纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑效应离散元分析——以北川唐家山滑坡为例

 运用离散元数值模拟技术,对北川唐家山斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用(同时考虑水平和竖向地震力作用)下产生崩滑破坏的动力全过程进行研究,确定该斜坡体在强震动力作用下产生崩滑破坏的形成机制及主控因素。研究表明：(1) 该斜坡体的初期崩滑破坏是受到地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用所致,并以竖向拉裂作用占优,而后期的抛射及运动过程则是受到地震纵横波的耦合作用所致;(2) 地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用是触发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形(如高程差、沟谷延伸方向)则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流等运动过程的控制诱发因素;(3) 该斜坡体动力响应特征值的放大效应表明,其放大系数值从大到小依次是：竖向加速度＞水平加速度＞竖向速度＞水平速度,该结果与斜坡体发生先期崩滑破坏的形成机制及主控因素相符合,即地震纵波产生的竖向加速度起到了优势破坏作用。以上结论对研究动力耦合条件下的斜坡崩滑效应具有较高的理论和现实价值。     

地震纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑响应研究

运用离散元数值模拟技术,对北川新中崩滑体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用下产生崩滑破坏的动力全过程进行了研究,确定了该斜坡体在强震动力作用下产生崩滑破坏的形成机制及主控因素。研究表明:①对于新中崩滑体的先期崩滑破坏而言,由于其距离初始震中较远,故源自初始震源的地震纵横波到达该斜坡体的时差较长,为约15.21 s,而该斜坡体在地震纵波作用于斜坡体后8 s后即开始破裂,故其先期崩滑破坏是受到地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用所致,并以水平拉裂作用占优,而后期的抛射及运动过程则是受到地震纵横波的耦合作用所致;②对其发生先期崩滑的主控因素言,在地震构造组合机制、岩体结构与构造、斜坡岩体风化程度及物理力学参数等因素既定的情况下,地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用是诱发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形(如高程差、沟谷延伸方向)则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流等运动过程的控制诱发因素;③该斜坡体动力响应特征值的放大效应表明,其放大系数值从大到小依次是水平加速度竖向加速度水平速度竖向速度,该结果与斜坡体发生先期崩滑破坏的形成机制及主控因素相符合,即地震纵波产生的水平加速度起到了优势破坏作用。以上研究为强震动力作用下的斜坡体先期崩滑破坏提供了新方法。     

崩滑灾害临界位移演化的指数律

基于锁固段概念和重正化群理论,从新的思路和视角出发,提出崩滑灾害临界位移演化的2个指数律,发现斜坡失稳的临界位移与加速蠕变起点的位移和锁固段的个数有关。第一律适用于斜坡的脆性破坏分析,例如岩崩、滚石和岩体倾倒破坏;第二律适用于斜坡的蠕变破坏分析预测,例如岩滑、堆积层滑坡、黄土滑坡以及含锁固段的黏土滑坡。多个典型滑坡实例分析表明上述指数律的广泛适用性与可应用性。所提出的方法能够在崩滑灾害的中期、短期及临阵预报方面发挥作用。     

散粒体离心模型自组织临界性及地震效应分析

基于自组织临界性(SOC)理论,运用土工离心模型试验技术,开展了粒径为0.5～1.0 mm的均匀沙和非均匀系数φ=3.1的非均匀沙两种级配的散粒体沙堆模型试验。并在试验基础上分析了散粒体斜坡崩滑地质灾害的SOC现象和地震诱发作用下散粒体斜坡崩滑失稳的模式与规律。研究结果表明,大尺度松散堆积散粒体系统在一定条件下也能呈现SOC现象,体现了以土木工程为背景的散粒体斜坡崩滑地质灾害规律,突破了关于SOC研究的尺寸效应问题;同时该沙堆模型离心试验还模拟了在拟静力水平地震力作用下散粒体斜坡崩滑的失稳模式,提出了在相当于地震烈度为Ⅴ度的拟静力水平地震力诱发作用下,φ=3.1的非均匀沙石散粒体系统崩滑失稳符合幂律分布,呈现SOC的结论。     

