灌溉诱发型黄土滑坡离心模型试验研究

滑坡是一种常见的地质灾害,灌溉诱发黄土滑坡失稳是常见地质灾害之一。灌溉作用不仅改变了地下水平衡,而且降低了土体的抗滑强度,从而导致黄土滑坡的发生。针对黑方台焦家崖头13号黄土滑坡,开展了灌溉作用下滑坡失稳机理的离心模型试验研究,揭示了黄土滑坡的变形特性、应力水平及破坏模式。离心模型的制作考虑了"粒径效应"、"尺寸效应"。离心试验结果表明:随着加载时间和离心加速度的增大,模型坡体沉降量、坡体土压力、坡体孔隙水压力均逐渐增大;坡体沉降量由坡顶至坡脚逐渐减小,最大垂直位移为33.38 mm,坡体土压力由坡顶至坡脚逐渐增大,最大土压力为320 k Pa,坡体孔隙水压力表现为坡顶坡脚坡体中部,最大孔隙水压力为157.08 k Pa;坡体呈现出两级破坏模式,即第一阶段的坡脚蠕动变形,坡顶压制拉裂,第二阶段的坡体剪切滑移。     

降雨对滑坡形态影响的宏细观分析

进行人工降雨诱发边坡滑坡的模型试验,着重研究不同降雨强度对滑坡形态的影响。基于不同降雨强度下边坡发生滑坡的破坏过程,利用高速动态数据采集仪和孔隙水压力传感器进行孔压量测;利用土体水分传感器监测降雨过程中坡体内部含水率的变化情况,研究含水率和饱和度对滑坡形态的影响;并结合细观组构变化进行水土作用机理分析。研究结果表明:不同降雨强度下坡体发生滑坡的宏观破坏形态、孔压变化规律不同;随着降雨强度的增加,坡体滑坡形态从牵引式向推移式转化;牵引式滑坡形成机理为坡脚发生渗透破坏,坡体失去坡脚支撑作用而分层下滑;推移式滑坡形成机理为坡体上部雨水聚集导致孔压上升、土体强度降低,当下滑力大于抗剪强度时,上部土体挤压下部土体,突然整体滑动。本文研究有助于工程中对降雨诱发滑坡的预防和治理。     

降雨触发不同级配堆积体滑坡模型试验研究

深入研究降雨条件下堆积体坡失稳规律对滑坡预测预报和防灾减灾具有重要的理论意义和工程实用价值。开发研制了降雨滑坡室内模型试验系统,对3种配制的堆积体土样进行了模型试验。研究了降雨条件下堆积体土坡的渗流、变形、破坏和颗粒运移的规律,探讨颗粒级配对堆积体土坡稳定性的影响。结果表明:坡内土体体积含水率、孔隙水压力和吸力随降雨历程响应明确;湿润锋到达后体积含水率和孔隙水压力持续增加而吸力持续减小,达到峰值后稳定;降雨停止后体积含水率和孔隙水压力立即降低而吸力逐渐增大。坡体破坏瞬时土体位移有一个加速过程。颗粒级配(含石量)对土坡破坏模式具有显著的影响;堆积体含石量为13%,19%,41%的土坡破坏模式分别为多级后退式破坏、冲蚀引起的局部浅层滑动破坏和块状滑动破坏;含石量越小,滑裂面越明显;含石量对细颗粒流失也有影响,含石量越大细颗粒流失越显著,坡脚细颗粒含量越大。     

“12·20”深圳滑坡动态模拟

将深圳滑坡堆填渣土近似视为饱和土,考虑快速填筑效应,假定填筑高度在填筑过程中随时间线性增大,由一维固结理论推导出由于快速加载引起的土体内超静孔隙水压力分布,同时根据修正剑桥模型考虑填土剪缩效应对超静孔隙水压力的影响。总孔隙水压力为静水压力、快速加载和剪缩引起的超静孔隙水压力三部分之和,从而由总应力得到余泥渣土失稳时的有效应力,进而由有效内摩擦角得到其剪切强度。再将快速滑出过程看作不排水条件下的破坏,利用推导出的填土不排水强度,采用可以有效模拟超大变形问题的物质点法对深圳滑坡的全过程进行了动态模拟,并研究了滑坡体对建筑物的破坏作用。模拟结果表明该模型能较好解释深圳滑坡中滑动土体高速远程输送特征。     

