推移式滑坡渐进破坏机制及稳定性分析

 在现行滑坡稳定分析的基础上,建立推移式滑坡渐进破坏稳定性分析法。在分析滑坡破坏机制的基础上,提出临界状态条块或单元,该临界状态条块或单元处于破坏和峰值应力之前两状态之间,并提出相应的决定方法。提出推移式滑坡2种破坏模式,模式I：整个滑体沿弱面发生推移破坏,模式II：后缘沿弱面发生推移破坏,而前缘局部沿滑体发生剪切破坏;在滑坡破坏控制的研究基础上,提出模式I滑坡破坏受弱面的基本力学特性所控制,对于模式II,滑坡后缘破坏受弱面的基本力学特性所控制,而前缘受滑体的抗剪力学特性所控制,2种破坏模式的临界状态逐步由后缘向前缘移动,也即是滑坡破坏不断地产生新的峰值应力状态和破坏后区状态。对推移式滑坡的变形规律进行研究,提出在滑坡模式I和II渐进破坏全过程中,滑坡破坏面上的每一点的时间与位移关系均会呈现不同的“S”型曲线特征,对于整个滑体而言,滑面上每一点的位移与高度关系曲线,在不同时刻呈现不同的抛物线型特征。分析滑面的位移与时间的关系曲线特征,提出滑面位移与时间的关系曲线呈现3种类型：类型a：I型非稳定时间曲线,类型b：I型稳定时间曲线,类型c：III型稳定时间曲线。研究现行滑坡稳定性系数的计算特点,提出滑坡稳定性计算的综合下滑力–抗滑力、主推力和基于位移变化的方法。研究了滑坡的运动特点,提出了主滑方向的定义,且主滑方向随力和位移的变化而变化。研究有限元滑坡稳定计算的特点,分析引起滑坡有限元法计算不收敛的原因,提出滑坡有限元计算的滑面边界法,其滑面既可以施加理想弹塑性模型边界,计算所得稳定系数可与传统的极限状态稳定计算结果相比较,又可以施加不同的应力–应变模型边界,从而获得真实的应力场和位移场,也可利用各种方法计算相对应的稳定系数;对于滑面确定可以采用各种优选计算和现场勘查方法。提出了各种对应关系图,这些图形有利于理解提出的系统理论。     

边坡力的分布特征和稳定性分析

边坡在渐进破坏过程中,力的分布和稳定性分析是值得研究的。针对推移式和牵引式边坡,分别提出了5种破坏机理,根据边坡现状特征,提出了5种推移式边坡形式;定义了破坏方向,边坡渐进破坏的特征是处于峰值应力状态的地质材料,遵循材料的破坏规律,且一步一步向前移动,一点一点发生破坏;在破坏区,沿滑面的下滑力大于摩阻力,在临界状态,材料所承受的应力达到最大值,且矢量和等于零,在稳定区和欠稳定区下滑力等于摩阻力;在整个滑面,其压力等于反力。对于条块分析,边坡渐进破坏过程中,发生剪破坏时,临界状态存在力平衡,发生拉破坏状态时,存在力矩平衡;两种破坏形式在临界状态均是应力达到材料的极限值,且矢量和为零。提出了抗滑防护措施的刚性、柔性和刚柔性设计,并指明了相应的设置位置;定义了破坏率、破坏比、破坏面积比、力学破坏和工程破坏,并以此评价边坡的破坏程度。分析了力在边坡渐进破坏过程中的规律,提出了传统基于摩阻力和下滑力之比的稳定性系数定义是值得商榷的。并以实例证明主推力法(或主拉力法)、综合位移法、富余位移法和拉破坏法是可用于工程实践的。     