汶川MS 8.0级地震诱发崩滑特点及其与地震动参数对应关系初析

2008年5月12日汶川MS8.0级强震诱发了大规模的崩塌滑坡地质灾害,不仅造成了巨额的经济损失,而且造成了众多的人员伤亡。汶川地震诱发崩滑分布受发震断层影响明显,而且在断层两侧不对称分布。分析表明汶川地震诱发崩滑与地震烈度存在相关性,但没有明确的对应关系,与震级、地震动峰值加速度关系较为密切。利用汶川地震在龙门山断裂带及附近地区获得的近40个台站的强震记录,对地震诱发崩滑与地震动峰值加速度的关系进行了初步研究,得到如下结果:地震诱发崩滑与地震动峰值加速度存在正相关性;水平向地震动水平对斜坡稳定性影响更大;在龙门山断裂带及其附近地区存在0.2g的地震动峰值加速度分界线,大于此值时崩滑明显增多。研究结果表明利用地震动峰值加速度对地震诱发崩滑进行研究具有一定理论和实际意义。     

汶川强震区公路沿线地震崩滑灾害发育规律研究

 汶川强震区地处龙门山区,在深切河谷地貌条件下,地震诱发大量崩塌及滑坡地质灾害,给沿河谷布线的公路造成严重损毁。在调查掌握约6 056 km灾区公路沿线地震崩滑灾害详细资料基础上,根据地质构造、地震烈度进行段落划分,研究分析各段灾害特征及其与地质构造部位、地震烈度、岩性等之间的关系,统计分析各段落灾害点密度及平均规模。提出汶川地震崩滑灾害分区,将受灾区划分为极强烈发育区、强烈发育区、较强烈发育区、中等发育区和弱发育区等5个区域。得出汶川地震崩滑灾害如下发育规律：(1) 3条断裂带对崩滑灾害发育的控制作用：前山断裂都江堰-竹园坝段为山前弱发育区和上盘中等～强烈发育区的明显界线,竹园坝NE方向则控制作用减弱;中央主断裂自映秀至东河口段上下盘灾害有显著差异,2个极强烈发育区均位于上盘,且被后山断裂及重要岩性界线所严格限制,东河口NE方向控制作用减弱;后山断裂之茂汶断裂为极强烈发育区和较强烈发育区的明显界线;后山断裂之青川-平武断裂在青川-沙洲段呈现出明显的断层上盘效应。(2) 岩性控制作用：不同岩性类别地震崩滑灾害发育程度有显著差异,侵入岩体和灰岩、白云岩类地震地质灾害发育密度最高、平均规模最大,千枚岩类灾害发育密度最低、规模最小,碎屑岩类和砂板岩类介于其间。(3) 地貌控制作用：河谷岸坡相对高差越大、地面横坡越陡峻,地震崩滑灾害越发育。陡坡硬岩段为地震崩滑灾害高发区,失稳主要发生在斜坡中上部、陡缓变坡点附近。(4) 399条实测地质剖面的统计分析表明,地震诱发崩塌失稳部位坡度一般在40°以上。(5) 动力条件下,坡体结构是边坡岩土体变形破坏的控制性因素,土层及强风化层–基岩斜坡、发育外倾结构面斜坡更易失稳。     

生态环境灾变链式理论原创结构梗概

以生态环境格局形成灾害的共性为主要探索背景,拟在统观灾害全局基础上提升到构建灾害链式系统理论为研究宗旨。揭示自然状态偏离人类活动的成灾链式规律实质;构建反映崩裂滑移链、周期循环链、支干流域链等链式理论模型;将模型特征参数按形成破坏力程度与机制划分灾变形态的链式阶段;抓住早期孕育阶段尚未构成破坏力的长过程,立足于从源头上遏制灾害蔓延,建立孕源断链减灾模式与机制;通过崩滑体示范工程耦合过程参数指标提取,借助不同时空尺度物质和能量传输与力学行为嵌套模型,拓展可视化动态演绎平台对灾害过程浓缩和灾后追踪模拟的功能,以获取早期断链减灾的参数极限指标。该项目研究形成灾害链的理论新体系格局,开创了灾害链式的理论体系。     

