下的动力响应。通过分析得到,斜坡在地震动力作用下出现了应力转移,节理上下两侧岩层发生错动,由于锁固段的存在,斜坡下部错动大于上部。研究斜坡属于后发型滑坡,地震作用虽未使斜坡发生破坏,但由于地震作用的累积效应,使斜坡的稳定性降低。     

基于潘家铮原理的反倾向层状边坡弯曲倾倒破坏基准面搜索算法

在进行反倾向层状边坡的弯曲倾倒分析时,需要对边坡破坏基准面的位置和形状作一种简单假定;目前常见的假定形式为直线型破坏面,并垂直于岩层层面。从野外观测来看,这种假定的破坏面与实际工程边坡破坏面并不吻合,为提高反倾向层状边坡弯曲倾倒计算的可靠性,提出一种搜索破坏基准面的算法。基于潘家铮最大最小原理,认为边坡破坏基准面（由各个岩层折断面组成）为使边坡发生整体破坏所需外力最小的破坏面。在破坏基准面的搜索过程中,根据岩层的受力分析确定其破坏模式（剪切破坏和弯曲拉裂破坏）;然后,依据最后一块岩层发生倾倒破坏的条件确定岩层可能发生破坏的范围,并将可能发生破坏的岩层划分为多个组合,利用极限平衡方法,结合岩层的破坏模式,求出各组岩层发生整体破坏所需的最小外力F;最后,不断变化搜索角,得到一系列F,其中的最小值为边坡发生整体破坏所需的最小外力,对应的破坏面为边坡潜在破坏基准面,相对应的岩层组合为最危险的岩层组合。选用安徽皖南地区的某反倾向板岩边坡作为工程实例进行验证分析,结果表明本文算法所得到的破坏基准面能较好地与实际工程边坡破坏面、文献模拟结果相吻合,进一步说明了本文算法的有效性。     

泥石流弯道超高与流速计算关系的研究——以巴塘通戈顶沟地震次生泥石流为例

我国山区尤其是地震山区暴发众多的泥石流, 泥石流的流速计算始终是一个科学难题。对于在弯道运动的泥石流,假设凹凸两岸角速度相等,可以利用动能与势能的平衡及速度关系,计算泥石流的流速。据观测,在泥石流的弯道运动中,凹凸两岸的角速度并不相等,所以利用角速度相等得出的流速与真实情况有一定的误差。在角速度不等的基础上,依据流体力学基本方程和泥石流的弯道运动的基本特征,推导泥石流弯道运动超高现象与流速关系的基本方程,利用实地调查的泥深及弯道断面特征计算弯道泥石流流速,并对弯道角速度相等或不等的流速计算方法和结果进行比较,得出采用用角速度假设计算更为合理的结论。同时,还提出了根据泥石流弯道流速推算沟床糙率的计算方法,并将该计算糙率应用与直道流速计算,以验证泥石流沟道的整体流速计算的合理性。将本方程应用于川藏公路四川段通戈顶地震次生泥石流沟,分析结果证明按沟道凹凸两岸角速度不等计算,流速沿沟床断面并非直线分布,泥深为一条近似的抛物线分布,而且流速计算数值较角速度相等情况下偏小,这与野外观测的泥石流弯道运动的特征更为接近。     

汶川地震堰塞湖分布规律与风险评估

2008年5月12日,中国四川汶川发生里氏8.0级地震,对四川和甘肃的13个县市造成了严重破坏。强烈的主震和余震在地震区造成了大量的滚石、崩塌、滑坡、泥石流、碎屑流等次生山地灾害,大规模滑坡崩塌堵断河道形成堰塞湖。利用5月15日～28日期间基本覆盖重灾区的124幅ADS40航空影像,解译出地震滑坡和崩塌堵塞河道形成的存留时间14天以上的堰塞湖256处。遥感调查发现,堰塞湖集中沿地震破裂带呈带分布,沿河流成串珠状分布的特征;堰塞湖数量分布与地震破裂带距离的关系符合对数衰减规律,负相关系数达到0.9699。结合部分野外实际考察资料,选择物质组成、坝体结构、坝高和最大库容等作为堰塞湖危险性评估指标,制定出极高危险、高危险、中危险和低危险四个危险等级,对查明有危害的32个堰塞湖进行了溃决危险性分级和排序,除已经溢流的11处堰塞湖以外,共分出极高危险的1处、高危险的7处、中危险的5处和低危险的8处。评价结果全部被国家抗震救灾指挥部水利组采纳,用于堰塞湖应急排险工程布设,在堰塞湖应急排险中发挥了作用。并且,对堰塞湖的发展趋势进行了分析,震后5至10年内,由于斜坡失稳,物源丰富,仍有可能产生新的大规模滑坡和泥石流,堵塞河流形成堰塞湖;但随着其后滑坡和泥石流活动趋于减弱,堰塞湖的形成概率将逐渐降低。     

