三峡水库水位涨落条件下奉节南桥头滑坡稳定性分析

三峡大坝建成后，水库将分期蓄水抬高水位，蓄水后库区水位将上抬100多米。由于防洪的需要，库水位将在175～145m范围内变动。库水位的抬升和周期性涨落，将改变岸坡原有的水．岩作用环境与条件，有可能引起库岸边坡与滑坡的失稳。南桥头滑坡位于三峡库区奉节县长江公路大桥南岸，其稳定性直接关系到大桥的安全运行。应用FLAC^4.0对南桥头滑坡在不同水位及涨落条件下的渗流场与应力场进行分析，研究应力-渗流耦合作用下滑坡体的变形趋势与破坏特征：探讨了不同蓄水工况下滑坡稳定性的变化规律及其对桥基的影响。结果表明：南桥头滑坡在现状条件下处于基本稳定状态；三峡水库蓄水后，随着水位的抬升，滑坡整体稳定性逐渐恶化；滑带内塑性区全部连通，滑坡安全系数小于1．0，表明该滑坡在库水位抬升后有可能产生整体失稳。建议采取有效的工程治理措施，消除滑坡对大桥运行造成的安全隐患。     

盾构隧道开挖面稳定渗流场与应力场耦合分析

地下水作用下成层土盾构隧道开挖面稳定性成为该领域的重要课题。文章利用有限差分数值方法对盾构隧道开挖面渗流场与应力场的耦合进行了分析,探讨了渗流力对开挖面稳定的影响。根据稳定性理论的基本原理,把由于开挖面支护压力的微小变化导致开挖面中心点水平位移突变时的支护压力定为极限支护压力。考虑渗流场时,隧道开挖面失稳的极限支护压力等于作用于开挖面的有效支护压力和渗透力的总和。流固耦合数值模拟分析了地下水作用下支护压力与开挖面变形以及应力的关系,孔隙水压力的逐渐消散导致土体中发生沉降。通过孔隙水压力的存在对盾构隧道开挖面的塑性状态、应力、位移及其大小的影响比较发现:渗流场与应力场的耦合对隧道开挖面稳定产生很不利影响,是不可忽视的重要因素。     

基于连续介质离散元的双重介质渗流应力耦合模型

 为模拟边坡在库水涨落和降雨作用下的渐进破坏过程,发展基于连续介质离散元的双重介质渗流应力耦合模型。它分为固体计算模型、孔隙渗流应力耦合模型和裂隙渗流应力耦合模型3个部分。固体计算模型能够反映地质体的破坏规律,可以模拟从连续到非连续的破坏过程;孔隙渗流应力耦合模型可以方便地计算出自由水位线(浸润线)的位置;裂隙渗流应力耦合模型可以避免由于不连通裂隙(孤立裂隙)存在所导致的收敛性问题;假设只考虑库水涨落和降雨的最终状态,裂隙渗流产生的水头分布和由库水涨落所引起的水头改变作为孔隙渗流的变边界条件,从而实现孔隙渗流场和裂隙渗流场的耦合。典型算例计算结果表明,基于连续介质离散元的双重介质渗流应力耦合模型对于库区古滑坡的研究是很有效的。     

库水位涨落对滑坡稳定性影响研究进展

库水位涨落是导致库岸古滑坡复活及滑坡失稳的重要原因之一,明确库水位涨落导致滑坡失稳的根本原因,选择有效的计算方法进行滑坡稳定性评价是准确反映滑坡发展与变形的关键。基于水岩相互作用机理,分析了库水涨落对滑坡岩土体的影响。较为详细地介绍了极限平衡法、有限元强度折减法、饱和／非饱和渗流应力耦合分析等滑坡稳定性分析方法。在此基础上,指出了当前研究中所存在的主要问题及今后研究发展方向。     

库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性分析

 基于非饱和土力学理论建立渗流场–应力场的流–固耦合计算模型,考虑土–水特征曲线与渗透特征,将孔隙水压力分布和非饱和土强度理论应用到极限平衡法中,并与有限元法结合,对库水作用下的三峡库区巫峡段龚家坊堆积层滑坡稳态–瞬态进行渗流、稳定性、应力应变的饱和–非饱和数值计算。采用Geo-studio软件中的Seep模拟库水对滑坡体作用及地下水位变化;并与Slope结合,进行极限平衡与流固耦合的稳定性计算;采用Sigma有限元分析方法进行非饱和非稳定渗流与应力–应变分析。揭示了孔隙水压力差的消散变化以及浸润线滞后库水的时间效应,水分在坡体内运移与土体变形相互影响的空间效应,表明水在坡体中起到了顶托、楔裂、促动的作用,坡顶张拉裂隙积水对稳定不利,前缘稳定,滑坡中后缘起着推移作用,是控制整体稳定的关键,体现了渗流–应力耦合作用下库区抗滑桩作用体系的防治效果。     