汶川地震诱发滑坡与地震动峰值加速度对应关系研究

 利用汶川地震获得的地震动记录及峰值加速度数据和收集整理的近3 000个崩滑点数据,对汶川地震诱发滑坡与地震动峰值加速度之间的对应关系进行研究,得到如下认识：(1) 地震动峰值加速度与地震诱发崩滑之间存在非常明显的正相关性,随峰值加速度增加,地震滑坡灾害也逐渐严重。(2) 在龙门山震区存在0.2 g的峰值加速度分界线,大于此值时,地震滑坡灾害比较严重。(3) 整个区域峰值加速度的下限为0.05～0.07 g,小于此值时,诱发滑坡的可能性很小。(4) 不同地质区域对应斜坡临界加速度有所不同,一般在0.05～0.15 g之间变化,平均为0.1 g,说明震区斜坡承受地震的水平较差;峰值加速度超过局部场地斜坡临界加速度后,诱发滑坡的可能性增加。得到的峰值加速度研究结果与其他研究结果较为一致,表明利用地震动参数研究地震滑坡具有很好的一致性。依据峰值加速度与地震滑坡的对应关系,可以对震后滑坡灾害作快速评估,也可以将其应用到地震滑坡灾害预测/区划工作中,与地震动峰值加速度区划形成很好的衔接。     

地下采掘诱发斜坡失稳破坏机制研究——以武隆鸡尾山崩滑为例

对国内外地下采掘诱发山体崩滑案例与研究现状进行详细归纳,系统总结此类地质灾害发生的主要特点。为进一步加深对采动滑坡机制的认识,以重庆武隆鸡尾山崩滑灾害为例,采用基于连续介质的离散元方法,建立鸡尾山崩滑体大型三维数值模型,借助GPU高性能加速计算技术,再现滑坡体在地下采掘作用下的失稳破坏过程,研究地下采掘对坡体应力场和位移场的影响,分析崩滑体的形成机制与运动规律。研究结果表明：鸡尾山崩滑体的发生过程为“前缘关键块体外侧局部崩塌→后缘坡体整体滑动→岩溶带剪断突破失稳”,并从应力和变形的角度对这一失稳模式进行精细分析,认为地下采掘是导致鸡尾山崩滑发生的主要诱发因素。     

基于优选组合模型的崩滑体变形预测

单一的预测模型无法准确地预测崩滑体的变形发展趋势,为解决这一问题进行了崩滑体位移的多模型预测及综合评判,从而优选最佳的模型.以三峡库区黄土坡滑坡区的临江1号崩滑堆积体为地质模型,运用灰色理论、神经网络、指数平滑法等基本预测方法组成的优选组合预测模型对崩滑体的变形进行预测,使预测系统更加完善,为崩滑体灾害的预测预报提供理...     

工程边坡绿色防护机制研究

在岩土工程施工中，不可避免地会造成当地生态环境的破坏。对工程边坡进行绿色防护，不仅有利于环境的恢复，而且植被根系对边坡表层起到一定加固作用。首先从植被生长的角度对边坡进行重新分类，研究了植被根系对边坡防护层的加固机制，然后采用试验和数值模拟的方法，研究了工程初期和植被长成后边坡绿色防护层的稳定性。研究结果表明，不同类型的边坡绿色防护机制不同，为保持边坡绿色防护层的稳定，在对边坡绿色防护时应根据边坡类型、坡高、坡比与其他工程防护措施结合进行。     

既有边坡支护加固设计探讨

既有边坡支护结构破坏会带来很大的安全隐患,需要立即进行加固处理。文中针对某边坡支护结构的破坏进行了加固设计,在设计中采用新增结构与原结构共同受力的方法,并新增了防冻胀、排水滤水等构造措施,同时还对一定范围的土质边坡进行了固化处理。通过监测的数据显示加固后该边坡支护结构可以继续安全使用。希望能给类似的项目带来技术上的参考。     

大型边坡稳定性状态的分析

清江隔河岩水利枢纽引水隧洞出口及厂房高边坡，其坡高且范围大，边坡呈上硬下软，有多组裂隙断层切割。东西部各有一个危岩体，施工中对边坡和危岩体采取了多种工程加固措施，形成了一个具有多级台阶分布式的边坡。高边坡地表变形和深部位移量很小，说明运行期边坡稳定性良好。     

