南江红层地区缓倾角浅层土质滑坡降雨入渗深度与成因机理研究

2011年“9.16”特大暴雨诱发四川省南江县发生数以千计的缓倾角浅层土质滑坡,该类典型滑坡具有滑体厚度集中在1~5 m区域,且总是沿呈“光面”的基覆界面顺层滑动的特殊性。通过设计室内降雨入渗试验、建立G-A入渗模型及考虑大气对土坡的影响计算得大气影响深度,分析滑坡降雨入渗深度,研究滑体厚度分布成因;并根据非饱和土强度理论分析天然状态下及降雨条件下浸润峰分别位于土层中与基覆界面时的斜坡稳定性,研究滑坡沿基覆界面滑动成因。结果表明:南江县红黏土渗透性极低,短时间的强降雨下降雨入渗深度十分有限,一般仅入渗50 cm左右。研究区的大气影响深度为5.37 m,在该深度范围内,雨水易入渗,但随着深度的增加,土体风化程度逐渐减弱,土体孔隙比、渗透性逐渐降低,入渗逐渐困难,直至下覆基岩,降雨过程中雨水入渗深度是导致缓倾角浅层土质滑坡厚度主要集中在1~5 m的原因。在降雨条件下,当浸润峰深度小于土层厚度,潜在滑面位于浸润峰处时,斜坡保持稳定,当浸润峰深度等于土层厚度,潜在滑面位于基覆界面时,界面滞水,水位上升,孔压产生,同时界面岩土体发生软化和润滑作用,界面效应是导致滑坡沿基覆界面这一“光面”顺层滑动的主要原因。     

顺坡渗流条件下土质边坡浅层稳定分析

从斜坡土体应力状态出发,结合Mohr–Coulomb破坏理论,开展了降雨入渗形成顺坡渗流条件下的无限长土质斜坡浅层稳定分析,提出了边坡浅层失稳呈现上缘张拉区、中段主滑区和下缘挤压区三段滑动区域组成的"顺坡曲线"破坏模式;基于定积分元素法,论证了上下缘滑动区域土体的破裂面具有对数螺旋线形态特征,建立了考虑渗透力作用、采用有效应力表达、能较好反映入渗深度wz和主滑区长度L2等因素影响的"顺坡曲线"组合滑面浅层稳定分析方法。研究表明:边坡浅层土体稳定性随L2增大逐渐降低,最终趋近于无限长斜坡稳定分析结果;随wz增加直到最大入渗深度fz,处于极限平衡状态下的滑体L2逐渐减小至零,浅层局部失稳的"顺坡曲线"破坏模式将退化为深层整体失稳的对数螺旋线型曲面破坏模式;wzfz时,对边坡浅层稳定性若采用整体曲面滑动法进行分析将得到偏于危险的结果。     

红层及其地质灾害研究

红层是指各地质历史时期沉积的红色岩系的总称，是典型的“易滑地层”，在强降雨过程中很容易产生群发性地质灾害。通过总结国内外红层发育分布和主要特性研究成果发现，红层的性质受控于沉积建造，红层岩石物理力学性质和水理性质等都与其沉积环境密切相关。红层岩石具有较强的流变性和较强的亲水性，遇水易膨胀、崩解、泥化和软化。分析、总结了红层地区的主要地质灾害类型，重点介绍砂泥岩互层地区平推式滑坡和平缓浅层土质滑坡的成因机制。结果表明，降雨过程中雨水快速进入砂岩中的竖向裂缝形成的静水压力是平推式滑坡的主要驱动力，同时地下水对砂泥岩接触界面或软弱夹层的长期泥化和饱水软化使底滑面强度大幅降低，也是导致大型平推式滑坡发生的主要原因。另外，砂泥岩互层特殊的岩性组合形成的特殊斜坡水文地质条件也是滑坡易发的重要原因。平缓红层区坡残积层中存在大气影响深度和基覆界面存在界面效应，是导致强降雨期间群发性浅层土质滑坡发生的主要原因，并由此决定了滑体的厚度。最后探讨了红层地质灾害的风险防控措施，认为通过数学力学分析结合现场观测与室内试验，建立物理预警模型，是红层滑坡预警的有效途径。而红层地区滑坡则应坚持以排水为主、抗滑支档为辅...     