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。     

巫山县龙头山滑坡物理模型实验研究

龙头山滑坡是三峡地质灾害防治监测预警工程中重点监测滑坡,通过对其进行滑坡物理模型试验,对滑坡失稳过程的孔隙水压和土压力以及滑坡位移的变化特征进行了观察总结,并探求库水位变化和降雨条件对滑坡稳定性的影响,为滑坡的监测预警提供依据。     

库岸古滑坡离心模型试验研究

针对一库岸古滑坡进行了水位骤降条件下 失稳机制 的离心模型试验。 离心模型的制作考虑了原型边坡的大尺寸和非均质特征,离心试验过程中进行了上下游水位的实时控制,试验后进行了边坡土体物理特性和强度特性的对比试验。离心试验结果表明：水库蓄水导致坡脚抗滑阻力降低,坡体前缘出现裂缝并随着水位上升出现坡脚坍滑;水位骤降坡体内产生向外的动水压力,加剧坡脚滑动并形成牵引式滑坡趋势;坡脚被加固后边坡变形情况得到明显改善,滑动被阻止,边坡整体稳定性提高。离心试验前后边坡土体的物理力学试验结果揭示：坡脚滑动会造成坡体土密度和含水率重新分布,并导致近滑动区土体强度特性改变、强度指标下降。 另外,水下土体随浸没时间增长黏聚力会降低直至消失。     

地震和降雨耦合作用下黄土边坡失稳滑移的振动台试验研究

为了研究黄土边坡在地震和降雨耦合作用下的动力响应特征、变形演化过程以及失稳破坏机制,开展天然状态、降雨100 mm黄土边坡2种模型试验,对比分析降雨前后两类边坡模型的宏观变形、加速度、孔压、土压力等相关物理量的变化特征。结果表明:降雨后黄土边坡模型自振频率降低,阻尼比增大,地震动放大效应增强;强震作用下,坡顶区域土体震陷、液化,后续地震动作用下液化土体还会出现顺坡向滑移;根据边坡模型宏观变形、孔压及土压力变化,其失稳破坏过程可划分为:弹性动变形阶段、残余变形快速增加阶段、液化滑移阶段、蠕滑阶段4个阶段,不同阶段土体宏观变形、孔压、土压力各自有其特点。     

降雨诱发不同类型土质滑坡研究综述

不同土体类型,降雨诱发土质滑坡成因机理、变形破坏特征、启动条件等存在明显区别。若降雨型滑坡研究未按滑坡土体类型进行区分,不利于深入认识降雨型滑坡,故开展降雨诱发不同类型土质滑坡研究具有重要意义。对填土、黄土、碎石土、膨胀土及其他特殊土等土质边坡在降雨作用下的滑坡机理、破坏模式及预警判据进行了详细的综述,讨论了目前存在的主要问题,并对今后的研究方向作了展望。指出降雨作用下不同类型土质滑坡特征、降雨诱发特殊土滑坡变形破坏过程及降雨诱发不同土质滑坡预警判据等方面尚有待深入研究。相关成果对降雨型滑坡的研究与防治具有参考价值。     

“12·20”深圳滑坡动态模拟

将深圳滑坡堆填渣土近似视为饱和土,考虑快速填筑效应,假定填筑高度在填筑过程中随时间线性增大,由一维固结理论推导出由于快速加载引起的土体内超静孔隙水压力分布,同时根据修正剑桥模型考虑填土剪缩效应对超静孔隙水压力的影响。总孔隙水压力为静水压力、快速加载和剪缩引起的超静孔隙水压力三部分之和,从而由总应力得到余泥渣土失稳时的有效应力,进而由有效内摩擦角得到其剪切强度。再将快速滑出过程看作不排水条件下的破坏,利用推导出的填土不排水强度,采用可以有效模拟超大变形问题的物质点法对深圳滑坡的全过程进行了动态模拟,并研究了滑坡体对建筑物的破坏作用。模拟结果表明该模型能较好解释深圳滑坡中滑动土体高速远程输送特征。     

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.     

