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.     

滑面驱动下坡积体渐进变形及其启动数值解析

考虑地下水和坡积体-稳定坡体接触面附近土体的应变软化,在Bingham模型的基础上研究滑动接触面对坡积体渐进变形及滑坡启动运动规律的影响,得到了坡积体渐进变形和滑坡启动的解析解。结果表明:坡积体存在着随深度呈幂函数形式分布的变形场或速度场,且在接触面附近剪切速率最大;当接触面附近土体渐进变形达到阈值时,应变软化导致力学参数降低,发生渐进破坏,坡积体由渐进变形过渡到滑坡启动阶段。将模型计算值与某滑坡实测位移值比较,得到较好的模拟结果。     

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。     

膨胀土滑坡施工过程中的浅表位移监测

以南宁某铁路项目中的膨胀土滑坡为工程背景,对膨胀土滑坡施工过程中的地表位移进行了监测;利用幂函数拟合了工点内膨胀土滑坡浅表位移与降雨量关系,效果较好,精度很高;同时分析了降雨、切坡和临时支护对边坡位移的影响,得到了相应的位移变化曲线,并提出了相应的施工建议。     

预应力锚索施工技术在滑坡治理工程中的应用研究

针对目前关于山体滑坡的大多数研究多提供监测和预警,而无法实际加固山体防止滑坡的问题,文章研究提出一种预应力锚索与边坡并联耦合模型来加固高边坡体。实验结果显示,对于贵州高速公路ZK17+140-ZK17+280右侧的岩质高边坡,研究所构建的模型能够使坡体在锚索加固5天后岩土体内部应力场变化趋于稳定。在持续性降雨天气下,坡腰的锚索最大上升轴力为71.4%,4种降雨量下高边坡中下部分的位移平均变化量为0.541～0.792mm/h。在地震峰值加速度为0.20g时,坡脚水平位移变化幅度为22.0cm,坡顶竖直位移变化了23.0cm。研究结果表明,所构建的模型具有较好的山体滑坡防止功能,具有一定的参考意义。     

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。     

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。     

类土质路堑边坡动态监测及数值模拟分析

 以张家口—石家庄高速公路类土质路堑边坡为例,采用现场监测结合数值模拟的方法展开边坡稳定性分析。首先,根据勘查获得土层分布和滑体厚度信息,布设测点进行位移监测,坡体深部位移和坡面位移监测结果显示,微型钢管注浆改性后的坡体经过再次开挖,位移接近滑动临界值。颗粒元程序模拟初次滑坡过程,在此基础上,恢复滑面附近颗粒间平行连接,以模拟注浆改性的效果,并继续进行开挖计算,数值模型监测点显示,坡体位移呈现渐进性变化,最后发展趋于破坏,再次论证边坡的极限平衡状态。最后,采用矩形抗滑桩联合坡脚矮挡墙进行加固,达到治理效果,证明分析结果的正确性。这种现场监测结合数值模拟的方法适于动态分析,并能及时作出趋势性预测,建议将该分析方法应用于中小型边坡分析中。     

“阶跃式”滑坡位移预测及阈值分析的ARMA-(LASSO-ELM)-Copula模型

滑坡位移预测的重点内容是提高预测精度及提取阈值,基于该认识及已有研究,建立ARMA-(LASSOELM)-Copula模型,并选取白水河滑坡这一典型"阶跃式"滑坡为研究案例。首先,运用ARMA模型中的ACF值分析月降雨量与月库水位变化的周期性,并通过PPMCC分析位移月增量与一个周期内诱因数据(月降雨量,月库水位变化)的滞后相关性;然后,建立以所有诱因正相关滞后项为预测模型的输入项,以位移月增量为目标的LASSO-ELM滑坡位移预测模型,将预测所得位移增量累加得到位移预测值;最后,基于诱因值与滑坡位移预测值,比选得到最优Copula函数之后,分别建立其联合分布函数,并提取阀值。结果表明,ARMA联合LASSO-ELM的位移预测模型具有较高精度,明显优于SVR、NN、ELM等模型;选取Gumbel-Hougaard Copula函数可描述案例诱因数据与位移预测值的联合分布,并能提取诱因阈值和对应的位移风险值。     

凉山州甘洛县某滑坡变形破坏特征及形成机制分析

本文采用工程地质调查、钻探、地表变形测绘及监测和岩土实验等手段,对凉山州甘洛县某滑坡进行系统研究。发现该滑坡为中型推移式土质滑坡,其诱发因素包括坡体松散堆积层,高陡、汇水面广的斜坡地形地貌,强烈的人类活动及降雨汇集下渗。查明滑坡滑动变形主要受控因素,一是基岩面产状,一是滑坡体下方斜坡整体稳定性。     

