隧道出洞口松散围岩塌方时空预测研究

塌方是山岭隧道出洞口经常发生的一类工程地质灾害，对其发生部位和时间预测一直是隧道工程技术难题之一。从应力传递概念出发，推导出隧道出洞口松散围岩失稳判据，得出塌方发生时进入松散围岩段的临界距离，可以对开挖过程中塌方发生可能性及其空间位置进行预测；并结合灰色理论和协同学理论，基于实测拱顶下沉数据，建立塌方时间预报的灰色-协同理论模型。然后，通过马鞍山隧道塌方事故对所推导的塌方位置判据和塌方时间预测模型进行有效验证，结果表明：计算出塌方的空间位置和发生时间与实际情况相吻合，说明推导的塌方空间位置判据和建立的隧道塌方时间的灰色–协同预测模型是合理可行的，且具有较高的预测精度和可靠性，可为其它隧道出洞口塌方预测提供参考和借鉴。     

岩质边坡滑坡预报研究

介绍了以多年边坡位移监测资料为基础预测滑坡时间的２种方法。第１种是根据位移时间曲线从等速蠕变阶段转入加速阶段的位移速率作为滑坡临界速率的方法;第２种是用时间序列分析法,根据前几年位移规律预测后几年位移发展趋势,并用国内外滑坡实例确定的滑坡位移速率作为滑坡判据的方法。用这两种方法,提前一年预报的滑坡时间和滑坡位移速率同实测值吻合较好     

降雨诱发堆积层滑坡失稳的位移动力评价预测模型研究

在系统分析持续堆积层滑坡位移与降雨变化规律及其相互作用关系的基础上,运用弹塑性理论与损伤力学的基本原理,提出以持续降雨增载量作为滑坡的加载动力参数,以相应滑坡位移速率或位移加速度变化作为稳定性位移响应量参数的方法,以此建立和确定降雨动力增载位移响应比评价参数与预测模型;此外,运用损伤力学的损伤变量参数与动力增载位移响应比参数的定量关系,建立该类滑坡的位移稳定性判据。并以新滩滑坡为例,运用该降雨动力增载位移响应比模型对其位移失稳规律进行深入的研究,重点对该滑坡的关键变形部位监测点的持续降雨增载过程与位移响应特征与规律进行系统分析与评价,发现监测点的动力增载位移响应比时序曲线均在滑坡失稳前发生突变,且突变时间与滑坡实际失稳时间基本相吻合。研究表明,降雨动力增载位移响应比是该类滑坡一种有效的位移动力监测评价参数,可运用该参数对降雨型堆积层滑坡进行稳定性评价与预测预报。     

基于时间序列分析法的滑坡变形特征研究

应用时间序列分析方法建立滑坡位移ARIMA预报模型。采用差分平稳,自回归AR模型和移动平均MA模型对滑坡位移进行预测,得到了该滑坡监测点TP1的预报模型为ARIMA(2,2,1),然后分析对比实测与预测位移–时间曲线之间的关系。计算结果能够较好地体现出滑坡在外界诱发因素作用下位移的发展变化趋势,说明所建滑坡位移预测预报模型效果较好,在滑坡位移预测中是有效可行的。     

基于时间序列分析法的滑坡变形特征研究

应用时间序列分析方法建立滑坡位移ARIMA预报模型。采用差分平稳,自回归AR模型和移动平均MA模型对滑坡位移进行预测,得到了该滑坡监测点TP1的预报模型为ARIMA(2,2,1),然后分析对比实测与预测位移–时间曲线之间的关系。计算结果能够较好地体现出滑坡在外界诱发因素作用下位移的发展变化趋势,说明所建滑坡位移预测预报模型效果较好,在滑坡位移预测中是有效可行的。     

基于位移动力学的堆积层滑坡稳定性评价参数及其应用研究

堆积层滑坡由于其结构和物质组成的特殊性,传统的位移监测方法很难对其进行准确的预测预报.根据位移动力学原理,通过分析堆积层滑坡变形破坏的动力学机制和位移矢量的变化特征,提出以垂直位移方向率作为滑坡稳定性的评价参数和失稳判据,从坡体应力应变角度探讨了其理论本质及其用于滑坡变形评判的可能性,并通过对新滩滑坡监测数据的计算和分析,发现应用垂直位移方向率作为评价参数和判据所得的预测结果与滑坡的实际状况基本吻合,说明垂直位移方向率可以作为一种新的边坡稳定性的预测判据.     

