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.     

顺层滑坡变形破坏过程分析

为了分析风化岩质顺层滑坡的变形破坏过程,采用弹塑性接触有限元强度折减法,计算滑坡的整体稳定性系数和分析滑坡的稳定性以及变形破坏过程。结果表明,风化岩质滑坡的变形破坏主要是由滑体沿滑面的位移的不一致和塑性应变的不断发展引起的;采用弹塑性接触有限元算法可以更好地反映该类型滑坡所处的实际壮态及滑坡的滑动过程,为该类型滑坡稳定性的准确评价和预测预报提供可资借鉴的方法。     

不平衡推力法的弹塑性有限元改进

结合杭金衢高速公路K111碎石土滑坡工程实例,研究如何使极限平衡法与有限元法有机结合应用于边坡稳定性计算和分析中,以及碎石土边坡稳定性系数与滑动面抗剪强度发挥程度的关系。研究结果表明,可以采用弹塑性有限元边坡稳定性极限分析法,得到边坡接近破坏状态时滑坡体的塑性变形破坏区,然后据此确定边坡的滑动面;通过野外工程地质勘探揭示,该法确定的潜在滑动面与实际滑动面基本相符;可根据极限状态下塑性应变值的大小确定滑面带上不同抗剪强度取值段,采用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计算碎石土边坡的稳定性系数;采用该方法进行碎石土边坡稳定性分析能更加真实地反映边坡所处的实际状态。     

某煤矿工业场地东侧古滑坡复活机制及应力-应变特征分析

以某煤矿工业场地东侧古滑坡的工程地质特征为基础,在分析斜坡变形破坏的形成机制及模式的前提下,探讨古滑坡的复活机制,并采用二维弹塑性有限元数值模型分别分析了天然及工程开挖状况下滑坡体的稳定性。结果表明工程开挖将导致边坡失稳,对该滑坡进行治理非常必要,治理方案以"消坡压脚"为主,排水措施为辅。     

降雨作用下碎石土滑坡变形演化过程及孕灾模式研究

在总结碎石土滑坡地质模型的基础上,采用有限元数值方法研究不同降雨强度下碎石土滑坡的变形演化过程,并对降雨过程中及降雨后期1～7 d的应力应变情况进行分析,得出典型碎石土滑坡的变形破坏过程及其孕灾模式.研究表明,降雨过程中,滑坡中前部以水平剪切变形为主,中后部以沉降拉剪变形为主;碎石土滑坡在降雨作用下的孕灾模式可划分为三个阶段:后缘拉裂孕灾阶段、中部破裂扩展孕灾阶段、滑面贯穿孕灾阶段.     

碎石土古滑坡的开挖扰动效应及稳定性研究

在高速公路建设中经常需要开挖边坡,而作为古滑坡在坡体开挖过程中往往会被激活。通过资料搜集整理、现场工程地质勘察和室内外的力学参数试验,采用弹塑性接触有限元强度折减法,以西南某典型碎石土古滑坡的开挖为例,对古滑坡不同开挖工况下的开挖扰动效应及稳定性进行了分析研究。结果表明,开挖对塑性应变分布影响较大,使塑性应变集中区从滑面带前缘转移到了开挖处和滑面带中后部;古滑坡破坏过程中,滑体沿滑面的位移随着距滑面带前缘距离的增大呈非线性增大;滑动面的接触摩擦应力沿滑面分布很不一致。进一步分析可知,开挖深度对安全系数的影响大于开挖角度对安全系数的影响,并对各种工程情况进行了分析对比,提出了合理地处理碎石土古滑坡的建议。     

