关于“对‘边坡演化评价的质量传输模拟方法’的讨论”的回复

1引言作者发表于《岩石力学与工程学报》2004年第23卷第7期的“边坡演化评价的质量传输模拟方法”一文引起了张明、胡瑞林先生的讨论。现就有关问题结合质量传输模拟的基本思想以及作者在相关领域的研究成果与两位先生商榷。     

对“边坡演化评价的质量传输模拟方法”的讨论

笔者怀着激动的心情拜读了徐则民教授等的“边坡演化评价的质量传输模拟方法”（以下简称原文）一文。把水文地球化学中的水–岩反应的质量传输模拟方法应用于工程地质领域的例子鲜见报道,特别是应用于边坡的加固与预报领域更是凤毛麟角。该文把质量守恒、化学热力学平衡和同位素地球化学等多个领域的知识用于滑坡预报,是滑坡预报和加固在理论上的一个突破。但笔者存在几个疑问,恳请徐教授释疑和解答。     

反倾岩质边坡多级破坏边界折断深度计算模型

目前对边坡多级破坏折断深度及演化过程的研究相对较少，针对这类问题，在已有破坏边界模型的基础上采用悬臂梁极限平衡理论，对边坡多级破坏边界折断深度进行理论推导，建立多级破坏边界折断深度的计算模型，并通过大型离心模拟试验及工程实例对模型的可靠性和适用性进行验证。结果表明：离心模拟试验展现的多级破坏边界演化过程与提出的岩质边坡破坏边界一致，经计算二级破坏边界的折断深度为215.35 mm，三级破坏边界的折断深度为87.39 mm，模型计算结果与离心机试验结果相吻合，验证了所建立模型的可靠性；利用计算模型对云南省澜沧江左岸一处反倾岩质边坡多级折断深度进行计算，其二级破坏边界折断深度为8.06 m，三级破坏边界折断深度为2.34 m，经现场测量其二级、三级破坏边界折断深度分别为6～10 m和0.5～2 m，计算结果与边坡实际相符。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性及破坏机制的分析具有理论指导意义。     

边坡演化的非线性机制及滑坡预测预报研究

综合、系统地总结了前人在边坡工程及滑坡预测预报领域的研究成果。在此基础上,运用非线性理论的相关理论和方法,对岩土力学参数的置信度、边坡演化的非线性机制、边坡的分岔过程与混沌特征、滑坡预测和预报方法进行了较为系统的研究和探讨。 推导了反映岩土体力学参数的不确定性的数字特征公式,建立了可靠性检验模型。边坡系统是一个具有复杂结构和功能的非线性开放系统,非线性性质是其基本属性。为研究这一性质,归纳了研究边坡工程非线性特征的系统范式原则,认为边坡系统从形式、发展到破坏的演化过程遵循一定的规律,如发展的动力、演化的道路及演化的历经状态等符合原则。 边坡在演化过程中,分岔是其发展道路之一,运用分岔理论研究边坡演化的非线性机制可反映出这一过程。建立了边坡演化的分岔模型,并运用线性稳定性分析、数值模拟方法对边坡稳定性、吸引子特征及演化趋势进行了理论研究。结果表明：处于非线性演化状态的边坡在外界小扰动作用下,会发生状态质变,从而为解释边坡变形机制提供了理论依据。 引入有关理论,提出了滑坡预测预报的非线性时间序列方法,建立了滑坡失稳时间的协同一分岔模型,并把混沌理论与神经网络方法结合起来对边坡稳定性进行评价。最后,以新滩滑坡、Ｖａｊ     

岩土工程稳定性分析RFPA强度折减法

将强度折减法的基本原理引入到岩石破裂过程分析RFPA方法中，建立RFPA—SRM岩土工程稳定性强度折减分析方法。该方法以有限元方法作为应力分析工具，不仅满足静力平衡、应变相容，且充分考虑材料的细观非均匀特性，并秉承RFPA方法的破坏过程分析优势，能够反映岩土结构随强度劣化而呈现出渐进破坏诱致失稳的演化过程。以岩土工程中的边坡为例，阐述RFPA-SRM方法在边坡稳定性分析中的应用。利用RFPA—SRM方法进行边坡稳定性分析时，不需对滑动面做任何预先假定，对复杂地质地貌的边坡稳定性分析是实用的；同时以基元的破坏次数统计作为边坡的失稳判据，不仅可直观地得到坡体的滑移破坏面，还可求得安全系数，为边坡的稳定性研究提供一种新的便捷、有效方法。特别是RFPA-SRM对边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机制具有重要意义，更有利于从边坡失稳的源头入手指导边坡防护设计。最后对RFPA-SRM方法在一连拱分叉隧道安全设计中的应用进行探讨，得到该隧道结构的安全系数及潜在破坏模式，表明RFPA-SRM方法同样适合其他岩土结构稳定分析。     