基于地下水位变化的滑坡预测时序分析

 松散堆积土滑坡受地下水位变化影响显著,地下水位变化先于地表位移,易于监测。在坡体表面位移与地下水位之间建立联系,将地下水位监测作为滑坡预测的手段或辅助预测手段具有广泛的应用前景。相关数据序列分析可借助向量自回归模型,其兼顾数据序列的相关性分析和回归分析,可用于研究时间顺序数据间的滞后效应及多种时序间的联系。基于地下水位变化会引起滑坡下滑推力改变的认识,将实测地下水位变化的时序数据转化为推力引起土体位移加速度的改变,建立实测滑坡位移变化加速度与根据地下水位变化引起滑坡推力变化的计算标称加速度的向量自回归模型,可判断坡体表面位移受地下水位影响的规律及相应的滞后时间。所建立模型应用于上虞-三门高速公路6#滑坡分析,验证模型在滑坡位移预测中的有效性,为相关滑坡工程的预测分析提供了参考和借鉴。     

堆积层边坡表层位移矢量角及其在稳定性预测中的作用与意义

根据边坡不同稳定性的位移矢量角的形成机制以及对新滩边坡实际资料的分析，发现堆积层边坡的表层位移矢量角是描述和评价边坡整体稳定性的基本参数之一。它有明确的物理意义与预测预报标准，且受局部或随机因素影响较小，同时反映了边坡的变形受力条件与整体稳定性状态，在滑坡预测预报中有着位移或位移速率不可替代的作用。在此基础上，重点对边坡塑性滑移阶段的位移矢量角及其与稳定性的关系进行了系统的分析。运用数理统计趋势位移分析原理建立了边坡位移矢量角和位移速率双参数统计预测预报判据，克服了传统位移时序分析法单一参数预测理论的不足，并运用新滩边坡F系列监控点实际资料进行了双参数的后验稳定性验算与判别。预测结果与边坡的实际失稳时间与规律相吻合，说明该理论判据具有一定的精度和实用性。     

改进的滑坡位移预测模型研究

由于滑坡系统表现出极其复杂而难以预测的演化特征,传统分析方法往往难以准确地描述这种复杂的非线性特征,因而对大型复杂滑坡的位移进行准确预测预报尚存在一定的困难。作者提出了基于模拟退火交替迭代算法神经网络的位移预测方法,并利用该方法对某滑坡位移进行推广预测,取得了较好的效果,其预测精度明显优于经典算法BP神经网络。由此说明作者提出的预测模型能够快速、准确的获取不同条件下的滑坡位移值,为岩土工程的设计和施工提供了新的思路。     

基于滑坡监测数据的预警判据研究

位移-时间趋势曲线是研究滑坡失稳预测十分重要的资料依据,它表明了滑坡变形程度及相对的稳定性程度。文章将边坡失稳时的总位移分解成位移的趋势项和位移的周期项,通过时间序列方法对滑坡位移进行预测。文章以德化县上涌镇桂林村马坪滑坡为例,在监测数据的模糊离散性与随机性的基础上以及变形参数所呈现的相关规律,通过GM(1,1)的灰色模型获得位移的趋势项,采用时间序列加法得到滑坡总位移预测值。通过对已获得的滑坡隐患点的监测数据与数值模拟结果的对比分析,建立数学模型,预测滑坡未来的位移趋势,研究滑坡预警判据,最终以位移速率来概化研究区内台风暴雨型滑坡的预警判据。结果显示,该预警判据对于了解边坡位移的发展趋势以及研究边坡的动态稳定性是有效可行的。     

滑坡的易滑度分区及其概率预报模式

滑坡的发生主要由地形、地质和降雨三方面因素决定。基于区域地质-气象耦合分析的思路,有可能提高区域性滑坡的预报精度。首先通过将降雨条件和地质环境条件相结合的方法,提出一种新的滑坡概率预报模式,利用数理统计分析,提出利用最大24h雨强和前15d实效降雨量作为滑坡灾害发生的短期预报判据;然后以重庆市区作为研究对象,选择岩性组合、地形坡度、边坡形态、岩体结构和水文地质五大因素及其21种状态为预测变量,利用信息量法进行了易滑度的分区;最后,对概率预报滑坡的可行性进行了实例分析和探讨。     

