沟谷型滑坡灾害链成灾机制及堵江危险性判别方法

沟谷型剧动式滑坡以其启程剧动、高速短程、灾害链生效应等特点在深切峡谷地区具有极高的潜在风险。以拉月滑坡为例,基于滑坡堵江动力学过程,首先分析沟谷型滑坡的变形破坏机制与灾害链成灾模式,将拉月滑坡灾害链全过程概括为:节理化边坡地震降雨协同劣化→倾倒拉裂模式下变形发展→剪出口锁固段破裂牵连坡体高位剪出→碰撞解体并碎石流化→刨蚀河床并阻塞堆积→堰塞堵江。然后针对沟谷型滑坡堵江灾害高速短程的特点,提出滑坡强度(规模、速度和滑距)为堵江灾害的主控因素,而水沙运动规律则为影响因素。在此基础上,采用层次分析法确定各致灾因素的权重作用,并建立沟谷型滑坡堵江危险性判别模型表达式。最后通过典型案例计算表明,该模型较好地反映了沟谷型剧动式滑坡堵江的特点,对今后沟谷山区工程建设所遭遇的滑坡堵江灾害预测和风险调控,防灾减灾具有指导意义。     

殿后锁固坡体剪断边坡变形能释放与滑体起动速度关系分析

 通过对锁固坡体应力场和位移场所作的能量分析表明：在殿后锁固坡体厚度大,且为坚硬岩体构成的情况下,中、后部坡体在巨大推力作用下边坡系统聚集了巨大的剪切变形能,使殿后锁固坡体被剪断,边坡系统临滑时释放的剪切变形能远大于潜滑带岩体破裂需要的能量,所超过的变形能部份,将转换为滑体弹冲的动能,造成剧动式滑坡。推导蕴涵丰富信息量的殿后锁固坡体剪切变形能变化率曲线及其表达式,通过该曲线和锁固坡体潜滑带荷载–变形曲线,用直观的几何方式对边坡系统的剪切变形能聚集、临滑变形能释放量与滑体起程弹冲速度关系进行阐述,并给出滑体弹冲速度算例。     

岩石力学特性分析与高速滑坡启动速度预测

斜坡高速滑动之前，在静力极限平衡状态时形成与抗剪强度相当的抗滑力。一旦锁固段突然被剪断，由于峰残强降效应，原有下滑力的一半得到释放，赋存其中的弹性应变能则转换为滑坡剧动的动能。因此，滑坡体在启程的瞬间产生相当高的初速度，并使其沿着滑动面高速下滑。以云南昭通头寨沟大型高速远程岩质滑坡为例，通过常规三轴压缩试验，研究了滑坡区主要工程地质岩组(玄武岩)岩芯的变形和强度特性。试验结果表明，玄武岩的峰值强度与残余强度之间存在显著的差异，峰残强降率为50％左右。并在试验研究的基础上，对头寨沟滑坡启程初速度进行了预测。     

“挡墙溃屈”型滑坡锁固段抗滑稳定性研究

“挡墙溃屈”型滑坡是一类典型的大型岩质边坡破坏失稳模式,锁固段的物理力学性能为该类边坡稳定性的控制因素。依据此类边坡的受力特征,将上部坡体按其地质结构（如岩体层面）划分计算条块,采用极限分析上限法求出上部坡体对锁固段的作用力（方向和大小）。通过对锁固段的极限剪切平衡分析,推导了剪切破坏模式下锁固段的稳定性系数计算公式。以四川溪口滑坡为例进行了应用分析。首先根据稳定性系数与锁固段剪切面倾角的关系,确定锁固段最危险截面位置。进而定量分析了最危险截面宽度与边坡稳定状态的相关性。研究成果对“挡墙溃屈”型滑坡的稳定性评价及灾害控制具有较好的指导意义。     

