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。     

粘土岩质大型滑坡滑带形成机制研究

粘土质大型滑坡在渭河中下游地区广泛分布,簸箕山大型老滑坡位于宝鸡市市中心北坡,其长期蠕变滑动致灾风险较高,是陕西省与宝鸡市国土局重点监测的大型滑坡。为判别分析滑坡变形监测数据与滑动趋势,急需理清其滑带变形样式和滑体运动过程。基于滑坡地形及地层岩性、地下水调查,结合连续取芯钻探数据,进行了滑带及原岩物质成分、水理化性质及应力应变特征的物理化学实验,通过滑带与原岩的实验数据对比分析,结论如下:(1)簸箕山滑坡滑带发育于三门组粘土岩黏粒含量较高的层位中,滑坡蠕变变形亦集中于该位置、渐进扩展;(2)滑带粘土矿物以蒙脱石为主,具有较强的膨胀性和裂隙化特征,使得粘土岩在地下水作用下发生劈理化、塑性化及泥质化,使得剪切面贯通形成滑带。     

大型基岩顺层滑坡滑带形成演化过程与模式

大型基岩顺层滑坡是对人民生命财产及国家重要基础设施安全危害较为严重的滑坡类型,滑带的性质对于这类滑坡具有控制作用,大型基岩顺层滑坡滑带形成演化过程与模式成为这类滑坡研究的重要科学问题。以三峡库区为例,在分析基岩顺层滑坡分布与滑带发育特征的基础上,将滑带形成演化过程划分为3个阶段:原生软岩、层间剪切带和滑带;通过滑带形成过程中原生软岩、层间剪切带和滑带的性质对比,研究滑带形成过程中的物理性质、岩石矿物组成和含量、微结构和连接特征、矿物微观演变、物理化学性质和物理力学性质的演化过程,最后总结得出滑带形成演化模式。     

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。     

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。     

复杂运动路径下滑坡转向变形机理研究

滑坡受地表地形地貌和滑面形态的影响,在运动过程中常表现出转向、分叉、聚合等复杂行为,研究复杂运动路径下滑坡转向变形机理对滑坡的防灾减灾工作有重要意义。以三维地质建模技术为基础,构建庞家湾滑坡的三维颗粒流模型。通过PFC模拟滑坡的运动过程,得到如下结论：庞家湾滑坡发生了转向和聚合行为,滑坡中后部土体的滑动方向发生偏转并在坡脚与东北区域滑体聚合;滑坡中部发生转向运动的颗粒以较快的速度首先开始滑动,且速度由滑坡中部向周围呈辐射状减小;滑坡前缘在整个运动过程中,始终保持较快的运动速度,而后缘运动速度较慢,此外滑体表面速度大于滑体内部和底面速度,而滑坡各部分运动速度不同则是造成滑坡转向变形的重要原因。揭示了复杂路径滑坡的运动规律和转向变形机理,为评估滑坡风险,采取更为合理的防治方案提供理论依据。     

地质灾害形成的内外动力耦合作用机制

 以三峡水电工程库区大型山体滑坡为研究对象,从三个方面研究地质灾害形成的内外动力耦合作用机制：(1) 通过对大量古滑坡的空间分布特征和发育时间的研究,寻求滑坡时空分布的控制因素,揭示滑坡发育演化与地球内外动力耦合作用的关系;(2) 通过对大型基岩滑坡滑带发育演化过程的研究,提出滑带形成演化的典型四阶段模式及其内外动力耦合作用机制;(3) 以三峡库区千将坪滑坡为例,通过对泥化夹层和滑带结构的精细地质分析和测试,重建滑带形成演化过程,研究千将坪滑坡发育及滑带形成的内外动力耦合作用机制。研究结果表明,新构造运动和第四纪气候变化的耦合作用是三峡库区发育多期大型古滑坡的主要动因;层间剪切作用和水岩相互作用的耦合是基岩滑坡滑带形成演化的主控因素;应重视三峡库区新生滑坡的研究,特别是对重点地层的层间剪切带地质力学特性的研究,将是发现和预测新滑坡的重要途径之一。     

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。     

牵引式滑坡后缘破裂面形成机制试验研究

由于河谷下切或者坡脚开挖,常会造成自然斜坡牵引式滑动,形成多级后缘拉裂面。后缘面的形成机制对牵引式滑坡的稳定性分析有重要影响,因此开展试验测试和理论分析。开发能够同时模拟地下水对滑带软化作用和滑坡渐近破坏过程的试验装置,由若干渗透盒构成分段式滑面,可以模拟各种几何形态的滑动面,通过对不同渗透盒注水,可模拟滑带分阶段饱和软化,从而实现对各种滑坡破坏模式的模拟。设计4种试验方案,模拟圆弧型、折线型和直线型滑动面,以及三段线和两段线坡面线。分三阶段设计滑坡工况,测试滑体后缘面破裂倾角。试验表明,后缘面倾角试验值受滑体厚度和失稳滑段位置影响明显。假定牵引式滑坡的后缘面可能形成机制为整体滑动式、滑动拉裂式和滑动剪切变形式,计算后缘面倾角。比较表明,滑动拉裂机制计算值与试验值最接近,在试验值上下浮动,相对误差小于10%。据此认为牵引式滑坡的后缘面形成机制为:底滑面失稳下滑,在失稳滑面末端对应的滑体部位出现了拉破坏区,拉应力由最小主应力控制,拉破坏面方向与最大主应力方向基本一致。     