库水位骤变下滑坡–抗滑桩体系作用三维分析

库水位上升产生的浮力作用和库水位骤降时产生的渗透动水压力,将改变原有的水–边坡作用环境与条件,不利于库区边坡稳定。结合三峡库区马家沟I号滑坡的现场监测成果以及库水位波动数据,利用数值模拟方法,建立真三维模型。采用有限差分程序软件内置的Fish语言将分别考虑库水位上升和下降对坡面产生的静水压力作用、动水压力作用耦合于有限差分程序软件,对滑坡在库水位骤然上升与下降的位移和应力场进行分析,研究应力–渗流耦合作用下抗滑桩加固库区滑坡位移和受力特征,探讨滑坡–抗滑桩相互作用体系的防治效果。结果表明：抗滑桩与土体形成土拱效应以及抗滑桩阻滑效应相互作用下防治滑坡效果明显;库水位骤降产生的动水压力相比于库水位骤升产生的静水压力对滑坡–抗滑桩作用体系的减弱作用更大;数值模拟方法为对库水位骤变下滑坡–抗滑桩体系相互作用三维分析具有一定的指导意义。     

库水位下降对滑坡稳定性的影响

三峡水库2003年蓄水后，滑坡将可能成为三峡库区最严重的地质灾害之一，库水位下降和暴雨是导致滑坡的主要因素。根据三峡库水位调控方案考虑库区极端暴雨情况，利用有限元模拟库水位在175～145m波动和降雨时红石包滑坡Ⅲ的暂态渗流场，将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于滑坡的极限平衡分析，并考虑基吸力对非饱和土抗剪强度的影响。探讨不同降雨速度、降雨条件对滑坡稳定性的影响。研究表明：库水位下降对滑坡稳定性的影响受控于滑坡土的入渗能力和滑坡结构形态，当暴雨强度为300mm／d时，红石包滑坡Ⅲ的临界降速1m／d。其成果将为库区滑坡治理提供科学依据。     

库区水位变动下白沙碉变形体稳定性研究

渗流场与应力场的耦合分析是库区水位变动下变形体稳定性研究的热点和难点问题。基于岩体不连续性的离散元方法可以模拟流体在不透水岩体之间的裂隙中的流动,是一种完全的流固耦合分析方法。以金沙江溪洛渡水电站右岸白沙碉变形体为研究对象,通过岸坡岩体力学特性试验给出参数建议值;在充分考虑岸坡区域地质条件特征的基础上,采用离散元方法的应力–渗流耦合分析理论,结合溪洛渡水电站水库调度曲线,研究库水位变动下变形体的稳定性变化过程,并开展基于渗流场计算的极限平衡对比分析。分析结果表明,随库水位增加,变形体的孔隙水压力不断增大,稳定性则逐渐减低;当水位为600 m时,变形体发生失稳;离散元与极限平衡分析结果基本一致,但离散元动态地反映水在裂隙中的流动过程,相对极限平衡分析更能反映实际情况。     

库水位变化条件下八字门滑坡渗流稳定性分析

在系统分析水库型滑坡的失稳机制与动因的基础上,深入研究了水库型滑坡在渗透系数k与库水位波动速率v动力作用下的稳定性演化规律,发现滑坡的稳定性状态受k,v因素的影响和控制.故将耦合参数k/v作为影响滑坡渗流稳定的主要参数,探讨了不同k/v工况下滑坡渗流场稳定性的演化规律,结果表明:相同数量级的渗透系数和同一水位条件下,库水位上升阶段滑坡稳定性系数与k/v呈负相关关系;库水位下降阶段则呈正相关关系.     

节理岩质边坡地下水渗流的离散元分析

从岩体裂隙网络渗流的特点出发,以节理开度变化为纽带,对裂隙岩体渗流场与应力场耦合的离散裂隙网络模型进行分析,采用离散单元法对节理岩质边坡不同库水位条件下的渗流场与应力场进行了耦合分析,比较真实地模拟了库水位上升对节理岩质边坡渗流场与应力场的改造,研究了库水位上升对边坡变形和稳定性的影响规律.结果表明:水库蓄水后,随着水位的抬升,坡体内的最大位移、最大孔压、最大流量均有不同程度的增大,而边坡的稳定性逐渐降低.     

地震作用下边坡岩体动力稳定性数值模拟

 以金沙江龙蟠边坡变形岩体为例,采用人工合成地震动为输入条件,并考虑超静孔隙水压力的作用,运用离散单元法进行边坡岩体的全时程动力分析,探讨地震作用下边坡岩体的动力响应规律及稳定性。数值模拟结果表明：地震惯性力的作用引起剪应力的积聚效应;岩体结构面对岩质边坡的地震动力响应起控制性作用;边坡最危险状态是地震刚刚开始时由静态到动态所发生的巨大系统改变之时;地震作用导致岩体变形破坏的主要机制是剪应力积聚和超静孔隙水压力累积效应的耦合作用。同时,计算结果还表明,龙蟠边坡变形岩体在遭受地震时不会发生整体性的远程滑动,这一结论对金沙江宽谷坝址的抉择具有重要的工程应用价值。     