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。     

降雨特性对土质边坡失稳的影响

 通过降雨诱发土质边坡失稳的模型试验及已有研究成果来探讨降雨特性对边坡失稳的影响,并以此来选取出合适的雨量预警参数。研究结果表明：高强度降雨较易使边坡产生流滑破坏且冲蚀现象较为明显;而低雨强长历时的降雨较易使边坡深层土体的孔隙水压力增加,因此较易产生滑动型破坏且滑坡体的规模也较大;此外,降雨型滑坡存在“门槛累积雨量”。该研究成果揭示了降雨入渗对边坡稳定性的作用机制,并以此建议采用降雨强度与累积雨量作为雨量预警基准所需的参数,其中降雨强度参数可用时雨量表示,时雨量可用以衡量流滑型滑坡和泥石流灾害,而累积雨量则有助于评估滑动型滑坡的灾害。     

降雨作用下滑坡转化泥石流分析研究

对降雨入渗条件下诱发北川县魏家沟泥石流起动的影响因素进行研究。在室内人工降雨试验模拟泥石流起动的基础上,得到魏家沟泥石流起动的临界雨强,并利用FLAC软件建立降雨在坡体中入渗分析的数值模拟模型,分析坡度、雨强、土性参数以及土体饱和度对坡体失稳的影响,坡体在降雨情况下塑性区的出现与延展及坡面拉应力区的发展情况。研究结果表明:降雨入渗后孔隙水压力的升高主要在坡脚附近,即距坡脚1/5的坡高范围内。坡脚处孔隙水压力最大,沿着坡面往上逐渐减小,且坡面较大水平位移也主要集中在1/5坡高范围内。因此,降雨入渗诱发泥石流的起动最先可能出现在坡脚附近,并随着坡度增加、雨强增大、土体饱和度增大,坡体稳定性降低至失稳,促进泥石流的起动。     

降雨诱发粉土边坡失稳的离心模型试验及雨强-历时警戒曲线的验证

中国东南沿海山地丘陵地区气候湿润,每年梅雨季和台风侵袭时都伴随有大量土质滑坡,研究降雨诱发土质滑坡的失稳模式和机理对该类滑坡预警预报及防治具有重要意义。笔者自行研制了离心机机载降雨模拟装置,在50g条件下模拟和再现了非饱和粉土边坡在不同强度降雨条件下的失稳破坏过程,揭示了降雨诱发粉土边坡的失稳模式为坡脚局部失稳—向上扩展—整体浅层滑动,滑动面深度介于1~3 m。3组试验获得了降雨强度与边坡失稳时降雨历时关系数据,与李鹤等针对东南沿海地区残积土边坡提出的雨强-历时警戒曲线（I-D曲线）最为接近,验证了该降雨量警戒曲线的有效性。对离心模型试验结果进行反分析表明：非饱和土渗流分析能有效模拟边坡降雨入渗过程,而现有极限平衡分析方法难以准确捕捉降雨诱发边坡由局部向整体发展的失稳过程。基于所揭示的失稳模式,指出了该类降雨诱发滑坡的有效防治措施主要包括坡脚加强排水和支护、坡面防渗和防护。     

基于物理力学参数的滑坡灾害监测预警系统研究

针对目前国内采用的预警监测系统现状,展开了云南山滑坡灾害监测预警地高原滑坡灾害研究。以云南省昭通市头寨沟为例进行分析,通过土体粘聚力、内摩擦角、土体位移、孔隙水压力、土壤含水量、土层压力等诱因数据—模拟监测区域降雨—渗流—变形滑动的深度演化模型,剖析滑坡灾害由量变到质变,提出滑坡灾害低成本超前预警理论,实现未来较低成本超前预警,为人民群众及重要基础设施提供生命及财产的安全保障。     