香溪河流域白家堡滑坡变形失稳机制分析

白家堡滑坡位于香溪河河口附近,三峡库区蓄水以来,该滑坡的变形持续加剧。地表调查表明滑坡出现了剪性、张性及挤压裂缝;全站仪监测数据表明滑坡中后部位移大于前缘位移,滑动方向由于139 m蓄水而发生改变;深部位移监测表明滑坡体中上部已经形成一个十分明显的滑面。因此,滑坡变形机制为前缘牵引后缘平推式,前期以牵引为主,后期以平推为主。滑坡从变形到失稳转换的关键在于碎裂岩区滑面的贯通,通过有限元方法认为滑坡的应力集中区位于滑体中部的碎裂岩区,通过工程地质类比法认为可能的失稳破坏方式为中低速滑动。     

三轴试样破坏后应变局部化影响的实验研究

几乎所有土的本构关系模型研究都是以试验得到的土样的应力应变关系曲线为依据的。在此情况下,应力应变关系曲线反映的是土样整体的变形特征,土样被认为是单元体。在土的三轴试验中引入土样全表面变形场(局部变形)测量技术,通过测量在土样表面标定的特征点的变形过程,得到土样表面的局部变形特征。发现土样在发生剪切破坏后,剪切带内和带外的变形特点截然不同。根据剪切带的发生和发展情况,土样的变形可以分成破坏前、破坏和破坏后3个阶段,在不同阶段土样表现出不同的变形性质。在破坏前阶段,土样变形大体均匀,此时整体的应力应变曲线具有代表性;在破坏阶段,土样在某一点(或几个点)开始出现破坏并逐渐发展,最后形成贯穿的剪切带,观测到的变形是剪切带内和剪切带外的土体变形的综合结果;在破坏后阶段,荷载(应力)不再增加,剪切带外的上下两部分土体就像刚体一样变形不再增长,观测到的土样"变形"仅仅来自于土样沿着剪切带的滑动。此时不能根据土样沿剪切带的摩擦滑移直接定义土样应变。土样整体的应力应变关系曲线是土样作为结构体的响应,不是单元体的响应。据此认为:土的本构关系模型研究应该包括土体未发生破坏时的应力应变关系、破坏准则和破坏后沿剪切带的摩擦滑动性质,模型研究的重点在于破坏前阶段的应力应变关系的描述。所谓的临界状态其实是土样沿剪切带的类似于刚体滑动的状态。     

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。     

边坡抗滑稳定安全系数的有限元迭代解法

提出用厚度较小的常规矩形(平面)或立方体(空间)单元来描述滑坡体与岩基之间的接触面，并给出了使滑动面上应力满足摩尔库仑极限条件的非线性迭代算法。在此基础上提出了保留滑动面上最下端单元处于弹性状态的滑坡体抗滑稳定安全系数的有限元迭代解法。这种方法可用于求解2维或3维问题，且能同时给出边坡临界失稳时的位移场和应力场。给出了具有折线滑动面的滑坡体抗滑稳定安全系数计算实例，结果表明该方法有效、合理和可靠。     

Real-time monitoring instrument designed for the deformation and sliding period of colluvial landslides

A real-time monitoring instrument for colluvial landslides that can capture horizontal displacement during the deformation period of the slope, deep dislocation displacement, accurate depth of the slip surface, and sliding direction during the initial sliding period has been developed. The horizontal displacement monitoring system is a monitoring apparatus assembled in an array based on the MEMS (Micro-Electro-Mechanical System). Horizontal displacement is obtained by integration of the X- and Y-direction angles along the drilling direction, and the sliding direction is simultaneously measured via vector composition of the X- and Y-direction angles obtained from the MEMS sensor. Deep dislocation displacement is calculated based on the relative displacement between the base point embedded in the bedrock and measuring point above the sliding surface, and measurement of relative displacement is executed by an angular displacement sensor fixed on top of the inclinometer tube. The accurate depth measurement of the slip surface is transferred to the judgment about the on-off state of the signal wire. Based on the long-term monitoring of the Yu Jiaba landslide at the Three George dams, an open-pit mine in Inner Mongolia province, and an Anshan open-pit mine, the results reveal that the reliability of the instrument is very high. High accuracy, ability to capture the entire landslide process, large deformation monitoring, autonomous data collection, and reusable characteristics could be implemented.     