高速滑坡远程预测的块体运动模型

 基于对高速滑坡发生机理的认识及对其运动特征和堆积特征的分析, 认为滑体内部的速度和变形具有不均匀性, 且运动过程伴随着变形能的积累、释放和损耗。在此基础上, 假定滑体的运动形式是连续可变的, 建立了预测高速滑坡远程的块体运动模型。应用该模型可以模拟滑坡发生后滑体运动的全过程, 同时可预测滑坡的最大滑速和最大滑距。利用该模型对洒勒山滑坡等实例进行了数值模拟, 结果和实际基本相符。     

长江三峡黄腊石滑坡群石榴树包滑坡灾害性分析

基于对长江三峡黄腊石滑坡群石榴树包滑坡的滑体滑动后的速度、滑距及涌浪的计算及其对长江的堵江危害性，对三峡大坝施工及运行期安全性和对沿岸各城镇所产生的危害性进行了分析。分析成果认为，当滑坡后出现低水位时，有堵江的可能；由滑坡产生的涌浪对三峡大坝安全没有影响，对沿岩其他各城镇影响也很小，但对巴东县城和官渡县城会造成危害。     

库水位下降对滑坡体稳定性的影响

以三峡水利工程为背景,针对长江三峡库区水位的周期性调节对库岸边坡稳定性可能产生的种种不利影响,计算了在库水位下降期间,滑坡体稳定性受库水位下降速度影响的变化情况。结合库水位下降期间不同渗透系数滑坡体的实际渗流场,对滑坡体稳定性进行了数值计算分析,得到了库区降水速度和渗透系数与边坡稳定性之间的变化规律,对库区边坡稳定性的研究有一定的参考作用。     

库水位下降对滑坡稳定性的影响

三峡水库2003年蓄水后，滑坡将可能成为三峡库区最严重的地质灾害之一，库水位下降和暴雨是导致滑坡的主要因素。根据三峡库水位调控方案考虑库区极端暴雨情况，利用有限元模拟库水位在175～145m波动和降雨时红石包滑坡Ⅲ的暂态渗流场，将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于滑坡的极限平衡分析，并考虑基吸力对非饱和土抗剪强度的影响。探讨不同降雨速度、降雨条件对滑坡稳定性的影响。研究表明：库水位下降对滑坡稳定性的影响受控于滑坡土的入渗能力和滑坡结构形态，当暴雨强度为300mm／d时，红石包滑坡Ⅲ的临界降速1m／d。其成果将为库区滑坡治理提供科学依据。     

双层反翘型滑坡成灾机制研究

 双层反翘复合型滑坡在自然界普遍发育,以具有典型双层反翘型滑坡特征的韩家垭滑坡为工程背景,运用现场勘察、物理模拟、现场监测、数值模拟等多方法、多手段综合研究该类型滑坡的成灾机制。通过竖井、探槽、钻探、物探、地表调绘等多种工程地质勘察手段,直观揭示上、下两层滑动面的分布位置和基本特征,以及前缘岩层反翘特征;通过现场监测,进一步确定了两层滑动面的位置及滑坡运动的阶段性和周期性;运用大块体地质力学模型试验,采用数码像机数字化近景摄影测量技术量测位移场,在实验室进行物理仿真,短期内重现该类型滑坡在漫长地史时期发育、发展、演化和形成全过程以及反翘岩层的弯曲折断渐进破坏全过程;采用弹塑性有限元法分析该类滑坡的变形破坏力学机制和反翘成因。数值仿真结果与现场实际情况、现场监测结果和物理模拟试验结果吻合较好,为防治该类滑坡提供基础性研究依据。     

降雨作用下三峡库区某粘质土滑坡优势流分析

三峡库区复活型滑坡多为粘质土型,自三峡水库蓄水以来,在降雨及库水的周期性作用下,该类滑坡均出现不同程度的拉裂现象。由于库水位上升,可能导致该类滑坡稳定性降低,处于临界状态,这类滑坡是否失稳,将取决于大气降雨。常规数值模拟时,一般默认滑坡土体为各向同性渗透材料,没有考虑裂隙的优势渗流,其结果通常与实际情况不符。本项研究考虑采用各向异性渗透材料对滑坡在降雨作用下进行渗流场及位移场的模拟,并与常规模拟及监测数据进行对比。发现考虑材料各向异性渗透系数时,滑坡体孔压分布及位移变化均与实际情况接近,说明了该简化优势流模型的可靠性。     

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。     

The genetic mechanism of a translational landslide

Translational landslides are common in China, particularly in the interbedded mudstone sandstone sequence of the Three Gorges reservoir area and the Sichuan basin. The paper discusses the genetic mechanism and limit equilibrium criterion for single and multi-translational landslides based on physical model tests and numerical analysis. It focuses particularly on the generation of hydrostatic pressure and uplift pressure under intense rainfall conditions and the corresponding deformation and failure processes. A model was constructed based on the actual conditions at the 17 million m³ Fengdian Kualiangdzi landslide and the 25 million m³ Tiantai village landslide. It revealed a clear relationship between the critical water head value and the dip angle of the sliding plane.      

Unsaturated creep tests and empirical models for sliding zone soils of Qianjiangping landslide in the Three Gorges

Creep of sliding zone soils may cause significant displacement in large-scale landslides in the Three Gorges reservoir area.To investigate the effects of water on the soil creep behavior of the Qianjiangping landslide,a series of unsaturated triaxial creep tests on the sliding zone soils were performed.Based on the analyses of testing results,a new stress intensity incorporating matric suction was defined and an unsaturated Singh-Mitchell creep model was developed.Predicted results are in good agreement with the experimental results,which indicates that the established unsaturated model can reasonably simulate the effects of water on the soil creep behavior of the landslide.Finally,relationships between matric suction and the parameters of the model were analyzed.This study provides a calculation model and parameters for the evaluation of long-term stability of landslides under the influence of water.