某变电站滑坡整治工程

<正> 某变电站滑坡位于金沙江右岸的斜坡上。滑坡纵长70米,横宽120米,滑面最大深度20.8米。该滑坡发生于1976年,在1978年雨季后有所发展。整治前,滑坡处于蠕动挤压阶段,已危及变电站安全。一旦发生较大的滑动,将造成变电站倒塌,进而牵引古滑坡后缘,甚至波及冷冻厂生活区。该滑坡有两个特点:第一,它位于古滑体上,古滑面较深;第二,整治前它处于蠕动挤压阶段,滑体周界不清,新滑面尚未完     

基于降雨监测的群发性滑坡灾害预警技术研究

降雨极易诱发浅层土质滑坡,降雨入渗后土质边坡会产生湿润锋,边坡会沿着湿润锋形成的“软弱结构面”发生平面滑动。基于Green-Ampt降雨入渗模型,采用计算区域边坡单元体稳定性系数的定量方法进行区域群发性浅层滑坡灾害预警。通过湿润锋最大深度与相对雨强、降雨历时的关系,建立了边坡稳定性系数与降雨参数的数学模型,提出了一种基于降雨监测的区域群发性滑坡灾害预警系统设计。系统通过对降雨监测数据实时采集、DEM图边坡单元体自动划分、物理力学参数合理调取,利用预警分析功能,批量计算边坡单元体稳定性系数,实现区域群发性灾害空间范围的分级预警。     

四川省沈家扁滑坡成因机制及稳定性分析

沈家扁在受到长期人类工程活动同时,随着2020年雨季来临,滑坡体上出现新的溜滑体。为了分析沈家扁滑坡的成因及稳定性,在对现场详细勘察后,对其进行了研究。结果表明,滑体后缘和前缘厚度较小,中部厚度较大,厚度2.0～5.2m,平均厚度约3.6m,规模5.32×104m3,主滑方向179°,为第四系残坡积土及岩土体沿强风化带界面滑动的小型牵引式土质滑坡;滑坡整体破坏模式为蠕滑—拉裂型;在持续强降雨条件下（饱和状态）,稳定系数为1.02,斜坡坡体处于欠稳定状态。     

持续降雨条件下土质边坡雨水入渗深度模拟试验

为了研究持续降雨入渗对土质边坡的影响,采用电阻法测定了降雨入渗土质边坡的入渗深度和入渗时间,分析雨水入渗深度、时间对边坡破坏的影响规律。结果表明,在坡面浅层范围内,雨水入渗深度与入渗时间可按线性关系拟合,离坡面深5cm范围内,不同位置处的雨水入渗时间和入渗规律基本相同,即离坡顶越近,雨水入渗深度越浅。模拟试验研究对持续降雨条件下土质边坡失稳防治有一定的指导作用。     

基于实时监测的新村滑坡参数变化特征分析

新村滑坡位于云南哀牢山中段东麓,为残坡积层滑坡,受地质构造作用及外界诱发因子影响明显。综合考虑滑坡的多种因素关系,在勘查工程配合下,开展地表位移、深部位移、含水率、孔隙水压力、水位、降雨量等6类参数监测,以1 h为间隔进行数据采集,建立了自动监测、自动传输、自动入库等全自动监测系统,捕捉降雨入渗导致滑坡内部相关参数的变化特征,为研究降雨-入渗-斜坡变形破坏提供基础数据支撑。根据2010年7月20日至8月2日监测时段的结果分析,该降雨过程使滑面附近含水率随降雨的影响增大了2%,水位升高1.1 m,水位升高滞后降雨1~2 d,导致①号地表位移监测点出现24 mm的局部滑动,但未引起深部位移的明显增加,该降雨条件下滑坡整体处于基本稳定状态。     