顺层滑坡弹塑性接触有限元稳定性分析

有限元强度折减法可以作为极限平衡分析方法的一种逆过程。根据已有文献报道和工程实践,建立有限元强度折减法与极限平衡法计算稳定性系数的数理统计相关式,为充分利用极限平衡法计算滑坡稳定性系数的优点、发挥有限元强度折减法计算滑坡稳定性系数的优势和保证滑坡稳定性系数计算及分析的可靠性提供更加充分的依据。确定有限元强度折减法中滑体(包括滑带)的强度参数和重度、精确划分网格和收敛准则等原则。通过工程实例分析认为,这些原则的确定在风化岩质顺层滑坡稳定性系数计算及稳定性分析中是正确的,可作为该类型滑坡稳定性分析和计算的参考。采用不分离接触弹塑性有限元强度折减法分析高度非线性问题的风化岩质顺层滑坡稳定性,可以更加逼真地反映滑坡变形、破坏的实际情况。     

强降雨作用下的浅层滑坡稳定性分析

根据实测和室内物理力学试验结果以及工程实践，研究强降雨作用下浅层滑坡稳定性系数与滑面带抗剪强度指标及滑体饱水面积比三者的关系，建立其数理统计相关式。依据建立的数理统计相关式，对采用不分离接触弹塑性有限元强度折减算法分析强降雨作用下浅层滑坡稳定性的难处进行初步探讨。结果表明：首先，可以利用建立的数理统计相关式，选择不同滑体饱水面积比求出强降雨时滑面带的等效抗剪强度指标，作为不分离接触弹塑性有限元强度折减算法中滑面带上接触单元的抗剪强度指标；然后，采用该算法分析强降雨作用下的浅层滑坡稳定性，通过建立的数理统计相关式计算滑坡的稳定性系数，为该类型浅层滑坡稳定性分析和较准确地预报提供更加可靠和充分的依据。研究结果揭示了强降雨对浅层滑坡变形解体和破坏的作用机理，表明强降雨是诱发浅层滑坡的最关键因素。     

降雨诱发不同类型土质滑坡研究综述

不同土体类型,降雨诱发土质滑坡成因机理、变形破坏特征、启动条件等存在明显区别。若降雨型滑坡研究未按滑坡土体类型进行区分,不利于深入认识降雨型滑坡,故开展降雨诱发不同类型土质滑坡研究具有重要意义。对填土、黄土、碎石土、膨胀土及其他特殊土等土质边坡在降雨作用下的滑坡机理、破坏模式及预警判据进行了详细的综述,讨论了目前存在的主要问题,并对今后的研究方向作了展望。指出降雨作用下不同类型土质滑坡特征、降雨诱发特殊土滑坡变形破坏过程及降雨诱发不同土质滑坡预警判据等方面尚有待深入研究。相关成果对降雨型滑坡的研究与防治具有参考价值。     

降雨与地震共同作用下碎石土边坡的稳定性分析

为研究降雨与地震共同作用条件下碎石土边坡稳定性的影响机制,通过建立楼房山隧道罐子沟端滑坡防治工程数值计算模型,分别计算并分析了降雨单独作用、地震单独作用及降雨与地震共同作用条件下边坡应力场、位移场、塑性区及剪应变增量的变化规律,从而得出3种情况下边坡稳定性的破坏机理。研究结果表明,降雨与地震共同作用下碎石土边坡的稳定性比降雨单独作用或地震单独作用时的稳定性差,更容易发生滑坡、泥石流等地质灾害。     

三峡库区碎石土质岸坡失稳启动机制研究——以龙江红岩子滑坡为例

三峡水库蓄水后,滑坡成为三峡库区最严重的地质灾害之一,库水位下降和降雨是导致滑坡的重要因素。以龙江红岩子滑坡为例,研究三峡库区碎石土质岸坡失稳启动机制。基于FLAC^3D渗流分析模块功能和算法对三峡库区龙江红岩子滑坡的机制进行研究。根据龙江红岩子岸坡的地形、地质条件,建立了龙江红岩子滑坡渗流模拟有限差分计算模型,并确定了模型合理的水头边界条件。通过编写内置的FISH函数对降雨入渗、不同库水位等工况进行模拟,得到了位移场的变化规律,分析了不同库水位及降雨条件下碎石土质岸坡的稳定性,揭示了岸坡在降雨和水位下降过程中的稳定性衰减过程。降雨和水位骤降的共同作用是龙江红岩子滑坡的触发因素。为研究不同库水位和降雨条件下碎石土质库岸滑坡稳定性提供了依据。     