论中国区域性土的分布和岩土性质的形成

广阔的中国大地上分布着各种具有地区特点的“区域性土”:北部的黄土、南部的红土、中部的老粘土以及东南近海的海洋软土(包括沿海的软土)。它们和一般粘性土的工程特性不同,故而人们有时称之为“特殊土”。笔者曾分别对它们的工程特性和基本性质进行过研究。本文对这些“区域性土”的物理力学、物理化学和微观分析的测试成果作了系统归纳,并对这些“区域性土”的分布规律和工程特性的形成进行了综合研究。研究表明我国“区域性土”地理分布和独特的工程特性的形成,完全取决于我国的气候条件和地理地质环境。     

土钉和复合土钉支护若干问题

调查表明学术界和工程界对土钉和复合土钉支护定义、支护机理认识差别很大。本文就土钉支护定义、计算模型、地下水处理、土钉支护适用范围、环境效应、设计中应注意的几个问题、以及复合土钉支护等问题介绍了笔者的看法,希望通过讨论,逐步统一认识,提高土钉和复合土钉支护的工程应用水平。     

浅谈岩土粒度成分对土质分类的影响

介绍了土质分类的现状，分析了粗粒土粒度成分的影响，探讨了粘性土的塑性指标与粒度成分及其相互关系，指出工程设计中不能过分信赖分类的作用，正确的分类有赖于正确的鉴别，以达到促进土质分类研究的目的。     

土钉支护技术及应用

详细介绍了土钉支护的类型、特点、加固处理、设计方法及土钉墙在国内的应用成果，指出土钉支护是一种用于土体开挖稳定的新型支护结构，具有造价低、施工快、适用范围广等许多优点。     

水泥土桩复合地基的发展现状与应用研究

本文介绍了水泥土桩复合地基的相关研究进展,其中包括材料性能对水泥土桩复合地基的影响、水泥土桩复合地基承载和变形的试验研究、水泥土桩计算模型及受力分析、变形分析。旨在为今后水泥土桩工作机制及破坏形式的深入研究提供理论基础。     

复杂介质对地震波传播的影响

本文基于两相介质动力学方程组,利用显式集中质量有限元结合透射人工边界,研究了水平自由场地单相土、欠饱和土和饱和土及不同模量的土层排列结构对地震波传播的影响。结果表明介质的性质对P 波传播有明显的影响;而土层结构对SV 波传播有明显影响。同时,本文还研究了横向不均匀场地地震反应,结果进一步表明,仅用一维模型研究横向不均匀场地会引起较大误差。     

注浆管式锚钉墙技术在广州地区的应用

结合工程实例介绍了注浆管式锚钉墙技术，以及该技术在广州地区的成功应用，说明注浆管式锚钉墙技术在局部软土地质条件下具有良好的使用效果。     

丽江某变电所膨胀土特性及填筑适宜性分析

220kV丽江变电所位于盆地与山麓接合地带,地层岩性主要为第四系残积型粘土和第三系粘土,土层具有中等膨胀潜势,若用非膨胀土换填或用改良膨胀土来回填工程造价均较高,因此,从膨胀土的野外特性、颗粒组成、膨胀潜势、回填特性来分析膨胀土用作填筑材料的适宜性,有重要的工程意义。     

水泥、石灰加固淤泥土无侧限抗压强度试验研究

本文阐述了如何对工程中所遇到淤泥质软弱地基土采用水泥、石灰进行加固和进行一系列的物理性能、强度试验,并就水泥、石灰用量和养护龄期对加固土无侧限抗压强度的影响进行分析,提出了强度预测公式,以资借鉴.     

高含水量粘土固化剂的研究

采用水泥、单一外加剂和复合外加剂对高含水粘土进行固化试验，并运用Ｘ射线衍射和扫描电子显微照相等对加固土进行了分析。研究结果表明，当土壤含水量较高（４８％左右）时，在水泥中掺１４％的石膏及３％的硫酸钠，能大幅度提高固化土的强度；在硫酸盐外加剂的作用下，粘土中的活性氧化铝与Ｃａ（ＯＨ）２反应生成针状的钙矾石晶体，从而使土团与水化产物相互联接，大大提高稳定土的强度和水稳性；较多的钙矾石晶体的形成是硫酸盐外加剂能大幅度提高固化土强度的主要原因。