降雨对南京方山边坡稳定性的影响分析

以方山彩蝶谷滑坡为例,研究降雨对南京方山边坡稳定性的影响。基于滑坡体的工程地质特征,确定彩蝶谷滑坡是典型的降雨型滑坡。结合南京地区实际降雨情况,选取历史降雨数据,运用二维有限元(slide)软件分析不同降雨条件对边坡稳定性的影响。彩蝶谷边坡稳定性与降雨密切相关,降雨是诱发其滑动的主要因素,降雨入渗致使坡体含水量逐渐增加,使非饱和带产生暂态饱和,暂态饱和区逐渐向下延伸,孔隙水压力不断增大,导致有效应力降低,坡体抗剪强度下降;边坡稳定性对降雨强度十分敏感,降雨强度越大,稳定性下降越快。该研究可为类似边坡工程的治理和监测预警提供参考。     

矿山边坡水土流失过程室内模型试验

为了研究降雨入渗对矿山边坡孔隙水压力、含水量、边坡坡面形态变化的影响,以焦作市某矿山边坡的水土流失问题为例,通过人工降雨实验研究了不同压实度、坡度和降雨强度对矿山边坡水土流失的影响。通过实验进行了研究区水土流失过程模拟,结果表明:人工降雨引起浅层土体孔隙水压力和含水量增大,致使土体有效应力减小,抗剪强度降低;随着降雨的进行,水分逐渐向坡体入渗,土体含水率增大,边坡稳定性变差;雨水冲刷引起坡面冲沟发育,坡脚最先发生破坏,含水率和孔隙水压力突变;降雨强度对边坡稳定性有重要影响,坡度变化的影响不显著。     

基于综合监测的滑坡变形特征的分析

为定量描述滑坡空间变形特征,在对滑坡体地形地貌和地质构造勘察基础上,采用全球定位系统地表绝对位移监测、光纤光栅深部变形监测和自动拉线式裂缝变形监测综合监测技术,结合重庆市玉台村滑坡裂缝变形特点,综合分析玉台村滑坡空间变形规律和失稳破坏机制。结果表明：1)综合全球定位系统监测、光纤监测和自动拉线式裂缝监测的方法有利于从地表变形、深部变形和裂缝变形方面对玉台村滑坡三维变形特征进行全面分析,是一种高效经济、优势互补的监测方法。2)玉台村滑坡表现出深层滑体的阶段性变形特征。在失稳前期,滑体后部整体滑动速率较快,变形量随时间近似呈线性增长,且地表变形监测数据的波动对降雨有较强的响应。随着滑动的持续,后缘裂缝变形逐渐退出增长阶段,靠近中部滑体的裂缝变形仍较为活跃,变形差异与地形陡缓有关。3)不利的地形与汇水条件、连续降雨、基岩隔水性以及坡前切脚与坡后堆载构成了滑坡变形的主控因素。     

考虑蒸发影响的非饱和土坡渗流分析

运用分形模型理论预测了粘土、粉土与砂土的土-水特征曲线与导水系数曲线。讨论了大气降雨-蒸发作用对非饱和渗流场的变化规律。在大气蒸发作用下,粘土边坡表层土体的负孔压逐渐增大。随着降雨入渗,粘土边坡坡脚处的土体首先达到饱和状态,并出现正孔隙水压。在降雨过程中,粉土边坡与砂土边坡的坡脚处,难以形成正孔隙水压。粘土边坡的实际降雨入渗量较小,且与土体的初始含水量、降雨类型、土体的导水系数等因素有关。非饱和土的实际蒸发量不等于其饱和状态时的土体蒸发能力。当土体达到饱和状态时,两值相等。实际蒸发量与潜在蒸发量的比值是土体表层基质吸力的函数。