“挡墙溃屈”型滑坡锁固段抗滑稳定性研究

“挡墙溃屈”型滑坡是一类典型的大型岩质边坡破坏失稳模式,锁固段的物理力学性能为该类边坡稳定性的控制因素。依据此类边坡的受力特征,将上部坡体按其地质结构(如岩体层面)划分计算条块,采用极限分析上限法求出上部坡体对锁固段的作用力(方向和大小)。通过对锁固段的极限剪切平衡分析,推导了剪切破坏模式下锁固段的稳定性系数计算公式。以四川溪口滑坡为例进行了应用分析。首先根据稳定性系数与锁固段剪切面倾角的关系,确定锁固段最危险截面位置。进而定量分析了最危险截面宽度与边坡稳定状态的相关性。研究成果对“挡墙溃屈”型滑坡的稳定性评价及灾害控制具有较好的指导意义。     

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。     

高速岩质滑坡临床弹冲与峰残强降复合启程加速动力学 …

运用断裂力学和弹性力学的原因和方法,提出并分析了逆向层状岩体斜坡锁固段突然剪断时出现的“临床弹冲－峰残强隆”复合加速动力学效应,推导出二维应力状态下高速岩质滑坡启程速度计算公式。这从理论上定量地论证了具有实际意义的滑坡动力学新机理。     

高速岩质滑坡临床弹冲与峰残强降复合启程加速动力学机理

运用断裂力学和弹性力学的原理和方法,提出并分析了逆向层状岩体斜坡锁固段突然剪断时出现的"临床弹冲-峰残强降"复合加速动力学效应,推导出二维应力状态下高速岩质滑坡启程速度计算公式.这从理论上定量地论证了具有实际意义的滑坡动力学新机理.     

大型高速滑坡启程流体动力学机理研究

大型高速滑坡在启程活动阶段中，由于锁固段突然被剪断，高度集中的剪应力突然被释放，常出现孔隙水压力突然增大；同时，饱水的滑带由于强烈的高速摩擦，使滑面附近产生高温，并使滑带水突然汽化，产生巨大的水汽化压力；孔隙水压力与水汽化压力耦合，使作用在滑面上有效应力减小。这两种流体动力学现象是大型高速滑坡产生启程剧滑的重要原因。通过三轴剪切试验，探讨了滑带孔隙水压力与剪切速率的关系，导出了大型高速滑坡启程活动阶段滑带孔隙水压力的计算公式。详细地研究了大型高速滑坡启程活动阶段滑面瞬态温度场的变化规律，导出了滑面温度变化的方程式，计算了云南头寨沟滑坡启程活动阶段由于强烈高速摩擦产生热量的传导深度，进一步对该滑坡启程活动阶段滑带孔隙水汽化效应进行了研究。     

地震作用下顺层岩质滑坡启动机制研究

为研究地震作用下顺层岩质滑坡的启动机制,利用断裂力学原理分析滑坡后缘起始裂纹扩展的几何条件和应力条件,推导出最危险起始裂纹角的计算公式,并基于滑坡后缘断裂带完全贯通的条件下,推导在临床弹冲–峰残强降–波动震荡复合效应作用下的滑坡启动速度。研究结果表明,起始裂纹若由次级节理结构面拉裂形成,则次级节理结构面倾角为39.5°的斜坡的起始裂纹最易扩展;滑坡启动经历了后缘起始裂纹累积断裂,后缘断裂带贯通,底部断裂带锁固段瞬间剪断,临床弹冲应变能、峰残强降能释放转化为滑体的初步动能,进一步在波动震荡作用下加速,最终抛离滑坡剪出口的过程。结合"5·12"汶川大地震中青川县东河口滑坡实例分析得出,该滑坡的启动速度受临床弹冲效应影响显著,锁固段剪断瞬间的临床弹冲带条分高度和锁固段长度对启动速度具有决定性控制作用,若不考虑条分高度和锁固段长度的内在联系,在能量转化率为100%时,滑坡启动速度上限为12.5 m/s。     

