斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的土工离心模型试验

 采用石膏、水泥和重晶石按一定比例混合水,制作包含4组结构面的地质力学模型,利用土工离心机进行物理模型试验,研究斜倾厚层岩质滑坡视向滑动机制。离心模型试验成果表明,鸡尾山滑坡视向滑动的主要原因是软弱夹层软化与关键块体失稳,与地质调查结论一致。随着离心加速度的逐级增大,驱动块体首先达到极限平衡,随后进入蠕滑变形阶段,挤压前缘关键块体。当离心加速度达到16.2 g时,关键块体瞬时失稳发生视向滑动,引起斜坡整体失稳。土工离心模型试验结果重现了斜倾厚层岩质斜坡视向滑动的“后部块体驱动–前缘关键块体瞬时失稳”模式。     

斜倾厚层山体滑坡视向滑动机制研究——以重庆武隆鸡尾山滑坡为例

 以武隆鸡尾山滑坡为例,通过地质条件、采矿扰动等分析,运用FLAC3D模拟,研究在重力、岩溶、底部采矿活动等因素下山体的变形破坏特征,认为斜倾厚层山体滑坡视向滑动应具备5个条件：(1) 层状块裂结构,滑坡体被多组不连续面切割,呈积木块体,离散性好;(2) 山体倾向阻挡,受下部稳定山体阻挡,迫使滑坡体沿真倾角方向顺层滑动偏转为视倾角方向滑动;(3) 临空视向剪出,滑坡体视倾角方向斜坡被河流、沟谷深切,为滑坡体提供了转向滑动的临空面;(4) 驱动块体下滑,山体后部的积木块体沿软弱层面长期蠕动,抗剪强度由峰值逐渐趋向残余值,下滑力逐渐增加;(5) 关键块体阻滑,下滑驱动块体沿视倾角方向滑动前缘存在一相对稳定的块体,随下滑推力增大和内部强度降低,沿损伤带瞬时脆性剪断,形成整体滑动,因此,对这类斜倾层状结构的山体地质灾害的监测和防治必须以前缘阻滑的关键块体为重点。在此类斜倾厚层山体中,矿层大都位于滑带100 m之下,因此,采矿活动主要通过应力环境的调整和层状块裂岩体的差异沉降2种方式对滑坡构成扰动。     

武隆鸡尾山滑坡形成机理数值模拟研究

2009年发生的重庆武隆鸡尾山滑坡,因滑源区斜坡岩层整体缓倾山内,缺乏有效的临空面和滑移空间,因此,在滑坡孕育过程中存在前缘岩溶带压缩变形、底部剪切滑移、后缘拉裂以及最终前缘关键块体(岩溶带)侧向剪断滑出等一系列的复杂动力学行为。这一过程存在显著的连续变形向非连续变形的过渡与转化,单纯用连续介质的有限元和离散介质的离散元来分析模拟都很难取得较好的效果。为探究鸡尾山滑坡的孕育过程和失稳机理,运用将连续–非连续单元有机耦合的大型数值模拟软件CDEM,模拟鸡尾山滑坡的失稳过程和形成机制。研究表明:滑体前方岩溶发育带具有"可压缩性",为滑体运动提供了一定的变形空间;滑源区下方的采矿活动产生应力重分布,滑带抗剪强度降低,滑体沿其底部软弱带发生剪切蠕滑,并逐渐形成滑体后缘拉裂缝;滑动块体在向前滑移过程中不断挤压向前缘"易压缩带",坡体应力自组织调整,并逐渐在前部三角区形成垂直的第二破裂面,前缘抗力体(关键块体)形成,最后剪断岩溶带个别与稳定山体咬合岩块,整体失稳破坏。数值模拟结果较好地揭示了武隆鸡尾山滑坡前缘视倾向展布岩溶带"软基效应"所提供"准临空面",重现了鸡尾山滑坡"蠕滑—拉裂—压缩(压碎)—剪切滑出"的致灾机理。     

