堆积斜坡降雨条件下失稳机理分析——以擦耳岩滑坡为例

降雨条件下堆积斜坡的失稳过程和失稳机理是一个复杂的过程。借助PFC2D软件以擦耳岩滑坡为例,研究了降雨条件下堆积斜坡的位移响应特征和速度响应特征。结果表明:此类斜坡在降雨条件下滑动方式表现为前牵后推式。失稳模式为:雨水入渗,内部土体饱和,滑体剪应力增大,雨水继续入渗,汇集于坡体前缘,前缘率先发生较大变形破坏,后部坡体前移,不断堆积,造成斜坡整体加速滑移,由于坡体内土体及碎块石相互碰撞加上水流阻力动能消散,滑体最终停滞。失稳机理为:降雨累积—前后缘率先破坏—整体呈近松散状下滑—受阻消能停滞滑落—堆积。可为汶川震区在降雨条件下堆积斜坡失稳机理研究提供参考。     

西南某水电站库区古滑坡堵江成因 及变形破坏机理研究

通过现场调查,结合边坡的地形地貌、坡体结构、变形破坏和江岸纹泥沉积特征,分析认为滑坡在变形破坏后高速下滑,撞击对岸山体并堰塞堵江,在经历长期的河湖相沉积后逐渐溢流溃决,部分滑体分别残留于左、右岸山坡上。根据恢复的原始地形,通过刚体极限平衡分析可知滑坡为地震诱发,为了进一步研究滑坡堵江成因和变形破坏机理,运用离散元数值软件进行模拟分析。研究表明天然状态下坡体浅表部沿层面和缓倾坡外优势结构面产生卸荷拉裂,地震作用使坡体内部层面拉裂并沿缓倾坡外优势结构面剪断破坏,其破坏堵江过程可概括为前缘剪切变形、后缘震动拉裂→滑面贯通、高速下滑→铲刮河床、刨蚀对岸山体→前缘受阻隆起、后缘坐落下滑、中部堰塞堵江→震后停积自稳,坡体具有明显的动力放大效应。     

强震作用下中倾外层状岩质边坡动力失稳机理研究

中倾外层状岩质边坡在静力条件下的稳定性一般较好,但是在对"5·12"汶川地震中失稳边坡调查的过程中,却发现了大量的中倾外层状岩质边坡动力失稳案例。为了得出该类型斜坡动力变形失稳机理,采用三维离散元数值模拟技术,对该类型边坡在地震作用下失稳机理进行数值模拟。结果表明:在地震荷载作用下,坡表各监测点PGA放大系数随高程增加呈现非线性增大且均大于1。在边坡水平剖面上PGA放大系数先增大,在距坡表50 m后逐渐降低;而竖直剖面上PGA放大系数在1/2高度下整体变化不大,超过该高度其急剧增大。地震作用下整个边坡的失稳机理为:边坡顶部优势层面逐渐张开,缓倾坡外的结构面发生剪切变形;随着变形的发展,坡体上部拉张裂缝向深处扩展,坡内锁固段岩层被破坏,控制性结构面贯通;滑坡沿贯通滑面快速滑下,摧毁坡脚铁路线并堵塞河道,整个边坡发生拉裂-滑移-剪断型失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。     

陡倾顺层岩质斜坡动力倾倒变形机理研究

通常认为顺层岩质斜坡动力变形破坏以滑移—拉裂、滑移—弯曲模式为主,但是通过现场调研发现,在陡倾顺层斜坡中存在一类特殊的动力变形破坏方式——倾倒变形。为了得出该类型斜坡动力倾倒变形机理,以四川汶川县水磨沟陡倾软硬相间顺层斜坡在"5.12"汶川地震作用下失稳为例,在充分总结滑坡区工程地质条件和分析其动力破坏特征后,利用二维离散元数值模拟方法开展研究。结果表明:在地震荷载作用下,在斜坡表面PGA放大系数随着高程的增加总体表现节律性变化,在坡肩呈现峰值;斜坡失稳机理为坡内软岩和硬岩差异式拉剪破坏导致层面抗剪强度急剧降低,岩土体沿优势层面下滑;由于坡体下部岩层锁固作用,坡体向下滑动受阻,坡脚附近岩土体翘曲隆起,而坡顶震裂松弛岩土体在巨大地震惯性力下沿优势结构面滑动剪出过程中,受坡肩"关键块体"阻挡而向临空面发生倾倒变形,整个斜坡发生滑移—下部弯曲—上部倾倒式失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。     