华南典型巨厚层红层软岩边坡降雨失稳的模型试验研究

 针对华南巨厚层红层软岩边坡在强降雨条件下极易致灾的问题,采用相似理论,通过制备可表征软岩遇水软化特性的相似材料,构建巨厚层红层软岩边坡相似模型,研究其在中小雨(雨强Id＜25 mm)、大雨(25 mm≤Id＜ 50 mm)、暴雨(50 mm≤Id＜100 mm)等降雨模式下的灾变过程和规律。结果表明：(1) 该类型边坡的变形破坏受降雨模式的影响较大,大雨和暴雨等强降雨条件下边坡岩体逐渐崩解软化,在坡脚处首先达到饱和,产生初始裂缝,在重力及渗透力作用下,裂缝进一步扩展贯通,产生局部破坏,这样,坡脚之上的部分失去支撑,导致整个坡体产生牵引式滑坡。(2) 降雨入渗主要分为无压渗流、有压渗流与饱和渗流3个阶段,边坡表面裂缝主要出现在无压渗流阶段并在有压渗流阶段逐渐扩展贯通、在饱和渗流阶段发生破坏;降雨过程中超孔隙水压力的累积和消散改变了边坡有效应力场的分布,从而引起其位移。(3) 临滑阶段,有效应力和孔隙水压力比位移、位移变化速率等参数对边坡的破坏响应更敏感,因此提出基于应力监测的边坡灾变过程安全预警新思路。     

四川丹巴甲居滑坡动态变形过程三维系统监测及数值模拟分析

 受青藏高原地质构造作用的影响,我国西南山区分布着大量成因类型多、机制复杂、突发性强、变形破坏发展趋势难以预测、失稳后破坏性大等特点的堆积体滑坡。甲居滑坡为大渡河上游一巨型松散堆积体古滑坡局部复活,针对滑坡动态变形过程和失稳破坏迹象,综合采用GPS地表位移监测、干涉InSAR监测和深部位移监测(测斜仪),3种监测技术优势特点并相互结合构成三维系统监测网。根据监测成果分析,判别其当前为浅表层加速变形破坏和深部缓慢变形的演化阶段;研究其变形失稳模式为浅表层滑移–拉裂失稳破坏和深部蠕滑–拉裂变形的复合模式;并利用FLAC3D数值模拟滑坡在动态变形过程中滑坡体内的应力场、位移、塑性破坏区分布特征的变化。     

鸡尾山高速远程滑坡运动过程PFC3D模拟

利用三维颗粒流软件PFC3D,对重庆武隆鸡尾山滑坡进行模拟,研究滑坡体在关键块体失稳后,在重力作用下,沿着滑动面在视倾向滑动力主导下的运动过程。结果显示:(1)对于大型远距离滑坡,在滑坡体运动路径上坡面形态确定的情况下,坡面摩擦因数和滑体强度主要影响堆积颗粒在滑坡堆积区的分布,滑坡发生区域微地形则更多地影响滑坡体所能达到的最大位移;(2)鸡尾山高速远程滑坡的发生过程是分阶段完成的;第一阶段主要是滑源区岩体的破裂化,第二阶段为破裂块体的运动及滑出;(3)通过监测速度、位移等发现滑体外围区域块体速度首先达到最大值,并具备二次加速的特征,综合速度及位移可以认为在滑体中处于上部边缘部分更有可能远距离运动;(4)对于鸡尾山滑坡,当墙面摩擦因数为0.05,黏结强度为中等(250～200 MPa)时,得到的结果与实际情形最为契合。通过模拟发现,PFC3D软件对于此类高速远程滑坡具有较好的适用性,尤其是其三维堆积形态及影响范围的初步确定可以对划定安全避让范围等防灾减灾工作提供有益参考。     