香溪河流域白家堡滑坡变形失稳机制分析

白家堡滑坡位于香溪河河口附近,三峡库区蓄水以来,该滑坡的变形持续加剧。地表调查表明滑坡出现了剪性、张性及挤压裂缝;全站仪监测数据表明滑坡中后部位移大于前缘位移,滑动方向由于139 m蓄水而发生改变;深部位移监测表明滑坡体中上部已经形成一个十分明显的滑面。因此,滑坡变形机制为前缘牵引后缘平推式,前期以牵引为主,后期以平推为主。滑坡从变形到失稳转换的关键在于碎裂岩区滑面的贯通,通过有限元方法认为滑坡的应力集中区位于滑体中部的碎裂岩区,通过工程地质类比法认为可能的失稳破坏方式为中低速滑动。     

滑坡失稳时间预测模型

建立了一个简化的单滑面滑坡力学模型,运用尖点突变模型中状态变量的突变来反映滑体的突滑,分析了单滑面滑坡的失稳机制,分析结果表明：滑体突滑失稳的必要条件仅取决于滑动面剪切段介质和蠕滑段介质的刚度比,得到了滑坡突滑时间的计算公式,导出了滑体突滑初速度的计算公式。     

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。     

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。     

甘肃省白龙江流域典型高位堆积层滑坡成因机制研究及其危险性预测

以甘肃省白龙江流域武都区泻流坡滑坡为例，在现场勘查测绘、多期遥感数据分析、地表位移监测、室内试验测试及数值模拟分析的基础上，对滑坡的发育特征、活动特性、形成演化过程进行深入探讨，并对泻流坡滑坡滑源区潜在不稳定块体危险性预测进行科学评价。结果表明：(1)泻流坡滑坡为多因素耦合作用形成的大型高位堆积层滑坡，体积达188.35×10⁴ m³，可分为上部潜在滑源区、中部狭窄流通区、下部停淤堆积区3个区段，整体具有多期次、多层级、逐级后退式演化特征，各滑体滑动表现为蠕滑拉裂–推移式变形特点；(2)泻流坡滑坡的形成演化以活跃新构造运动为主导，易滑的孕灾地层为基础，差异性不协调地貌为条件，而降雨持续劣化、历史强震震裂效应及断裂蠕滑效应是滑坡失稳的主要诱发因素；(3)稳定性计算结果表明，目前滑坡整体处于基本稳定～欠稳定状态，在多个部位仍存在不同程度变形破坏，利用River-Flow^2D软件对上部潜在滑源区在极端降雨条件下启动和运动过程模拟结果显示，模拟最大滑动距离810 m，最大速度可达33.5 m/s，最大堆积厚度为26.7 m，总堆...     

潇水电站斜向层状边坡的变形机制分析

潇水电站变形边坡为斜向层状岩质边坡,根据前期勘察成果及开挖反馈,发现该边坡岩体上部为碎裂岩体,结构松散,下部为基岩,较完整,碎裂岩体沿软弱夹层呈视向滑动,且保持着原岩构造。基于该边坡的结构面统计和分析,确定该边坡存在一组优势节理面JL1,该组节理面与层面的交棱线产状与视向擦痕线产状非常接近。结合岩体变形特征及结构面分析,对该边坡变形机制有几点认识:该边坡变形破坏受优势节理面与软弱夹层所控制,边坡变形并非简单地顺层滑动,而是以软弱夹层面为主界面,以优势节理面与岩桥构成的组合边界为另一界面,整个边坡变形呈类似楔形形状的变形破坏;边坡的变形破坏是内外营力共同作用的结果,其变形破坏仍处于"拉裂—蠕滑"阶段。     