顺层岩质滑坡变形破裂扩展及高速失稳特征研究 ——以四川省"5·5"三河口顺层滑坡为例

2018年5月5日,四川乐山市三河口乡发生高速岩质滑坡,方量约23.4万m~3,滑坡自启动至堆积过程影像记录清晰。基于现场勘探和无人机航空摄影,对滑坡发育的形貌特征、结构特征、运动及堆积过程进行了调查,对滑坡的变形破裂扩展、形成机理进行了分析。研究表明:斜坡侧缘和后缘节理对滑坡启动起到主控作用,滑坡主滑用时16 s,最大水平运动距离约215 m,最大运动速度约24.1 m/s;斜坡在重力作用下沿层面发生蠕变,随着变形累积,周缘节理破裂逐渐贯通、掉块,侧缘的渐进贯通对最终破坏起到控制作用。该滑坡运动和破坏模式较为典型,研究成果对其他类似顺层岩质斜坡失稳机理研究具有借鉴意义。     

地震作用下岩质斜坡破坏机制研究

以地震作用下的非贯通节理岩质斜坡为研究对象,利用大型有限元软件ANSYS建立数值模型。数值模拟结果表明:地震作用下非贯通节理岩质斜坡的稳定系数受结构面的长度、密度、贯通率、展布方向等因素影响;节理面的位移放大效应和变形积累效应明显;岩桥的破坏在地震初期比较剧烈,之后在地震作用下继续发生破坏,在经过地震波波幅较大的波段后,斜坡的变形破坏才稳定下来;地震作用下,岩桥内部应力波动剧烈,拉剪共同作用导致了岩桥的最终破坏;层间节理位移和层间摩擦应力分布很不均匀,不同位置的节理的动力响应也有较大不同。     

岷江上游俄寨村滑坡成因与稳定性预测

俄寨村滑坡是岷江上游、成兰铁路沿线众多大型古(老)滑坡之一,研究其成因机理与稳定性预测,对于地质灾害早期识别、减轻危害具有重要意义。在阐明滑坡地质背景条件、发育特征的基础上,对其成因机理、演化过程做了分析,采用工程地质分析、定量计算和数值模拟方法对滑坡堆积体稳定性及变形破坏机制做了研究。结果表明,俄寨村滑坡总方量739万m3,为大型岩质滑坡,属降雨诱发型推移式老滑坡,滑坡变形破坏经历变形拉裂、裂缝贯通、推移滑动和停滞堆积四个阶段;俄寨村滑坡的形成与高陡的地形条件、破碎的岩土类型、顺向斜坡结构,以及紧邻活动断裂,地震活动强烈有关,受降雨诱发;俄寨村滑坡目前整体稳定,局部不稳定,暴雨或地震条件下可能局部失稳。     

偏转型滑坡滑动与堆积影响因素研究

高速远程滑坡不仅具有运动机理复杂、危害大、发生突然等特点,而且滑坡在运动中经历了斜坡加速、坡脚碰撞、偏转持速效应、减速堆积的过程。通过室内滑坡模型试验,研究了岩土体类型、偏转角和下垫面对高速远程滑坡运动特征的影响。试验结果表明:滑坡体的运动距离受控于岩土体类型,随着偏转角的增大,滑坡运动距离减小,最大堆积厚度增加,同时偏转角对滑坡体有明显的颗粒筛分现象。下垫面摩擦类型对滑坡运动参数具有明显的作用,影响滑坡体最终的堆积形态。试验结果为深入研究滑坡运动速度、运动距离及堆积形态提供了重要的参考依据。     