汶川地震触发窝前滑坡特征及失稳机制探讨

 为弄清汶川地震触发窝前滑坡特征,探讨该滑坡的失稳机制,笔者先后多次赴滑坡区开展调研。调研结果表明：(1) 窝前滑坡为上陡下缓、上硬下软型地形地质结构,属于拉裂–走向滑移型的斜坡失稳破坏模式;(2) 由于石坎断层活动,在近断层上盘效应、强地震动集中性、地震波长持时累积效应、地形放大效应和地震动水平加速度效应作用下,直接触发的一起剧动式高速远程滑坡;(3) 表现出一系列与一般重力环境下滑坡迥异的运动和堆积特征,如高陡粗糙的滑坡壁、弯道超高和侧向抛撒、颗粒分异堆积等特征,运动中形成滑源区、陡坡加速区、碎屑流通区(流槽区和爬高区)、堆积区和抛撒区;(4) 主要经历山体震动拉裂、高速溃滑、碎屑流和堆积4个阶段。滑坡运动至800 m左右时,峰值速度达56.1 m/s,全程运动时间约57.1 s,平均速度35.6 m/s;高位势能和滑体碎屑化是窝前滑坡产生高速远程运动的主要原因。     

The role of active faults and sliding mechanism analysis of the 2017 Maoxian postseismic landslide in Sichuan,China

A giant, high-position rockslide occurred in Xinmo village of Maoxian County, Sichuan, China, on June 24, 2017. It was the largest rockslide recorded since the 2008 Wenchuan earthquake, and caused great loss. We use field survey data and relevant information to describe the geometric and zoning of the Maoxian landslide, and we discuss its sliding mechanism and the role of active faults in its formation. The sliding mode of the Maoxian landslide involves a plane failure mechanism (sliding rupture), while the slipping process can be divided into two stages: a rock cracking and deterioration stage, and a high-speed sliding stage. The role of active faults (earthquake and fault movement) is probably the most important factor in the Maoxian landslide formation, while lithology played a catalytic role and rainfall acted as an inducing factor. The fault vertical combination model (“back thrust” dynamic model) proposed in this paper provides a reasonable explanation for the different distribution of the coseismic landslides caused by the 1933 M 7.5 Diexi earthquake. We consider that a steep slope near the active fault, especially where the active fault intersects, just like the “locked segment” of a fault, is the uppermost area to develop a large landslide.

     

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。     

地震作用下黄土滑坡加速度深度放大效应及震后变形模式研究

基于相似比理论,设计并完成了典型黄土滑坡物理模型试验,采用先进的离心机振动台技术,实现水平+垂直振动,研究黄土滑坡的地震动放大效应及变形模式,并配合有限差分数值模拟方法相互验证。结果表明：沿滑坡体浅表层加速度放大作用具有明显的趋表效应,水平向和垂向加速度放大效应呈非线性增加,且水平向大于垂向;在滑坡体的滑动面附近加速度放大作用呈现出岩性结构效应;随高程增加加速度响应逐渐增大,表现出高程效应,滑坡后壁放大作用明显。随入射地震波强度的增加,滑坡体内部关键部位加速度放大作用基本是先增大后减小的趋势。强震作用下黄土滑坡的破坏形式为：滑坡后壁形成拉裂隙并逐渐扩展,滑坡后壁发生崩塌,滑体略有下挫,形成拉槽,坡体中部鼓胀,坡脚有大量崩积物。研究结果为探讨地震作用下黄土滑坡的加速度放大效应和变形破坏情况,以期为天水地区黄土滑坡的地震稳定性评价和抗震设计提供参考。     

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。     

Use of multi-source remote sensing images to describe the sudden Shanshucao landslide in the Three Gorges Reservoir,China