地下采空诱发陡倾层状岩质斜坡失稳机制研究

 我国西南灰岩山区的褶皱山体经长期强烈的地质抬升运动与河流侵蚀,山体呈现出中上部厚层-巨厚层灰岩地层陡峭,下部页岩、泥岩地层平缓的“靴状”地貌形态,加之下部煤层、铝土矿层的开采,成为我国大型层状岩质崩滑灾害的高发区。本文以重庆武隆鸡冠岭陡倾层状岩质斜坡滑动为例,采用FLAC3D模拟分析了地下采空诱发陡倾层状岩质斜坡“弯曲变形-层间错动-采矿加速倾倒变形-下伏岩体阻滑-下伏岩体剪切破坏-整体失稳”的渐进失稳过程,认为鸡冠岭山体滑动是一类层状岩体的倾倒-滑移失稳的复合破坏模式。模拟结果表明：(1) 陡倾临空的斜坡在长期重力作用下,坡体沿山梁方向发生蠕滑变形,坡体逐渐产生拉裂缝;同时由于该斜坡位于背斜核部附近,应力集中导致上覆层状岩体呈现出弯曲变形的特征;(2) 长期岩溶作用加速坡体裂缝的发育与扩张;(3) 斜坡下部煤层开采时,导致鸡冠岭山梁发生应力发生重分布,上覆层状岩体逐渐发生层面分离,层状岩体下部产生裂缝,岩体强度逐渐降低;(4) 当斜坡下部煤层逐渐采空后,上覆层状岩体变形急剧增大,发生倾倒破坏,挤压矿层下伏稳定岩体,发生剪切滑移,最终从临空处剪出形成高速碎屑流。因此,对于西南灰岩褶皱山区,认识长期地下采空对层状山体的扰动作用,对大型灰岩山体防灾减灾与风险区划具有重要的现实意义。     

反倾岩质边坡块状–弯曲复合倾倒破坏分析方法研究

由于岩石的脆性和节理的不规则性，块状–弯曲复合倾倒破坏是反倾岩质边坡最常见的倾倒失稳类型。首先通过离心模型试验揭示块状–弯曲复合倾倒的破坏机制，建立块状–弯曲复合倾倒破坏的力学模型，其次基于极限平衡理论，分别推导出了完整岩层和块状岩层稳定性的力学解析公式，并提出一种块状–弯曲复合倾倒破坏的破坏面搜索算法，最后，通过Matlab编程实现稳定性分析过程。研究结果表明：发生块状–弯曲复合倾倒破坏的边坡可以划分为倾倒区、裂缝区、变形区及无影响区，块状–弯曲复合倾倒破坏的破坏面呈台阶状，且破坏面的台阶高度等于块状岩层内块体高度的倍数；理论分析方法的计算结果与离心试验结果相互吻合；采用理论计算方法进行了影响因素分析，发现缓倾节理倾角及边坡坡角对倾倒Ⅰ区的破坏面范围影响较大，岩层厚度、抗拉强度及缓倾节理倾角对临界失稳高度影响较大。研究成果可为该类边坡的灾害防控提供理论支撑。     

大型单斜层状基岩滑坡变形特征与失稳机制研究——以重庆石柱县龙井滑坡为例

以重庆石柱县龙井滑坡为例,采用现场调查测绘、卫星遥感解译、无人机航测、工程地质钻探、深部位移监测、现场与室内试验等手段,详细分析该滑坡的变形特征、成因机制以及三维稳定性.该滑坡体积约142.83×104m3,为大型单斜层状岩质滑坡,具有复合性破坏特征.滑坡前后缘高差约50 m,前缘剪出口近陡立临空,为滑坡高位剪出提供了...     

武隆鸡尾山滑坡发生机制与裂缝成因分析

由于鸡尾山向山体内斜倾岩体发生滑坡有其特殊性,必须搞清楚滑坡发生岩体的地质环境、地质结构与几何形态的特殊性、以及岩体与滑面的力学性质,进行滑体的稳定性与裂缝成因分析。在考虑滑体几何形态特征、地质结构与构造特征、岩体的岩溶裂隙发育性质、具有较大压缩性条件下,推导新的稳定性分析与岩体蠕滑压缩的弹性模型公式,计算弱层滑面与前侧壁面的等抗剪强度参数,估算滑动岩体的压缩量(即T0裂缝的内外侧宽度),从而证明T0裂缝是由滑体压缩发生的扩张裂缝,而不是有些研究中主张的拉裂缝,也证明蠕滑是由滑动岩体压缩而发生。根据滑体的几何重心靠外,产生偏心压与外侧压缩量大等原因,分析T1裂缝属拉张裂缝。分析计算结果表明,由于蠕滑导致滑体前部应力、应变最大,达到岩体压缩破坏强度,发生滑体前部岩体压碎并剪断前侧壁,从而解释了滑坡失稳原因。利用岩体蠕滑的弹性压缩模型公式,估算该岩溶裂隙灰岩滑体不同地段的压缩应力、前部岩体破坏应力、压缩量以及压缩模量和方向裂隙率。     