基于UDEC的滑坡运动特征分析——以贵州省松桃县甘龙镇石板村滑坡为例

2020年7月8日，贵州省松桃县甘龙镇石板村突发一起滑坡，造成了人员伤亡，并使底部河流改道。通过现场调查和实测剖面工作，对滑坡的发育特征和形成机制进行了分析，并利用UDEC离散元程序对滑坡的运动特征进行了模拟，还原了滑坡从启动到堵河的变形破坏过程，并得出滑坡不同部位的位移时效曲线，取得以下主要认识：滑坡是在不利的地形地貌与地层岩性组合、岩体结构、降雨和人类工程活动4个因素综合作用下产生，其滑面为泥灰岩与粗晶灰岩的接触面，滑坡的形成过程可分为前缘滑移-后缘拉裂、整体滑移和碰撞堆积3个阶段，滑坡具有剧烈启动效应，启动时最大速率可达5.24 m/s,后缘产生的位移和变形速率相对前缘滞后，滑坡产生的最大水平位移量达217.5 m。     

基于离散元技术的软硬互层斜坡动力响应及失稳机理研究

为研究不同岩层倾角陡倾顺层软硬互层斜坡在地震作用下的动力响应及失稳机理,以汶川地震中干磨坊滑坡和水磨沟滑坡为原型,结合三维离散元技术开展两种软硬互层斜坡对比分析。动力响应分析结果表明:在相同地震荷载作用下,陡倾软硬互层60°斜坡模型的PGA(峰值地面加速度)放大系数随着高程的增加表现出非线性增长,在坡顶动力响应最为强烈;陡倾软硬互层80°斜坡模型PGA放大系数随着高程的增加表现出先增大后减小再增大的节律性变化,在坡高1/3处和坡肩部位动力响应最为强烈。失稳机理分析结果显示,在地震荷载作用下:陡倾软硬互层60°斜坡模型发生滑移-弯曲式溃滑,斜坡的破坏流程机制分为四个阶段,即①裂缝扩展-层间错动阶段、②坡脚岩体弯曲隆起阶段、③上部岩体横向滑移阶段、④弯曲剪断-整体失稳阶段;陡倾软硬互层80°斜坡模型发生滑移-下部弯曲-上部倾倒式破坏,斜坡的破坏流程机制分为四个阶段,即①微裂隙扩展阶段、②层间错动-局部裂隙贯通阶段、③下部岩体弯曲阶段、④上部岩体倾倒破坏阶段。     

四川九寨沟地震区芦苇海危岩崩塌成因机理分析

2017年8月8日,九寨沟地震诱发了景区芦苇海区域约 2. 7×104 m3危岩体发生崩塌,在2018 年汛期该区域又产生约 3×104 m3的二次崩塌,损失巨大。目前,崩源区仍有约 2×104 m3 的危岩体仍悬而未掉,潜在风险高,故需要深入研究芦苇海危岩崩塌的特征和致灾机理。通过现场详查、无人机及 GIS 等手段,对芦苇海危岩崩塌的基本特征、失稳过程及成因机理有了初步认识。研究发现,芦苇海危岩崩塌失稳历经“坡表局部崩塌－顶部危岩带变形－撞击坡表－碎屑流”四个阶段,平均运动速度达 29. 94 m /s,崩落块石到达坡脚的概率约为 87%。同时,多次失稳主要受内因及外因综合影响,由于斜坡对地震的放大效应,岩体受加速度影响显著,产生震动拉裂或抛射; 而震裂的岩土体在后续强降雨的触发下,沿优势结构面向南西侧临空面发生二次崩滑。     

四川九寨沟地震区芦苇海危岩崩塌成因机理分析

2017年8月8日,九寨沟地震诱发了景区芦苇海区域约2.7×10~4 m~3危岩体发生崩塌,在2018年汛期该区域又产生约3×10~4 m~3的二次崩塌,损失巨大。目前,崩源区仍有约2×10~4 m~3的危岩体仍悬而未掉,潜在风险高,故需要深入研究芦苇海危岩崩塌的特征和致灾机理。通过现场详查、无人机及GIS等手段,对芦苇海危岩崩塌的基本特征、失稳过程及成因机理有了初步认识。研究发现,芦苇海危岩崩塌失稳历经"坡表局部崩塌-顶部危岩带变形-撞击坡表-碎屑流"四个阶段,平均运动速度达29.94 m/s,崩落块石到达坡脚的概率约为87%。同时,多次失稳主要受内因及外因综合影响,由于斜坡对地震的放大效应,岩体受加速度影响显著,产生震动拉裂或抛射;而震裂的岩土体在后续强降雨的触发下,沿优势结构面向南西侧临空面发生二次崩滑。     