碎石土滑坡变形解体破坏机制及稳定性研究

为总结碎石土滑坡的一般发育规律,分析碎石土滑坡的稳定性,揭示碎石土滑坡变形解体破坏的机制、碎石土古滑坡复活破坏主要机制和其主要诱发因素,通过资料搜集整理和分析、现场工程地质调查与勘探、现场测试与监测和室内外的物理力学试验,以地貌学、系统工程学观点,采用数理统计分析法、不平衡推力法、大变形弹塑性有限元算法、弹塑性有限元接触算法,运用非线性科学的尖点突变理论和碎石土边坡地下水管网状排泄系统的理论,系统研究碎石土滑坡的发育规律,分析滑坡体位移与降雨量以及滑坡稳定性系数与滑体饱水面积比、滑面岩土体抗剪强度参数之间的相关关系,建立碎石土滑坡位移与降雨量的通用统计模型和强降雨作用下浅层滑坡的尖点突变模型,分析降雨对碎石土滑坡稳定性的影响,揭示碎石土滑坡变形解体破坏机制以及碎石土古滑坡复活破坏机制和诱发因素,并提出碎石土滑坡稳定性分析方法.研究取得以下主要成果:(1) 碎石土自然边坡地下水排泄的管网系统发育,地下水的渗流具有很大的不均匀性和集中渗流的特性;碎石土滑坡的变形破坏是一个缓慢的发展过程;降雨(特别是强降雨)是碎石土滑坡的主要触发因素.(2) 分别对典型浅层和中层松散土质滑坡坡体位移、降雨量进行指数模型和幂函数模型的非线性回归分析和比较,发现浅层和中层松散土质滑坡坡体位移与降雨量相关关系一般服从幂函数分布规律.研究表明,滑坡稳定性系数与滑体饱水面积比的关系服从线性分布,滑坡稳定性系数随滑体的饱水面积比增大而减小.影响碎石土滑坡稳定性主要因素的敏感性分析结果表明,各种因素按敏感度从大到小排列,依次为滑面岩土体内摩擦角、地形坡度、滑体饱水面积比和滑面岩土体的黏聚力.(3) 提出采用不分离接触弹塑性有限元强度折减法分析顺层滑坡的稳定性和计算滑坡稳定性系数的新方法.结合工程实例分析表明,采用该方法分析顺层滑坡的稳定性可以更加逼真地反映滑坡变形、解体和破坏的实际情况. (4) 采用大变形弹塑性有限元极限塑性应变分析法确定碎石土滑坡的滑动面,并根据极限状态下塑性应变值的大小确定滑面不同抗剪强度取值段,提出全面考虑滑面上岩土体抗剪强度不同发挥程度的不平衡推力法,并通过实例分析表明该方法能更加精确地计算碎石土滑坡的稳定性系数和分析滑坡的稳定性,并更加真实地反映滑坡所处的实际状态.(5) 采用三维弹塑性接触有限元强度折减法计算碎石土滑坡的整体稳定性系数和分析滑坡稳定性及其变形解体破坏过程,揭示碎石土滑坡变形解体破坏的机制.结果表明,采用该方法可以考虑滑坡体的空间效应,更好地反映碎石土滑坡所处的实际状态及滑坡的滑动过程.提出利用三维弹塑性接触有限元算法的计算结果计算三维斜坡中任意剖面对应的边坡稳定性系数的方法,并与不平衡推力法和二维接触弹塑性有限元强度折减法计算滑坡稳定性系数的结果进行比较表明,新方法更适合分析碎石土滑坡的稳定性.(6) 结合工程实践,对降雨作用下碎石土滑坡的变形解体破坏过程进行分析,揭示降雨作用下碎石土滑坡变形解体破坏的主要机制和一般的力学机制,同时研究结果表明强降雨和长时间一定强度的连续降雨或强降雨分别是浅层碎石土滑坡和中深层碎石土滑坡发生失稳的主要触发因素.另外,提出采用滑体饱水面积比的等效抗剪强度的二维或三维弹塑性接触有限元算法与不平衡推力法相结合模拟分析降雨对碎石土滑坡稳定性影响的方法.并对碎石土古滑坡复活破坏过程和稳定性进行分析,揭示降雨作用下碎石土古滑坡复活破坏的主要机制和长时间一定强度的连续降雨或强降雨是碎石土古滑坡失稳复活的主要触发因素.同时,研究结果表明采用三维大变形弹塑性接触有限元算法分析碎石土古滑坡的稳定性,可以考虑滑坡体的空间效应,使分析结果更加准确.(7) 根据已有坡体滑动位移与降雨量的相关数据,建立一个强降雨作用下浅层滑坡的尖点突变模型,揭示强降雨作用下浅层滑坡突发失稳的破坏机制和强降雨是浅层滑坡最关键的触发因素和影响浅层滑坡稳定性系数大小的最主要外部因素.同时,根据建立的尖点突变模型,揭示少数浅层滑坡在强降雨过后突发失稳的滞后原因.     