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。     

反演分析法在滑坡治理中的应用

以某滑坡为例,根据现场踏勘确定了滑坡的破坏形式,在滑坡极限平衡状态下,采用传递系数法反算求得了滑坡的抗剪强度值,提出了通过在滑坡主滑段卸载的方法治理滑坡,并阐述了具体的施工方案,以有效控制滑坡的滑动变形。     

基于分层壳单元模型超大型冷却塔风致倒塌机制与失效准则

历史上超大型冷却塔风毁事件多次发生,国内外现行规范中缺乏超大型冷却塔风致倒塌机制与失效判别准则。以我国西北地区某在建高228 m的冷却塔为背景,建立分层壳单元模型,考虑塔筒的多尺度壁厚及配筋率变化,通过刚体测压风洞试验获取了冷却塔表面风荷载,结合增量动力分析法分析了典型风速下塔筒位移和内力响应,确定临界倒塌风速为83 m/s;基于节点失效前后von Mises应力变化规律提炼了冷却塔倒塌过程中3种内力重分布机制,结合塔筒喉部位移构建了结构变形失效准则。研究表明：采用分层壳单元模型可以有效模拟超大型冷却塔倒塌全过程,中心破坏区域扩散形成裂隙网,直至完全倒塌破坏;塔筒首个单元失效首先引发滑动面机制,随后以转动铰机制和滑移面机制为主进行内力重分布;当结构变形失效指标(喉部迎风面与背风面的相对水平位移与喉部直径之比)不小于1.5%时,超大型冷却塔失效倒塌。     

Collapse mechanism and failure criteria based on layered shell element model for super-large cooling tower under wind action

历史上超大型冷却塔风毁事件多次发生，国内外现行规范中缺乏超大型冷却塔风致倒塌机制与失效判别准则。以我国西北地区某在建高228 m的冷却塔为背景，建立分层壳单元模型，考虑塔筒的多尺度壁厚及配筋率变化，通过刚体测压风洞试验获取了冷却塔表面风荷载，结合增量动力分析法分析了典型风速下塔筒位移和内力响应，确定临界倒塌风速为83 m/s；基于节点失效前后von Mises应力变化规律提炼了冷却塔倒塌过程中3种内力重分布机制，结合塔筒喉部位移构建了结构变形失效准则。研究表明：采用分层壳单元模型可以有效模拟超大型冷却塔倒塌全过程，中心破坏区域扩散形成裂隙网，直至完全倒塌破坏；塔筒首个单元失效首先引发滑动面机制，随后以转动铰机制和滑移面机制为主进行内力重分布；当结构变形失效指标(喉部迎风面与背风面的相对水平位移与喉部直径之比)不小于1.5%时，超大型冷却塔失效倒塌。     

Geological characteristics of landslides triggered by the 2016 Kumamoto earthquake in Mt. Aso volcano,Japan

On 16 April 2016, a M_w 7.0 earthquake occurred in Kumamoto city, Japan. The main shock induced two large landslides, namely the Aso Bridge landslide and the Aso Volcanological Laboratory landslide. Their topographical and geological conditions and motion features were investigated by using an unmanned aerial vehicle (UAV) and portable dynamic cone penetration tests (PPTs). The Aso Bridge landslide lies between elevations of 385 m and 725 m, with a total estimated volume of about 1,980,000 m³. The main body is composed of cohesive soil with lapilli and block. The Aso Volcanological Laboratory landslide lies on a slope between 483 m to 582 m, and the total volume is about 81,000 m³, with an average thickness of 4.5 m. The main body is composed of Kusasenrigahama volcanic pumice tephra beds. The material compositions and deposits of both landslides have low cohesion and easily induced shear failure for the two landslides. The sliding distance of the Aso Bridge landslide was long, the sliding direction almost unchanged from the scarp to the toe, and the sliding speed was rapid. The sliding distance of the Aso Volcanological Laboratory landslide, however, was short, the sliding direction changed from the N-direction at the scarp to the NW-direction at the toe, and the sliding speed was slow.