堆积层滑坡卸加载响应比基本原理及其应用

在系统分析降雨型堆积层滑坡位移与失稳动因与机制的基础上,首次提出卸加载响应比理论的基本原理.将降雨量的变化作为滑坡的卸加载参数,相应平均位移速率的变化值为卸加载响应参数,由此确定的位移卸加载响应比作为位移动力学参数,根据堆积层滑坡位移动力学规律论证了该位移动力学参数在滑坡预测预报的可行性和有效性,建立卸加载响应比预测模型.以新滩滑坡分析为例,运用卸加载响应比预测模型对新滩滑坡关键部位监测点A3、B3进行了卸加载响应比计算,发现这两点的卸加载响应比时序曲线均在失稳前发生突变,其突变时间与边坡实际失稳时间完全吻合.上述研究结果证明了卸加载响应比理论是可以应用于堆积层滑坡中短期预测预报的一种有效方法.     

滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率预警判据研究

 预测预警是国际滑坡灾害研究的热点与难点,目前滑坡不同变形阶段历时与变形速率临界值方面的研究存在不足。为深入探索滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率预警判据,将滑坡变形演化过程划分为初始变形、匀速变形、加速变形和急剧变形4个阶段,基于滑坡数据库信息,采用统计分析方法研究滑坡不同变形阶段历时特征及其与不同影响因素的相关性、总结不同变形阶段裂缝发展及宏观特征、分析不同变形阶段滑坡位移速率预警判据。通过研究发现：(1) 滑坡加速变形阶段历时18 ～1 080 d,接近一半的滑坡加速阶段历时位于区间30～90 d;绝大部分滑坡急剧变形阶段历时小于30 d。(2) 滑坡破坏模式、滑体方量、滑面类型与滑坡变形阶段历时相关,其中滑面类型与变形阶段历时的关系最为密切,滑面为硬性结构时滑坡加速与急剧变形阶段历时较短,滑面为软弱层面时加速与急剧变形阶段历时较长。(3) 滑坡进入加速变形阶段时裂缝最大宽度为1～50 cm,进入急剧变形阶段时最大裂缝宽度为4～126 cm,其中土质滑坡与堆积体滑坡临界裂缝宽度较大,岩质滑坡临界裂缝宽度相对较小。(4) 滑坡进入急剧变形阶段位移临界速率一般不超过50 mm/d,倾倒型滑坡速率临界值相对较大,软弱滑动面滑坡该位移速率临界值较硬性滑动面滑坡大。(5) 各种滑坡进入加速变形阶段的位移速率均不大,此速率值与破坏模式关系密切。破坏模式为滑动破坏的滑坡该位移速率阈值基本都不超过4 mm/d,倾倒破坏或崩塌破坏的滑坡该阈值稍大,一般大于4 mm/d。     

堆积层滑坡的地下水加卸载动力作用规律及其 位移动力学预测 ——以三峡库区八字门滑坡分析为例

 在系统分析水诱发堆积层滑坡位移与失稳动因与机制的基础上,深入研究并总结地下水在堆积层滑坡稳定性演化过程中的动力作用与动力响应规律和特点,发现水诱发堆积层滑坡的位移与失稳直接受地下水位变化量控制,且其位移规律与地下水位变化量存在对应关系。根据上述分析结论并运用加卸载响应比理论的基本原理,首次提出以月地下水位的变化量作为堆积层滑坡的加卸载参数,以相应月边坡位移速率或位移加速度作为其加卸载响应参数,并以此为基础建立和确定地下水位加卸载响应比位移动力学参数与位移动力学预测模型。同时,以三峡库区典型堆积层滑坡——八字门滑坡分析为例,运用地下水位加卸载响应比预测模型对该边坡的关键监测部位进行研究,并使用SZK1和SZK4监测点数据进行加卸载响应比计算,发现其加卸载响应比时序曲线变化规律与其稳定性动态演化规律相吻合。研究结果表明,可以运用地下水位加卸载响应比动力学模型对该类滑坡进行位移动力学预测预报。     

滑坡速度倒数法预测模型加速开始点识别及临滑时间预测研究

对矿山或自然土质和岩质边坡而言,大多数滑坡预报都是基于边坡变形三阶段蠕变理论,并根据临滑前加速变形阶段即开始加速点(onset of acceleration,OOA)之后的位移进行滑坡时间预测研究.在分析S-SAR型边坡雷达连续监测的位移后,发现以OOA作为速度倒数法(inverse velocity method,...     