基于多源数据的蔡家坝特大型滑坡成因机制研究及稳定性评价

针对2014年8月31日~9月2日云阳县蔡家坝发生的"8·31"特大型滑坡,首先结合历史记录资料、卫星遥感影像、无人机航拍以及现场调查资料等多源数据,初步明确滑坡范围、特征以及赋存环境;综合采用以钻探为主,辅以槽探、井探、物探的方式,开展室内和现场相关试验,探明滑坡区的地层特性、滑带特性以及滑体岩土物理力学性质,对滑坡形成机制进行深入探讨,在此基础上进行了滑坡的稳定性评价。结果表明:(1)蔡家坝滑坡为降雨诱发的特大型多级平推式滑坡,具有多次、多层、逐级后退式演化的变形特点,滑坡堆积层滑动具有推移式特征,岩质滑体具有牵引式特征;(2)滑坡存在4层滑面(带),即土质滑带、浅层岩质滑带、中层岩质滑带和深层岩质滑带,现状滑动变形受控的主导滑带为土质滑带、浅层岩质滑带、中层岩质滑带;(3)滑坡堆积层和滑坡滑动面(带)为现状变形提供了物质条件,前一级滑动后缘拉裂为后一级滑动提供了变形空间,在强降雨诱发下滑坡区大范围发生变形破坏,甚至局部滑动;(4)稳定性计算结果表明,滑坡现状处于基本稳定~稳定状态,受暴雨影响稳定性显著下降,滑坡稳定性普遍下降为欠稳定~基本稳定状态,局部段可能发生失稳滑动。     

Theoretical analysis and model test for rainfall-induced shallow landslides in the red-bed area of Sichuan

Heavy rainfall is a key cause of shallow landslides in red-bed terrains with steep topography and residual soils of degradable strength. In this study, laboratory model tests were carried out to examine the characteristics of rainfall infiltration, deformation, and failures of slopes in the red-bed area of Sichuan. The hydrological response and deformation of the slope soil during rainfall are addressed. Based on a modified Green–Ampt infiltration model, ponding along the bedrock surface is incorporated. A physically based model for shallow landslides caused by rainfall is developed. The theoretical analysis and the model test results indicate that the slope failures are related to erosion in the shallow soil layer and rainwater infiltration, particularly along preferential seepage channels. The process of rainfall-induced shallow landslides can be separated into three stages: erosion at the slope toe, tension crack formation at the slope crest, and shallow sliding. When initial underground water level is located at the bedrock surface or the preferential seepage flow quickly reaches the bedrock surface, it is easier for the soil slopes to slide along the bedrock surface than along the wetting front.     

湿陷性黄土高贴坡变形模式和稳定性分析

采用原状黄土与重塑黄土联合制作模型,针对湿陷性黄土高贴坡在天然含水量及饱和状态时的稳定性和变形模式开展离心试验研究。结果表明：湿陷性黄土高贴坡在天然含水量状态下稳定性较好,贴坡体固结变形是高贴坡变形的主导因素,高贴坡工后变形量及变形速率前期较大,后期较小,且贴坡体厚度越大,工后沉降也越大,变形稳定所需的时间也越长,贴坡体厚度与工后沉降量呈现线性关系;当土体饱和时,贴坡体固结及黄土湿陷共同导致高贴坡沉降变形,若沉降变形过大,坡体可能沿水分浸入时形成的软弱带开裂破坏;湿陷性黄土层的强度决定湿陷性黄土高贴坡的稳定性,坡体破坏时滑裂面将通过湿陷性土层,其位置取决于湿陷性黄土层与其相邻土层的强度差异。当强度差异较大以致湿陷性黄土层与相邻土层的接触面形成软弱夹层时,则接触面必为滑裂面的一部分,且强度相对较小的接触面首先破坏,滑裂面上部土层表现出比较典型的平移滑动模式;反之,滑裂面近似圆弧,且与接触面之间存在一定厚度的过渡层。     