     

石榴树包滑坡机制的有限元分析

石榴树包滑坡是黄蜡石滑坡的组成部分。利用基于位移控制技术的有限元法对滑坡机制进行了分析，展示了Katona接触单元在模拟滑面时的应用。作为对比，还设置了另一计算方案，在此方案中，将整个滑体的力学参数都取为滑带的力学参数，同时，将滑体和基岩之间的界面作为普通的岩性分界面。计算结果表明，两种不同的连接形式的安全系数相近，但失稳机制却不同，从而证实了边坡的稳定性是由滑带的性状控制的。对于常规有限元法所求得的安全系数与经典的极限平衡法的安全系数之间存在较大差异的原因也进行了分析。     

不同滑坡形式下埋地管的纵向受力分析

滑坡变形带中的埋地排水管一旦开裂破坏,管道中的水将直接渗入坡体中,使坡体变形加速而破坏,因此,在进行滑坡变形带中埋地管的设计时必须考虑坡体变形对管道的影响。本文讨论牵引式滑坡和推移式滑坡两种不同形式下埋地管的纵向受力和变形特性,在一定的假设条件下,推导得出两种形式滑坡中管道的弯矩、剪力、位移以及最大应力。工程实例验证表明:由于推移式滑坡中的管道有被动土压力作支撑,在相同外力作用下,推移式滑坡中的管道应力明显高于牵引式滑坡中的管道;如果在滑坡变形带中采用PVC管,因其纵向伸长率较大,变形控制条件比较容易得到满足,需将强度指标作为设计考虑的主要因素,对最大应力超过管道许用应力的可采取更换强度较高的管材或增加管道壁厚的方法来达到强度要求。     

大型多层次堆积体破坏模式及其稳定性

 边坡的破坏模式与稳定性评价是相辅相成的,稳定性评价可确定坡体的稳定性状态,而破坏模式则可有效确定坡体的加固方式。滑坡的破坏模式可分为牵引式、推移式和复合式滑坡,而不同破坏模式的滑坡体需采用不同的加固措施。在坡体当前应力状态的基础上,依据点安全系数的定义,获取潜在滑面上安全系数的分布形态,3种典型滑坡的计算结果表明：滑移面上安全系数的分布形态可很好的诠释滑坡的破坏特征及分段稳定性状态,并可据此提出有效的加固措施。最后将该方法应用在我国西部某大型堆积体中,在野外地质调查的基础上,对其工程地质结构、破坏模式及其稳定性进行了深入分析,综合评价了多层次堆积体的稳定性及破坏模式,并给出了有效的加固建议。     

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。     

Analysis of the Aso-Bridge landslide during the 2016 Kumamoto earthquakes in Japan

In 2016, earthquakes occurred beneath Kumamoto City, Kumamoto Prefecture in the Kyushu Region of Japan and generated numerous landslides around the city, and among those triggered in this disastrous event, the Aso-Bridge landslide was the largest. For the purpose of examining the behavior of this large-scale landslide during the main shock of the Kumamoto earthquakes, we conducted a study involving simplified sliding block concepts and finite element codes, and conclude that (a) the slope of the Aso-Bridge landslide (about 710 m high and with a dip angle of 33 °) is marginally stable in the absence of earthquakes; (b) the failure surface obtained using finite element codes is in satisfactory agreement with that of the actual failure surface; ©) our results reveal that the initiation-time of the Aso-Bridge landslide lay between 18.45 and 21 s based on three indications: (I) the directional tendency of the first apparent displacement, (ii) evidential factor of safety (FS) values <1, and (iii) Newmark’s displacement; and (d) the combination of an internal friction angle of 35 ° and a cohesion value of 80 kPa led to a failure surface closest to that observed in the field. The study demonstrates that we were able to apply the simplified sliding concepts and finite element codes to analyze the Aso-Bridge landslide in reasonable agreement with the actual event.