The primary objective of this research is to better understand the movement characteristics and patterns of a sudden landslide that occurred in the Three Gorges Reservoir, China (the Sept. 2, 2014 Shanshucao landslide) by using three periods of multi-source remote sensing images in combination with a field survey. A georeferenced, aerophotographic orthomosaic and corresponding 1:2000 topographic map of the pre-landslide area was referenced to rectify the micro-unmanned aerial vehicle (UAV) based orthomosaic, digital surface model (DSM) and Google Earth satellite image of the post-landslide area. By using orthomosaics of the post-landslide area, especially the very high spatial resolution micro-UAV based orthomosaic, the landslide boundaries were accurately delineated. By comparing the images of the area both pre- and post-landslide, three landslide subzones were identified, and two boundaries between the three subareas were divided more precisely than in previous studies. Based on the digital elevation model (DEM) of the pre-landslide area and DSM of the post-landslide area, the change in altitude and volume of the landslide were quantified. Then, the movement pattern of the landslide was proposed. The results showed the rocky, southern sliding part was the main sliding zone with the longest distance and deepest sliding surface, and the northern soil mass did not experience any overall movement. However, loose soil mass collapse and features of counterclockwise rotation were observed under the traction of the rocky, southern sliding part. Additionally, more accurate knowledge has been obtained including the location of the original lateral boundary, shear outlet altitudes, and main triggering factors of the rocky sliding mass. This study has demonstrated that the use of multi-source remote sensing images, which include both pre- and post-landslide images, can effectively describe the characteristics, patterns, and even the mechanism of a sudden landslide.

     

侧翼与滑床复合锁固切向层状岩质滑坡动力学机理与稳定性判据

侧翼与滑床复合锁固滑坡是在斜坡渐进性变形过程中，切向层状岩体受特殊的边界条件控制，发生非同步和非均匀的变形而形成的。锁固段岩层的变形与破坏模式可以概化为两个相邻端固定而其余则为自由的多层矩形板结构，在横向荷载和纵向荷载共同作用下所发生的“屈曲．弯曲”变形和临界荷载下的断裂破坏问题。基于Rayleigh-Ritz能量变分法，建立了薄板的弹性挠度-荷载方程，应用塑性极限分析方法，确定板的临界荷载，建立了滑坡稳定性的判据。     

平卧“支撑拱”锁固滑坡动力学机理与稳定性判据

滑坡在渐进性变形过程中。因滑床或滑坡侧翼位置局部未贯通部位的存在，或滑坡启动以后受前进方向“柬口状”地形的约束，滑体变形受限制或运动制动，不能充分失能，从而在这些受限约束部位形成由松散岩土体组成的平卧“支撑拱”结构。“支撑拱”结构的形成，相当于滑坡变形的锁固段，它一方面阻挡拱后向下滑移的堆积物，使它在这一带压密、隆起，成为滑体中的应力集中部位；同时又通过拱圈将滑体中心的部分下滑推力传递至两侧拱座，使拱座成为应力相对更为集中的部位。一旦土体中孔隙水压力的增高，使土拱与拱座基岩接触面间的抗剪强度降低到一定程度，将导致某一个拱座失稳被突破，整个拱圈崩溃，进而引起“支撑拱”上部滑体的突然滑动。根据物理模型实验应力分析，滑体中“支撑拱”结构表现为拱顶凸向坡体上方的“最大主应力拱”，而在其上方一定高度范围内还出现拱顶凸向坡体下方的“最小主应力拱”，据此建立了“支撑拱”的计算模型。假定滑坡岩土体为刚塑性体，在考虑滑体自重力、滑面抗剪强度与滑坡两翼摩阻力的共同作用下，以及最小主应力拱引起的滑体中应力重分布的情况下，确定了“支撑拱”(最大主应力拱)上的均布荷载：根据拱的塑性极限平衡条件，建立了拱稳定性的判据：并定量分析了拱效应出现的条件、拱保持最大与最小稳定性的条件以及各种影响因素。