地震坠落滑动型滑坡发育特点及典型实例分析

汶川地震诱发了大量的地震滑坡,其中坠落滑动型滑坡是一种普遍的地震滑坡类型,滑动特征独特,动力机制复杂。以彭州市九峰村滑坡为实例,介绍了滑坡发育的控制因素,滑坡运动及形成过程经历了后缘崩塌坠落启动、中下部整体启动滑移、滑后堆积等3个阶段。结合地震条件下斜坡岩土体的变形破坏机理,解释了地震坠落滑动型滑坡后壁上部为崩塌坠落裂面,斜坡中部坡体浅层滑动明显,滑坡滑动速度快、距离远,坡脚形成倒石堆危害大,次生灾害链持续时间长等特点。     

三峡库区某库岸滑坡地震动力响应机制分析

以三峡库区某库岸滑坡为模型,进行地震作用下的动态响应分析。综合运用Geo-Studio中Quake、Seep、Slope模块,分析库岸滑坡地震作用下的动态响应。结果表明:(1)滑坡在地震作用下,出现一个类似于"鞭梢效应"的现象,上部表层振幅大于下部,且上下部存在变形不同步,整体呈现出"S"型变形迹象;(2)滑坡整体呈现出不同程度的加速度放大作用,且放大的程度和坡体地形起伏及整体坡度有关;(3)库岸前缘首先发生液化现象,随着地震的持续,液化区沿着滑面向上蔓延,而中部表层极难发生液化,最后后缘也呈现出局部液化或者微弱液化的趋势;(4)考虑超孔隙水压力、地震惯性力及强度折减后的滑坡稳定系数远小于1,滑面处平均加速度大于某一临界值时会发生不可逆塑性变形。研究所得结果为水库滑坡治理提供参考。     

基于离散元的滑塌式危岩体失稳机理研究

为了研究滑塌式危岩体在地震动作用下的响应规律和失稳机理。以大渡河双江口水电站２７＃ 危岩体为例,利用离散单元法对滑塌式危岩体在地震作用下的动力破坏情况进行数值模拟。结果表明: 滑塌式危岩体在地震荷载作用下发生破坏后,失稳块体的运动主要分为三个阶段:启动准备阶段、加速 下滑阶段、滞留稳定阶段。结论揭示了地震作用下块体以滑动为主,滚动为辅的失稳规律,为危岩防灾 减灾提供参考和借鉴。     

新龙水电站库区倾倒变形体数值模拟分析

新龙水电站是雅砻江上游梯级电站开发甘孜—新龙段4级开发中的第4级电站,是以发电为主的电站。水电站右岸近坝库段大范围发育有倾倒变形体,总体积约1 600万m3。该变形体在水库蓄水后,受地下水位升高、浸泡影响,变形体岩体的抗剪强度指标降低,极易导致变形体边坡失稳,从而对大坝、泄洪(放空)洞、电站引水口等建筑物安全构成威胁。针对该倾倒变形问题,通过对倾倒变形体工程地质特性及失稳模式等分析,建立边坡离散元的数值计算模型,得出岩体倾倒变形特征和变形破坏机理发展过程,从倾倒变形体的变形特征上来看(以地震工况为例),边坡变形体破坏主要位于强倾倒变形体中,弱倾倒变形体破坏不明显。强倾倒变形体主要表现为向临空面方向发生倾倒—弯曲—拉裂—折断的变形破坏模式,先在坡脚及顶部发生剪切破坏,中间形成锁固段,后剪切贯通整体下滑,成果可为倾倒变形体的稳定性评价及工程开挖施工提供借鉴。     