基于SPH的土质边坡稳定性及失稳后大变形数值模拟

本文采用光滑粒子流体动力学(SPH)法对土质边坡稳定性及其失稳后的大变形进行数值模拟研究。该方法既可以分析边坡的稳定性系数和潜在滑移面,又可以对土质边坡失稳后的大变形过程进行模拟,从而弥补了传统数值模拟分析方法的不足,为土质边坡稳定性及失稳后滑坡大变形分析提供了一种新的方法。首先,采用Fortran语言编写了模拟土质边坡稳定性及失稳后滑坡大变形分析的SPH程序;其次,采用一个经典算例,验证了本文程序和方法在进行边坡稳定性分析时的准确性;最后,为验证该法模拟黏性土质边坡滑坡大变形的准确性,笔者自行设计了一组黏性土体滑坡大变形物理实验并与SPH模拟结果进行了对比。研究成果表明,基于弹塑性本构模型及D-P屈服准则的SPH方法可以较准确的模拟稳定性系数及潜在滑移面,并且可以较准确地模拟失稳后的滑坡大变形发展过程,弥补了目前数值模拟方法的不足,是一种值得推广的新型稳定性及滑坡大变形分析方法。     

地震引起的边坡灾害风险分析实用技术

 提出和讨论在由地震引起的边坡灾害风险分析中的一些实用技术和方法,给出频度分析和影响分析中的具体步骤。为使蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟法更加容易和更加有效,首次提出“临界线”这一新的概念。在计算边坡破坏概率时,只要求计算模型的“临界线”,不用对每一个随机采样点进行安全分析。在评价边坡破坏后可能引起的经济损失影响分析中,关键在于如何正确估计从边坡流下的土石运动速度、到达范围及堆积形状等数据。提出用DDA模拟来解决这一问题,因为DDA模拟不仅可以计算复杂边坡模型的破坏概率,而且可以得到该边坡破坏后从边坡流下的土石运动特性。对一些已破坏边坡的DDA模拟结果表明,计算出的土石运动特性与实际结果基本吻合。因此,提出的方法可适用于地震引起的边坡灾害风险分析。     

高频次微小地震下顺倾软硬互层边坡动力稳定性研究

三峡库区(TGR)自蓄水以来微震活动加剧、强度增大,频发微震会对库区边坡产生一定影响。采用振动台模型试验和UDEC数值模拟方法,对库区顺倾软硬互层边坡在不断微、小地震作用下的破坏失稳演化过程及动力稳定性进行了研究。研究成果如下:在不断地震作用后,边坡自振频率下降、阻尼比上升,自振频率下降的速度随加载次数和加载幅值的增加而增大;在不同加载阶段,边坡坡面PGA放大系数不断降低,动力响应呈现减弱趋势;弱层成为顺倾软硬互层边坡变形破坏的优势区域;边坡的破坏失稳演化过程为分段式的滑移破坏过程,上部软、硬层滑落后,剩余滑体沿着由上部弱层剪切裂缝、中部硬层次级节理拉裂缝和下部弱层剪切裂缝贯通形成的滑移面滑移破坏;UDEC数值模拟表明顺倾软硬互层边坡的累积永久位移随微震作用次数的增加而增加,稳定性系数则呈现递减趋势。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾、防灾有一定的价值。     

非饱和裂隙膨胀土边坡降雨入渗和变形的数值模拟

裂隙是膨胀土的基本特性之一,它的存在直接影响着降雨作用下膨胀土边坡内的含水量、孔压和变形的发展。文章在已有研究的基础上,给出了膨胀土裂隙模拟的方法及裂隙膨胀土边坡的非饱和渗流过程的模拟方法;建立了一个工程实用的膨胀土的胀缩变形计算模型;发展了适用于裂隙膨胀土边坡的雨水入渗过程分析的数值计算方法,编制了相应程序。结合工程实例,模拟了降雨入渗条件下裂隙膨胀土边坡的含水量、孔压和变形演化过程。数值计算结果较好地再现了现场试验结果,初步说明了模拟方法及程序的可靠性。模拟结果表明,在降雨初期,裂隙发育的浅层土体含水量迅速增加,部分区域饱和;延长降雨后,坡面和坡脚形成略深于裂隙发育区的浅层饱和区;裂隙的闭合导致含水量增加减缓,雨水入渗集中在浅层;在延长降雨后饱和区的扩散仍集中在坡面坡脚的浅层土体。裂隙膨胀土边坡的膨胀和软化也集中发生在浅层土体中,这决定了裂隙膨胀土边坡的破坏形式主要为浅表型滑坡。     