三峡库区千将坪滑坡地质力学模型试验研究

通过以微震和百分表位移为主要试验量测手段的地质力学模型试验,对三峡库区千将坪滑坡进行滑坡机制和利用微地震监测预报预警岩质滑坡的可行性研究。试验结果表明,蓄水前的强降雨对滑坡稳定性影响微弱或基本无影响,水库蓄水引起的浮托力作用仅使滑坡产生蠕滑变形,滑带被水浸泡弱化强度降低是滑坡真正的致滑原因。试验记录的微震事件较清晰地反映滑坡变形破裂破坏过程,并揭示滑带破裂贯通总体上具有自滑坡前缘逐步向滑坡中部发展的规律,从试验角度论证利用微地震监测预报预警岩质滑坡的可行性。     

汶川地震大光包滑坡动力响应特征研究

 运用FLAC3D模拟大光包滑坡变形失稳特征,并输入距离滑坡约4.3 km的清平台站强震加速度三向记录,结果表明：其地震动力响应较为复杂,受控于斜坡形态、岩体(地质)结构及地震强度和振动持时等因素,在水平加速度响应方面,前缘滑坡更为明显,地震动频率更高,振幅更大,利于前缘的顺层失稳滑动;在竖向加速度响应方面,后缘滑体的振幅更大,竖向加速度(绝对值)数倍于水平加速度,利于拉裂、振碎解体和抛掷失稳。大光包滑坡与简单均值结构的边坡地震动力响应特征不完全一致,随高程、坡度放大的趋向性和节律性不明显。结合地震动力响应和运动特征,对滑坡堆积和滑源进行概化分区：(1) 下部顺层滑坡堆积区,是滑坡的主堆积区,分布于滑坡东侧,堵塞黄洞子沟;(2) 上部崩滑堆积区,分布于滑坡西北、北侧,具有明显的带状特征;(3) 后缘陡壁及倒石堆区,侧缘拉裂边界,近直立不规则凹凸状断壁,分布多组张拉裂隙,说明受陡倾角张性裂隙控制,表现为张性破坏特征,陡崖下部分布大量倒石堆,呈串珠状分布,以碎块石为主,岩性与后缘及北侧陡壁岩体一致,系地震后的重力调整所致;(4) 顺层滑面及擦痕区,在滑面上分布大量与岩层倾向相同的擦痕,说明顺层滑坡在后部具有向北方向偏转滑动的特征。     

唐家山滑坡变形运动机制的离散元模拟

 地震是滑坡灾害的一个重要触发因素,而这类形式的滑坡通常危害较大。以汶川地震触发的唐家山滑坡为例,在野外现场调查基础上,采用离散元数值模拟技术,对滑坡由变形累积到破坏滑动的全过程进行模拟,以研究地震作用下顺层岩质滑坡的变形破坏过程。结果表明：在地震力及滑体重力作用下,坡顶首先形成应力集中,滑体沿中后部的软弱面产生蠕变变形,随着持续的地震动力输入,应力不断向中前部的锁固段集中,使得变形沿接触面不断向坡脚方向扩展,最终从坡脚剪出,破裂面贯通形成滑带;通过滑动过程模拟表明,唐家山滑坡运动模式为：启动→高速滑动→碰撞停积→自稳过程,滑坡滑动过程中,斜坡表层部分块体在地震水平力作用下发生临空抛射现象,表层岩体在滑动过程中,受地震竖向作用力而发生垂直抛落现象;地震力作用下坡体中质点加速度、速度具有高程放大效应,表现为水平加速度放大系数大于竖向加速度放大系数、水平速度放大系数大于竖向速度放大系数,对比结构面监测点和基岩监测点加速度、速度放大系数,表明滑坡启动时具有较大的加速度,也说明不连续结构面对岩质边坡的动力反应起着控制性作用。     