地震作用下顺层岩质滑坡稳定性离散元模拟

以金沙江溪洛渡水电站库区恩子坪2^#滑坡为例,采用宁河地震天津记录数据作为地震动参数,运用离散元程序UDEC(Universal Distinct Element Code)对滑坡在未来地震作用下的响应特征和变形破坏机制进行数值模拟。数值模拟计算结果显示:在地震波作用下,坡体表现出明显的放大效应,其中加速度放大程度最大,位移次之,速度最小;地震波达到峰值后,坡体中的剪应力集中范围和滑带的剪应变均急剧增大,由于剪应变累积效应,变形破坏从滑带前端向尾部传递、扩展;地震结束时,滑坡的稳定性系数已经低于1.0,最大累积位移达到了1.58 m。通过分析数值模拟计算结果可知:运动放大效应、剪应力集中和剪应变累积效应是导致滑坡变形破坏的主要机制,滑坡的失稳模式依然为顺层滑移;滑坡已经失稳破坏,建议采取适当的锚固工程,以降低滑坡在地震作用下失稳堵江的风险,从而保证溪洛渡水库的正常运营。     

地震作用下多级平台路堑边坡的动力响应研究

以小江断裂带为背景,以岩体动力学参数研究为基础,利用FLAC3D软件建立单一均质岩质三维边坡概化模型,从加速度、位移、塑性区等方面研究地震作用下多级平台不同宽度对边坡的动力响应影响。结果表明,地震作用下单一均质岩质边坡的破坏模式是沿某一潜在贯通破裂面失稳;边坡平台临空面对地震波具有放大效应,但随着平台宽度增加地震波放大效应会被削弱;平台设置可减小坡脚剪应力集中,塑性区由坡体内部趋于坡体表面发展,有效提高边坡的整体抗震稳定性,但坡脚处仍易发生剪切破坏,应加强支护。     

康定Ms6.3和Ms5.8级地震下 摩岗岭震动监测数据研究

为研究康定M_s6.3和M_s5.8级(M_s为面波震级)2次地震动的响应规律,在大渡河摩岗岭段两岸斜坡不同高程处掘进平硐并安置了强震监测仪。监测数据揭示1^#监测点记录的水平向和竖直向PGA(地表峰值加速度)最大,M_s6.3级水平向达到了16.5～22.2 cm/s²,竖直向也达到了8.9 cm/s²;M_s5.8级水平向为9.9～11.8 cm/s²,竖直向为4.1 cm/s²。以2^#监测点记录的2次地震加速度PGA值为参考,1^#监测点水平向和竖直向PGA放大系数最大,M_s6.3级水平向和竖直向放大系数分别达到5.4,4.2,而震级较小的M_s5.8分别为3.7,2.2。傅里叶谱分析可得各监测点记录的2次地震卓越频率相差不大。由各监测点加速度反应谱可得同次地震中海拔最高的1^#监测点水平向和竖直向反应谱幅值最大;对比同一监测点不同震级加速度反应谱,较大震级的M_s6.3级各个方向幅值比M_s5.8级大。研究表明斜坡不同高程部位对地震波具有选择放大作用,高程越大,这种放大效应越明显。     

震裂滑移式崩塌运动特征分析:以张家沟2#崩塌为例

【目的】“6.1”芦山地震诱发了宝兴县张家沟崩塌群，严重威胁坡脚居民生命财产安全，研究其形成机制与运动特征，可为该类灾害防治工作提供理论依据。【方法】运用经验公式及离散元软件3DEC分析其运动过程，量化崩塌体的位移速度变化特征。【结果】结果显示：(1)发育倾向坡外及竖向裂隙的坡体即可发生震裂滑移式崩塌，而不仅出现在顺层斜坡中；(2)崩塌体裂隙发育，破坏首先从后缘开始，块石最大运动距离约213 m,最大运动速度约25.71 m/s;(3)张家沟2^#崩塌落石运动过程以滚落为主，跳高较少，同时受坡面形态影响较为强烈；(4)震裂滑移式崩塌运动过程可概括为拉裂损伤阶段—剪切滑移阶段—崩落流通阶段—自稳堆积阶段。【结论】结果表明，数值模拟结果与现场调查相吻合，数据揭示了张家沟崩塌的运动特征，反映了其形成机制，研究成果可为类似灾害防治提供参考。