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。     

直线形滑面边坡的识别与稳定性及支护力计算

在实际边坡工程中,土层广布、岩质部分有外倾结构面的土岩组合边坡常常视为有土层超载的直线形滑面边坡,甚至填土沿基岩面滑动的土岩组合边坡、无外倾结构面的土质边坡和岩质边坡也视为直线形滑面边坡;直线形滑面边坡稳定性及支护力计算也常常只采用单块极限平衡法。该文对这些做法存在的问题进行了分析并提出建议。     

不同降雨模式条件下填埋场封顶系统最大饱和深度

根据水量平衡原理,以扩展的 Dupuit 假定为基础,建立了填埋场封顶系统饱和深度的计算模型,应用该模型研究了均布型、前峰型、中峰型和后峰型 4 种降雨模式对填埋场封顶系统饱和深度的影响,并分析了不同降雨模式条件下降雨强度、排水层渗透系数、水平排水距离和斜坡坡度对封顶系统最大饱和深度的影响规律。计算结果表明,前峰型降雨模式条件下封顶系统饱和深度的增长速率最快,后峰型增长速率最慢,均布型和中峰型对应的饱和深度增长速率介于上述两者之间;封顶系统最大饱和深度随排水层渗透系数的变化有一敏感范围,处于该范围内最大饱和深度随排水层渗透系数的增加显著减小;水平排水距离的增加会引起封顶系统最大饱和深度明显的增大。     

强降雨下无黏性土坡破坏的影响因素试验研究

利用自行研制的室内水槽模型试验系统,对日本#6,#7和#8硅砂试样开展了固定降雨强度(90 mm/h)下诱发无黏性土坡破坏的模型试验;描述了强降雨条件下无黏性土坡的破坏过程,探讨了坡体厚度、前缘卸荷、土样颗粒尺寸及细颗粒含量对破坏过程的影响规律,分析了土坡破坏过程中的孔隙水压力响应特征.结果表明:①在持续强降雨作用下,...     

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。     

膨胀土边坡物理模型试验研究

进行了一系列压实膨胀土的大型静力模型试验,对边坡土体吸湿后的含水率、膨胀变形等进行了实时监测。试验成果显示,膨胀土边坡浅层土体吸湿后其含水率场分布不均匀,干湿分界面处土体易由于不均匀膨胀变形而导致局部剪切错动,并随水分在坡体内的迁移,局部滑动面逐渐向边坡纵深扩展,在不同深度、不同部位形成多重剪切滑动面,最终导致边坡整体塌滑。针对静力模型试验进行了考虑膨胀性的非线性有限元计算,比较了边坡自重条件下和吸湿后应力场的变化,可知吸湿引起顺坡向正应力在干湿分界面处变化剧烈,剪应力明显增大,强度折减法得到的模型试验边坡安全系数仅0.92。研究成果表明：影响膨胀土边坡浅层稳定性的最根本原因并非膨胀土的超固结性或裂隙性,而是土的胀缩特性。     

膨胀土路基边坡等存式封面层稳定性计算方法研究

对膨胀土路基边坡进行封面处理,是保证边坡稳定工作的常用工程措施之一,由于封面与膨胀土路堤间的界面成为整个路堤的薄弱环节,由此会导致封面土本岙产生稳定性丧失问题,需要对封面土层进行稳定计算分析,对于等厚封面土层,目前常用的分析方法均是根据无限长平行坡的假设来进行的,但实际路基边坡是有限长的,这种方法所假定的没 面与实际不符,按笔者通过实验所得的滑动位置,对膨胀土路基边坡等式封面土层的稳定性计算公式进行了推导,确定了稳定性系数的分析计算公式。