节理岩体边坡概率损伤演化规律研究

露天矿边坡岩体是含有大量空间上随机分布裂隙的三维损伤体，岩体的强度和内部裂隙分布在空间上均具有随机性，岩体损伤是一种概率损伤。应用三维节理网络模拟技术建立节理岩体损伤张量及概率分布规律的计算方法，综合应用Rosenblueth原理、损伤断裂力学与数值模拟等理论与技术，建立三维节理岩体概率损伤演化的耦合分析程序，通过对鞍钢眼前山露天铁矿南帮边坡岩体随采场逐渐下降过程中概率损伤演化规律的数值模拟，计算得出边坡岩体在不同开采阶段的损伤张量的均值与标准差，揭示节理岩体损伤张量在露天矿开采的空间和时间上的动态变化规律，建立露天矿不同开采阶段的边坡岩体三维随机损伤场，为评价露天矿边坡可靠性的动态变化规律奠定基础。     

基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法

 对于线路工程上具有普遍性的岩质边坡,因数量多,范围广,工程勘察深度相对较浅。依据规范的测试和试验,建立一种基础性岩体质量评价方法,实现边坡工程岩体分级,并根据行业要求与经验提出支护措施,对提高岩质边坡工程设计与施工的科学性无疑具有重要的意义。针对现有的《工程岩体分级标准》(GB50218-94)没有涉及边坡工程岩体分级,在深入研究和系统消化边坡工程岩体分级成果基础上,提出基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法(简称BQ-RSlope方法)。该方法在岩体基本质量指标基础上,考虑控制边坡稳定性的主要结构面类型与延伸性、结构面产状与坡面间关系以及边坡内地下水发育程度等影响因素,对岩体基本质量指标进行修正,由此确定边坡工程岩体级别,并给出各级别边坡工程岩体自稳能力的评价。结合4个边坡工程10个坡段的应用性验证,表明依据文中方法获得的各边坡坡段的岩体质量分级以及该基于质量指标对边坡稳定性的评价结果与工程实际总体相符,提出的依据BQ的岩质边坡工程岩体分级方法是合适的。     

The gravitational slope deformation of Mt. Rocchetta ridge (central Apennines,Italy): geological-evolutionary model and numerical analysis

This paper presents the results of a study on a deep-seated gravitational slope deformation affecting the eastern slope of the Mt. Rocchetta ridge (central Apennines, Italy). Fieldwork identified the ongoing deformational process and assisted in defining its mechanisms, evolution and controlling factors. An equivalent continuum approach was adopted to characterize the rock mass with some modification for the temporal and spatial scale of the process. A visco-elastic-plastic rheological model was adopted for the numerical analysis, which also took into account the groundwater flow feeding the Capo Volturno spring. The results of the numerical analysis are consistent with the observed geomorphic evidence and suggest a morpho-evolutionary model of the ridge characterized by an initial phase of rock mass creep followed by a rock mass spreading process, mainly controlled by the viscous behaviour but with a significant contribution from groundwater for the smaller scale instabilities.     

砂质边坡安全性与快速评估方法研究

边坡内地下水位之变化是边坡安全的重要参数,但其对边坡稳定安全系数之影响却鲜少被人深入探讨。而现今监测仪器管理值大多仅以经验值代表边坡潜在危险性,且未明确指出对应的变位大小。因此,结合数值分析法和极限平衡法的优点及特性,详细分析砂质边坡的地下水位、应力、应变与安全系数之关系,探讨地下水位对砂质边坡稳定性的影响。研究成果获知各种内摩擦角不同的土壤,随着水位升高时,安全性也变化的趋势,且可以正规化参数与表达之。因此,进一步建立一个合理且可快速使用的边坡安全评估图表,以便用于砂质边坡快速安全评估,且亦可用于缺乏详细数据的现地边坡之快速安全评估,解决盲从检测之虞。     

顺层岩质边坡开挖稳定性研究

用地质力学模型试验方法,在实验室对顺层岩质边坡进行分期开挖破坏试验;同时,利用三维快速拉格朗日差分分析(FLAC3D)程序模拟开挖破坏过程。2 种方法所得结果具有较好的可比性,揭示了顺层岩质边坡在开挖状态下岩体变形破坏的一些规律。提出在实际工程中,为避免开挖过程中边坡出现顺层滑动,宜边开挖边支护,且首先在坡脚处设置锚杆。     