基于改进动态规划算法的堆积体滑坡稳定分析

应用图论将堆积体滑坡稳定性分析中最危险滑动面搜索及安全系数计算问题转化为数学领域求最短路径问题。对动态规划算法进行改进,建立基于改进动态规划算法的极限平衡有限元方法,给出该方法的基本方程和路径上应力计算过程,避免引入辅助函数需给定初始安全系数进行迭代计算的缺陷。将该方法应用于溪洛渡左岸谷肩堆积体的稳定性分析,基于滑坡产生、发展、蠕变条件对其稳定性进行判断,对该堆积体的变形破坏机制进行分析和滑面形成条件探讨;借助监测资料揭示的滑面分布,验证改进动态规划算法搜索滑面位置与计算安全系数的准确性;在此基础上提出基于滑坡征兆的堆积体滑坡稳定性分析技术路线,可用于复杂滑坡堆积体边坡的稳定性分析。     

榛子林古滑坡稳定性分析与评价

路基的开挖或填筑会对坡体的稳定性产生影响,导致变形体的进一步发展直至形成滑坡,或引起古滑坡体的复活。本文以榛子林滑坡为工程背景,通过ADINA非线性有限元程序进行计算,分析榛子林古滑坡的稳定性。分析得出,用有限元强度折减法计算边坡稳定性,塑性区贯通时,不表示此时边坡失稳就一定发生,一般塑性区贯通后继续折减材料强度才会发生位移的突变,此时才发生真正的失稳。     

降雨对边坡变形破坏影响的综合分析

  降雨是诱发滑坡发生的主要因素,分析了降雨入渗对斜坡土体的物理、力学性质产生的影响,通过对实例的数值模拟研究,揭示了边坡变形破坏受降雨影响的特征。提出在常规边坡稳定、变形破坏分析计算中应考虑降雨入渗的影响。     

碎石土渗透特性对滑坡稳定性的影响

结合工程实践，通过现场工程地质调查与勘探和室内外物理力学试验，采用数理统计分析方法和不平衡推力法，对碎石土的一般物理力学特性、渗透特性以及碎石土滑坡中地下水管网状排泄系统对滑坡稳定性和失稳破坏的作用机制进行分析和研究。结果表明，碎块石粒组的含量和以粉粒、黏粒为主的细粒土粒组的含量对碎石土渗透系数影响最大且最为显著，碎石土的渗透系数分别随土中碎块砾石粒组含量和小于0．1mm粒径的细粒土粒组含量的增加而呈自然指数增大和降低；碎石土滑坡中地下水管网状排泄系统对天然边坡的稳定起关键作用；当碎石土滑坡中地下水管网状排泄系统遭受破坏和堵塞时，地下水位将明显上升，从而使潜在滑面的孔隙水压力及下滑力明显增大，导致边坡稳定性系数极大地下降，甚至使边坡失稳解体破坏。     

降雨条件下清江古树包滑坡体稳定性有限元分析

位于清江岸边的古树包滑坡曾使水布垭面板堆石坝工程对外交通一度中断。依据古树包滑坡体的地质背景与工程地质特征，在对其成灾原因进行研究的基础上，应用非线性有限元方法对降雨条件下古树包滑坡体的稳定性进行了研究。探讨了降雨在坡体中形成的暂态饱和区对滑坡体稳定性的影响，研究了该滑坡体再次启动的条件，并对其加固措施提出了建议，为该滑坡体的防治工程提供了重要参考。