水平厚层状岩质边坡地震动力破坏过程颗粒流模拟

 基于二维颗粒流软件(PFC2D)的人工合成岩体技术,研究岩桥长度和节理间距不同组合形式下的含水平断续节理厚层状岩质边坡在地震作用下的破坏模式、动力响应规律以及岩桥段应力演化特征。研究结果显示：地震动作用下,含水平断续节理厚层状岩质边坡主要发生溃散型破坏、拉裂–滑移–块体倾倒混合破坏和拉裂–水平滑移混合破坏;水平断续节理是控制边坡动力稳定性的关键因素。节理间距对边坡破坏模式起控制性作用：当节理间距较小时,易发生溃散型破坏;当节理间距较大时,易发生拉裂–滑移–块体倾倒破坏和拉裂–水平滑移混合破坏。岩桥长度和节理间距共同控制着边坡岩体破碎程度,从而控制着边坡失稳破坏时滑动面的个数,当节理间距很小或者节理间距较大、岩桥长度较小时,发生单滑动面破坏;当节理间距和岩桥长度均较大时,发生双滑动面破坏。在地震动力作用下,岩桥段首先发生破坏,随后各节理间也产生破坏并贯通。岩桥长度和节理间距对边坡动力响应均产生一定影响,随着节理间距减小、岩桥长度增大,峰值位移、峰值速度增大,对加速度PGA放大系数的影响区域集中在边坡坡表、坡脚等部位。地震作用下,含水平断续节理厚层状岩质边坡岩桥段应力演化、裂纹萌生与输入的地震波加速度具有良好的一致性。     

川东红层地区降雨入渗模式与岩质滑坡成因机制研究

川东红层地区在强降雨条件下极易产生群发性平缓岩层滑坡,其成因一直存疑。采用现场降雨入渗观察、室内试验等手段重点探讨川东红层岩质斜坡降雨入渗规律和滑坡成因机制。研究发现:以裂缝为主的通道为降雨入渗提供途径,雨水进入潜在滑面后会对滑带土形成软化作用。室内软化试验结果表明:原状滑带土饱水软化10 d后,黏聚力和内摩擦分别由天然时的20.76 k Pa和21.2°衰减至11.39 k Pa和4°,当泥化夹层重塑样含水率配至50%时,其抗剪强度仅为1.28 k Pa和1.24°。以此为基础归纳2类滑坡失稳模式:蠕滑–拉裂型是由于滑带土软化后强度降低引起的,平推–滑移型则主要是在后缘静水压力、底滑面扬压力和滑带土软化综合作用下发生失稳的。推导的极限平衡公式可为红层滑坡稳定性评价和防治工程提供有益参考。     

陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形破坏特征研究

 顺层岩质斜坡是常见的斜坡结构类型之一,对该类斜坡的变形破坏特征以及形成机制研究已较深入,一般认为顺层岩质斜坡的变形破坏以滑移–拉裂、滑移–弯曲(或溃曲)模式为特征。通过系统的文献收集及大量现场调查发现,陡倾顺层岩质斜坡还存在一种典型的变形破坏形式,即倾倒变形。结合具体的陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形破坏的实例,详细分析、总结该类斜坡发育的地质环境条件及变形破坏特征,在此基础上结合典型斜坡分析陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形是在河谷演化、成坡过程中,岩层在平行坡面的最大主应力作用下由坡脚开始从下至上作悬臂梁弯曲,最终导致岩层根部折断,形成倾倒体;当坡体内折断带的剪应力超过其抗剪强度时,坡体将发生滑动形成滑坡。     

川东红层原状滑带土饱水软化试验研究

四川东部由紫红色砂泥岩构成的红层斜坡属于地质灾害多发易发区。斜坡内的软弱夹层(尤其是泥化夹层)容易遇水软化导致其力学强度降低,形成潜在滑动面。选取川东红层岩质滑坡原状滑带土进行室内饱水软化试验,揭示滑带土软化后微观结构和力学性质的变化规律。试验结果表明:滑带土饱水后内部结构变得疏松,颗粒间连接方式由面–面接触转化为面–边、边–边接触;黏聚力和内摩擦角随饱水浸泡时间呈指数衰减,直至浸泡10 d左右才逐渐趋于稳定。以试验获得的滑带土力学参数为基础,采用极限平衡法分析滑带土软化效应对研究区内斜坡稳定性的影响。计算结果表明,随着滑带土饱水时间的延长,斜坡稳定性系数不断降低,某些斜坡即使无后缘静水压力和底滑面扬压力的作用,斜坡也可能失稳破坏。由此认为,滑带土饱水软化后力学强度的大幅降低是导致红层地区某些岩质滑坡的重要因素。研究成果为认识四川红层地区滑坡机制和灾害防治提供了重要依据。