汶川8级地震对岷江上游泥石流灾害防治的影响

汶川8级地震直接引发了大量的崩塌、滑坡等次生灾害,为泥石流提供了丰富的物质来源,在经历过2008年雨季后,激发了一定数量的泥石流,在今后5~10 a的时期内,还将激发大量的泥石流。震后岷江上游泥石流今后的发展趋势,主要取决于是否产生暴雨以及暴雨笼罩范围,地震引发的崩塌、滑坡是否堵塞沟道与泥石流发生、发展也有密切关系。地震后,岷江上游的泥石流防治也将面临着严峻的形势。通过对岷江上游典型泥石流沟防治工程现状的统计,指出了目前防治工程存在着数量少、标准低、承灾能力差、结构单一、设计不合理等问题,在此基础上,提出了岷江上游的泥石流灾害防治原则。     

考虑坝后淤积的泥石流冲击拦挡坝动力响应研究

在多期泥石流作用下,拦挡坝会部分或全部淤满,从而逐渐失去减灾能力。然而,关于坝后淤积体对泥石流拦挡坝减灾效果影响仍缺乏定量研究。为此,本文基于弱可压缩光滑粒子流（SPH）,采用Drucker-Prager（DP）准则及Herschel-Bulkley-Papanastasiou(HBP）流变模型模拟泥石流与坝后淤积体相互作用的动力过程。首先,用该方法模拟了泥石流水槽物理模型试验,验证数值模拟方法的可靠性。在此基础上,对坝后淤积工况下红椿沟泥石流灾害的动力过程展开数值模拟研究,结果表明：在空库工况下泥石流过坝速度减小率为31.6%,在满库工况下速度减小率为6.5%,坝后淤积使拦挡坝削峰效应降低,显著降低其拦挡效果;同时坝后淤积改变泥石流冲击拦挡坝动力响应,在半库工况下坝体底部所受到的冲击力峰值相比空库工况减小13.25%,在满库工况下坝体顶部受到的冲击力峰值是空库工况的1.75倍。上述研究成果可为泥石流拦挡坝工程设计提供理论及技术支持。     

宽级配砾石土中降雨入渗的优先流模型

宽级配砾石土的级配较宽,孔隙尺度跨越几个数量级,降雨入渗易形成空间上的不均匀入渗,即优先流入渗。基于孔隙结构的分形特征,定量研究降雨在宽级配砾石土中的入渗规律。根据多孔介质分形理论及Hagen-Poiseulle方程,水在不同尺度的孔隙管道内入渗率的量级不同,将土体的孔隙部分划分为2个区域—基质区和优先流区,这2个区域所占的比例随雨强的变化而变化。基质区内各孔隙管道的入渗率均达到其最大的入渗率,但各不相同,孔隙管道的直径量级小,入渗率量级小,优先流区各孔隙管道的入渗率相同且均未达到其最大入渗率,孔隙管道直径量级大,入渗率的量级远大于基质区,据此特征从理论上推导了降雨在土体不同孔隙区域内的入渗量和入渗率的表达式;基于此研究了基质区和优先流区的面积在孔隙中所占比例随雨强的变化特征及相应入渗量和入渗率的变化特征。结果表明：降雨在土体中的入渗呈现出优先流区高速入渗,基质区入渗相对缓慢的特点;随着雨强的增大,优先流区域的入渗率也随之增大。降雨入渗优先流现象产生的根本原因是土体多尺度的孔隙结构和无压力的自由入渗边界2个因素,其大小和分布受到土的饱和渗透系数和降雨强度的影响。从孔隙结构的角度解释了降雨入渗优先流的产生机制。     

New insights into the failure mechanism and dynamic process of the Boli landslide,China

Bulletin of Engineering Geology and the Environment - The study of landslide initiation mechanisms and dynamic process analysis is important for monitoring, predicting, and controlling landslide...     

开挖卸荷岩质坡体的断裂破坏机理

岩质坡体在开挖过程中的失稳破坏已成为道路工程领域日益严重的问题,目前有关卸荷坡体的断裂破坏机理还不清晰。为此,基于自然坡体实际结构特征,并结合岩石力学知识,首先分析了岩体原生裂纹在坡体开挖前后的应力状态。继而,借助断裂力学理论,解析了不同荷载模式下岩体裂纹失稳扩展的力学条件,探讨了求解裂纹扩展方向和规模的计算方法,构建结构面扩展贯通力学模型;最后,通过具体算例验证了模型的合理性。研究表明开挖岩质坡体的失稳是岩体内特定方向的原生裂纹萌生启裂并扩展贯通的结果,其本质是岩体应变能释放耗散与应力的调整过程。     

非线性组合模型在库岸边坡地下水位预测中的应用

根据某库岸边坡地下水位的监测资料,建立了地下水位预测的时间序列法和速率分析法,在此基础上构建了非线性组合预测模型。各模型的预测结果分析表明：非线性组合模型的精度高于单一预测模型,是一种较好的库岸坡体地下水位预测方法,非线性组合预测模型的应用,为库岸边坡稳定性的长期预测提供创造了条件。