降雨入渗对泥岩–土混填路堤稳定性的影响

 降雨入渗是诱发泥岩–土混填路堤边坡失稳的主要因素之一,为了揭示降雨对泥岩–土混填路堤边坡稳定影响的变化规律,选取济邵高速公路一典型路段的泥岩–土混填路堤边坡进行人工降雨模拟试验,对边坡土体中的孔隙水压力、边坡土压力和变形进行监测;探讨雨水入渗对路堤边坡稳定性的影响,推断滑坡的形成机制和预测边坡的稳定发展趋势。原位综合监测和数值分析结果表明：降雨入渗影响下泥岩–土混填路堤边坡的滑动变形区的变形量以坡面最大。裂缝的出现使得雨水更容易进入深层土体,土体吸水崩解、软化,强度急剧下降,使得边坡的稳定性安全系数在降雨后显著降低。     

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。     

超静孔隙水压下软土卸荷蠕变特性试验研究

考虑超静孔隙水压作用的软土卸荷力学特性对富水软土地区地下空间开挖变形和稳定性分析具有重要作用。以深圳地区淤泥质软土为研究对象,开展不同初始超静孔隙水压作用下的K_0固结不排水三轴卸荷强度试验和卸荷蠕变试验。试验结果表明:初始超静孔隙水压越大,固结围压越小,软土卸荷破坏越具有突然性;软土卸荷强度应力-应变曲线大致呈双曲线型,其双曲线函数拟合结果表明,卸荷强度随着初始超静孔隙水压的增大而大致线性减小。卸荷蠕变对初始超静孔隙水压敏感性很大,卸荷蠕变破坏时的偏应力约为卸荷强度试验中偏应力的90%。UU0.5应力路径相对于UU0.0应力路径更容易发生卸荷强度破坏和卸荷蠕变破坏,在实际工程中,应尽可能控制软土侧向卸荷比和超静孔隙水压的大小。     

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。     

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。     

高速公路泥岩边坡时效变形破坏机理分析

中国西部山区泥岩地层中修建高速公路，泥岩边坡常发生变形失稳破坏。基于大变形理论，采用完全非线性瞬态动力学分析方法，研究了泥岩边坡开挖前、开挖后暴雨产生孔隙水压力和孔隙水压力消散的时效变形过程，揭示了坡体开挖和孔隙水压力是边坡发生变形破坏的主要因素，为边坡的处治设计提供了理论依据。     

水库滑坡变形特征和预测预报的数值研究

水库滑坡不同于一般山体滑坡,其稳定性受水位波动的影响十分明显。由于水库滑坡的特殊性和重要性,其变形特征和预测预报的研究已成为目前研究的热点和难点。库水水位的波动,改变了水库滑坡的水力边界条件,引起坡体内渗流场的非稳定渗流,采用传统的分析方法很难对其变形破坏特征和稳定性的动态变化进行研究,并对其失稳破坏进行预测预报。因此,基于数值极限分析方法对水位下降过程中滑坡体的变形特征和稳定性的动态变化规律进行了研究;通过位移-时间关系曲线以及位移-时间对数关系曲线对滑坡体的变形破坏特征进行了定量研究,并提出利用水平位移陡升段（加速段）和水平方向的夹角作为滑坡临滑预报的判据,为认清水库滑坡的破坏机制和提升其预报水平提供了新的思路。     

库水位升降条件下边坡失稳离心模型试验研究

 三峡库区频发的滑坡地质灾害已愈来愈引起学者的高度重视,其受水位反复升降的影响是库区边坡不同于其他陆地自然边坡的一个显著特点。以离心模型试验为手段,基于三峡库区典型滑坡的工程地质特征,建立相应的土质边坡离心模型。在试验过程中实现对库水位循环升降的控制,模拟库区边坡在水位升降作用下的失稳过程。通过数码摄像、数字图像处理和传感元件测试,获得该试验条件下的土坡在水位升降过程中典型位置的孔隙水压力变化、全断面位移矢量演化(水平位移和沉降)、滑面形态及裂缝形成发展过程,并详细分析边坡在这种外部水环境影响下的变形演化、失稳和破坏模式。试验结果表明,若仅考虑水位升降作用的影响,该试验条件下的库区土质边坡的变形呈现典型的渐进牵引破坏模式,并具备较强的水土软化影响特征;裂缝在变形演化过程中出现交替张开和闭合现象,该失稳模式下的滑面呈折线形态,并在变形破坏过程中次生多级滑面。研究结果为库区滑坡地质灾害机制的深入认识、以及滑坡预防和控制提供了重要依据。     

高压引水隧洞陡倾角断层岩体高压压水试验研究

结合一抽水蓄能电站高压岔管区高压压水试验,详细介绍了具有陡倾角断层岩体的高压压水试验方法及试验成果。探讨了岩体高压下水力劈裂区扩展的波动理论和渗透破坏特性,明确了岩体与土体渗透破坏形式差异。试验首次对岩体内的渗透压力和变形进行了同步测量,以了解高压条件下岩体的渗透变形特性。在高孔隙压力作用下,岩体的变形发展试验成果表明,岩体应力和稳定性分析过程中孔隙压力的作用不可忽视,因此采用耦合理论对高孔隙压力环境下的工程岩体进行分析有助于降低围岩失效风险。