滑体失稳后运动过程三维弹簧变形块分析模型

 滑坡灾害危害程度评估需要掌握滑坡运动特征,而目前的研究主要基于定性分析模型,很难进行定量预测。为克服这一困难,建立一种简化的三维弹簧变形块模型,定量预测滑坡失稳后滑体运动过程。假设滑坡的运动形式是连续的,且滑体是可变形的,将滑体分为侧面竖直的三维条柱。考虑滑体内在变形,对三维运动方向受力和变形进行分析。根据作用于条柱侧面的力–变形关系,获得条柱在滑动过程中的变形与受力状态。考虑到条柱中能量的积累和释放,同时考虑摩擦引起的能量耗散,建立任意时刻滑体的加速度、速度和位移计算公式,获得滑坡在三维滑动过程滑动的最大距离、运动的最大速度及滑动历经的时间等。为实现滑坡滑动过程的三维可视化,基于Visual Basic语言程序编制滑坡失稳后运动过程分析程序,分析武隆鸡尾山滑坡的滑动距离、滑动的最大速度以及滑动历经的时间,对比分析表明,该模型与现有的软件模拟结果比较吻合。     

堆积层滑坡加卸载响应比动力学参数及其应用

在系统分析堆积层滑坡的物质组成和失稳动因的基础上,运用加卸载响应比理论的基本原理,首次提出了将降雨和孔隙水压力的变化作为滑坡的加卸载参数,相应平均位移速率的变化值为加卸载响应参数,由此所确定的位移加卸载响应比作为堆积层滑坡的位移动力学参数,并根据堆积层边坡位移动力学规律论证了该位移动力学参数在滑坡预测预报的可行性和有效性.同时,分别以三峡库区新滩滑坡和黄腊石滑坡为实例,运用加卸载响应比参数对其稳定性进行了评价与预测.评价与预测结果与滑坡稳定性演化规律相吻合.上述研究结果表明了加卸载响应比是一种有效的位移动力学评价参数,可以运用该参数对堆积层边坡稳定性及其演化趋势进行评价与预测.     

鸡尾山高速远程滑坡运动过程PFC3D模拟

利用三维颗粒流软件PFC3D,对重庆武隆鸡尾山滑坡进行模拟,研究滑坡体在关键块体失稳后,在重力作用下,沿着滑动面在视倾向滑动力主导下的运动过程。结果显示:(1)对于大型远距离滑坡,在滑坡体运动路径上坡面形态确定的情况下,坡面摩擦因数和滑体强度主要影响堆积颗粒在滑坡堆积区的分布,滑坡发生区域微地形则更多地影响滑坡体所能达到的最大位移;(2)鸡尾山高速远程滑坡的发生过程是分阶段完成的;第一阶段主要是滑源区岩体的破裂化,第二阶段为破裂块体的运动及滑出;(3)通过监测速度、位移等发现滑体外围区域块体速度首先达到最大值,并具备二次加速的特征,综合速度及位移可以认为在滑体中处于上部边缘部分更有可能远距离运动;(4)对于鸡尾山滑坡,当墙面摩擦因数为0.05,黏结强度为中等(250～200 MPa)时,得到的结果与实际情形最为契合。通过模拟发现,PFC3D软件对于此类高速远程滑坡具有较好的适用性,尤其是其三维堆积形态及影响范围的初步确定可以对划定安全避让范围等防灾减灾工作提供有益参考。     

滑坡位移分形参数Hurst指数及其在堆积层滑坡预报中的应用

 在系统分析堆积层滑坡的物质组成和位移失稳规律的基础上,根据分形理论基本原理,对该类滑坡的位移失稳过程所具有的非线性、突变性和分形降维特性进行较为深入的分析与研究。运用分形理论R/S分析法,确定滑坡位移时序分形动力学参数位移Hurst指数,并分别以三峡库区典型堆积层滑坡——新滩滑坡和黄蜡石滑坡为例,计算滑坡位移失稳过程的Hurst指数。分析和评价位移Hurst指数与边坡稳定性的关系,发现Hurst指数随着边坡由稳定向失稳的演化出现明显降维突变规律,且降维时间与滑坡整体失稳时间相吻合。这表明位移Hurst指数是堆积层边坡稳定性评价的一种有效非线性分形动力学参数,可以运用这个非线性分形参数对该类滑坡失稳演化趋势与规律进行非线性动力学评价与预测。