管网渗流系统对含碎石粘性土边坡的稳定作用

坡脚开挖或坡面堆载时,含碎石粘性土边坡经常发生滑坡。此类滑坡的发生机理不仅与边坡力学条件的改变有关,还与水文地质条件的改变有关。在含碎石粘性土边坡中常常发育有地下水管网渗流系统,它对控制坡体地下水位上升有重要的作用,是保持边坡稳定的重要因素。当坡脚开挖或坡面堆载引起坡体局部破坏时,原有的地下水管网渗流系统可能遭到破坏,从而导致坡体地下水位明显上升而产生滑坡。通过滑坡地质调查和稳定性计算分析,揭示了管网渗流系统的发育特点及其对边坡稳定性的影响,并通过物理模型试验再现了地下水管网渗流系统的形成过程及其对边坡渗透性的作用。     

岩质边坡断续裂隙阶梯状滑移模式及稳定性计算

阶梯状滑移破坏是一类典型岩质边坡破坏失稳模式。在总结断续裂隙阶梯状滑移的岩质边坡地质结构特征的基础上,利用离散元二维颗粒流程序（PFC^2D）模拟研究了边坡阶梯状滑移破裂模式及其演化过程。边坡岩桥可归纳为剪切贯通破坏、张拉贯通破坏及张–剪混合贯通破坏3类。通过岩石细观颗粒黏结力场、岩桥段应力及破裂贯通演化分析,揭示了重力作用下阶梯状滑移是从下而上岩桥逐个渐进性破裂贯通演化的过程,坡体后缘张裂纹发展贯通是下部坡体的牵拉作用造成;以缓倾角阶梯状平行裂隙边坡（岩桥倾角90°,裂隙倾角30°）为例,阶梯状滑移过程大致可分为坡体弹性稳定变形、下部岩桥贯通破坏、中上部岩桥贯通–后缘张裂、整体沿贯通面滑移共个阶段,其中第3个阶段坡体微断裂数急剧增加,为滑裂带扩展至贯通的临界失稳状态。基于滑移模式及其演化过程的认识,建立了岩桥剪切贯通、张拉贯通和张–剪混合贯通三类阶梯状滑移边坡稳定性计算理论模型,推导了考虑岩桥强度和贯通率的边坡安全系数极限平衡计算公式。     

地下水影响下裂隙岩质边坡变形的Fuzzy测度分析

根据裂隙岩质边坡工程实际,采用 Fuzzy 数学理论中的 Fuzzy 测度理论,将工程开挖引起裂隙岩质边坡移动变形这一客观现象视为一模糊事件,依此建立了在地下水影响下岩体移动变形预测分析的 Fuzzy 测度模型。利用该模型可对边坡岩体移动变形参数进行反分析,并可对边坡开挖过程中引起的岩体移动变形进行定量计算,进而对地下水影响下岩质边坡总体稳定性和稳定程度进行预测。对已有的矿山边坡岩体移动变形及其稳定性进行了具体的分析预测,结果符合工程实际。     

顺层岩质路堑边坡稳定性有限元分析

路堑边坡稳定性分析是工程建设中的重要问题。在工程地质勘察的基础上,利用非线性有限元法,结合强度折减理论,采用有限元软件ANSYS对某顺层岩质路堑边坡的开挖变形进行数值模拟,分析了该顺层岩质边坡的变形破坏机制及其演变过程,为边坡的工程治理设计提供了合理的建议。     

基于坡角变化的反倾层状岩质斜坡倾倒变形离心模型试验研究

基于临空条件变化对倾倒变形斜坡影响的认识,以澜沧江古水水电站倾倒变形边坡为原型,通过3组斜坡模型的离心试验,模拟不同坡角条件下反倾层状斜坡的变形演化与破坏过程,获得坡角变化与倾倒变形发展演化之间的关系.研究结果表明:反倾斜坡倾倒破坏最先发生在坡脚位置,而后向上部发展.坡角越陡,产生这种变形需要的累积时间越短;反倾层状岩...     

边坡非线性位移预测的动力系统自记忆模型

边坡位移的准确预测对于边坡稳定性评价、边坡安全状态的预警以及滑坡灾害的控制具有重要意义。将"动力系统自记忆原理"引入到边坡位移时间序列预测研究。首先将量测得到的边坡位移时序数据视为描写边坡位移非线性动力学模型的一个特解,采用双向差分原理反导出边坡位移非线性常微分方程。以此作为微分动力核,运用自记忆原理建立了边坡位移预测的自记忆模型。将该方法用于三峡永久船闸边坡和卧龙寺边坡变形预测,研究结果表明:自记忆模型对于边坡位移预测具有较高的预测精度和较强的预测多个时序步位移的能力,从而为边坡位移预测提供了一条新途径。