植被护坡机制及应用研究

植被护坡就是利用植被涵水固土的原理来进行边坡加固及坡面防护。研究结果显示，植被护坡的机制为：（1）木本植物深根对边坡岩土体有锚固作用；（2）草本植物浅根对边坡岩土体有加筋作用；（3）植被覆盖层可以防止坡面冲刷。植被护坡的特点主要有：（1）植被护坡在初始时，作用力较弱，但随着植物的生长，作用力逐渐加强；（2）植被根系作用力及作用范围有限：（3）植被护坡要求边坡处于相对稳定状态。在此基础上，对植被护坡技术的环境适应性以及植被护坡技术的流程模式进行探讨，并提出将传统的边坡加固技术与植被护坡技术有机地结合起来，发挥二者各自的优点，既保证边坡的安全稳定，以及加固措施的长期有效，又实现坡面植被的快速恢复及生态环境保护。     

堆积层边坡开挖致滑的原位监测试验研究

近年来，随着高速公路、大型水利工程、深基坑工程的兴建，人为开挖边坡引起的工程事故越来越突出，尤其是在以堆积覆盖层为主的西部山区，人类的工程活动已经成为地质灾害的主要诱发因素。为了对切坡开挖诱发下的堆积层边坡的失稳机制有较深入的了解及研究边坡性状随时间变化的一些重要特性，在贵州晴隆选取一个典型的堆积层边坡进行现场开挖试验和原位综合监测。研究结果表明：堆积层边坡在切坡开挖影响下多发为浅层牵引式破坏，滑动变形区为坡面以下0～4m之内，变形量以坡面最大，变形形态为从坡面到坡面以下逐渐减小的松弛变形；此类堆积层边坡切坡开挖的警界临空高度为3m，临空高度超过3m的边坡应采取适当的防范措施；边坡开挖后裸露的堆积层边坡，在强降雨的影响下易发生滑塌事故，应提高警惕。     

双震源下失稳坡间挡土墙的加固

位于山东泰安市境内的205国道高峪铺公路-铁路立交桥,其接线挡土墙坐落在一非稳定边坡上,坡脚紧挨一条铁路干线。由于受路面汽车和坡下火车双震动源的影响,边坡连同挡土墙发生整体滑移,公路半幅交通被迫中断并严重威胁着坡下铁路的运行安全。针对这一工程灾害特例,从理论和实践两方面展开了深入研究,最终采取了合理的加固措施并取得了理想的加固效果。     

岩质边坡植被护坡技术应用探讨

对岩质边坡的植被护坡技术进行应用理论研究,分析了植被护坡的锚同-加筋-增强机理,并对护坡工程施工方法和技术进行分析,提出了合理选择植物种类、固土方式及种植技术与工艺的原则。     

岩石边坡生态种植基试验研究

 配制144 种不同配比的种植基, 通过室外草坪草的培育试验,研究了种植基配比对草坪草生长的影响, 以及配比对种植基主要强度指标的影响, 并初步确定了4 种适合于高陡岩坡防护的生态种植基。     

爆破震动对公路边坡稳定性影响的数值模拟

山区公路的施工过程中，往往采用爆破的方法进行开挖。在爆破震动作用下，公路边坡的稳定与否直接涉及到施工的安全与经济，并对今后的运营安全有重要影响。用非线性动态有限元DYNA^2D程序对爆破震动作用下的边坡进行了数值模拟，分析了爆破过程中边坡体中应力、速度和加速度的分布和传播规律，以及边坡观测点的位移，并与实测结果进行了对比。研究表明；所采取的爆破方案是切实可行的，数值模拟结果为实际工程施工提供了依据。     

爆破应力波对边坡预应力锚索的动力影响

岩体边坡爆破振动对高刚度的预应力锚索的破坏事故迫使设计与施工人员予以关注,然而这一问题由于其复杂性与地质条件的随意性使研究的难度大大超出目前常用的经典研究手段与方法的能力范围,应用先进的计算机数值仿真试验技术对不同爆破单响药量、不同岩体阻尼下,距爆区不同距离处不同预应力吨位的预应力锚索的动态响应特性进行探索性研究,得到一些初步量化规律,可借鉴于其他工程设计与施工。