降雨促发黄土滑坡的启动机制模拟

黄土滑坡和降雨关系尤为密切。为深入研究降雨入渗对滑坡的促发作用,在对陕西西安地区“9?17”灞桥滑坡现场勘察的基础上,利用数值模拟方法系统研究了黄土边坡在降雨入渗条件下土体相关物理力学指标的变化响应特征及时空分布规律; 从滑动面安全系数变化的角度分析了边坡的失稳过程,并揭示了该类滑坡的启动机制。结果表明:①降雨入渗首先引起坡面土体的基质吸力逐渐降低,而且不同分布位置的降幅不同; ②滑坡启动前,坡体的高体积含水量范围随降雨明显扩大,且体积含水量表现出从古土壤层向邻近黄土层递减的规律; ③边坡的水平方向位移自坡面中部向坡体的上下部呈放射状递减特征,垂直方向位移由上至下逐渐减小,而临界滑动面的安全系数也随降雨入渗过程逐步递减; ④节理处土体的孔隙水压力和体积含水量的变化响应时间及幅度都早于且强于坡体其他区域,坡体内最大剪应变的区域分布与坡面基本平行,模拟结果与原型滑坡一致; ⑤基于黄土独特的水敏性、地质构造和人类工程活动等诱因的影响,加上节理裂隙为水的入渗和运移提供了优势通道,降雨加速了黄土潜蚀和坡体结构破坏过程,改变了边坡内部应力场、位移场和水文地质条件,进而促发了滑坡。     

黄土路基边坡降雨响应的试验研究

为了研究降雨入渗对黄土路基边坡孔隙水压力（吸力）、含水量、变形等的影响,选取甘肃平-定高速公路上某段9 m高的填方路基边坡进行了4场人工降雨模拟试验并持续现场监测一个月。监测结果表明：人工降雨模拟引起浅层土体（1m以上）吸力明显下降和含水量增大,致使土体有效应力减小,抗剪强度降低;另外雨水冲刷引起坡面冲沟发育,导致雨水入渗增大和土体强度的进一步衰减。压实度最小的坡脚处降雨引起的湿陷变形最大。在持续降雨的条件下,湿陷变形的发展会导致坡底的沉陷,最后发展为滑坍破坏。从减少雨水入渗,减小土体的强度损失以及控制湿陷变形等方面综合考虑,提高黄土路基边坡的压实度对防止降雨导致的边坡失稳具有重要意义。     

Coupled hydro-mechanical analysis of slope under rainfall using modified elasto-plastic model for unsaturated soils

Two modifications for the basic Barcelona model(BBM) are present. One is the replacement of the net stress by the average skeleton stress in unsaturated soil modeling, and the other is the adoption of an expression for the load-collapse(LC) yield surface that can match flexibly the normal compression lines at different suctions. The predictions of the modified BBM for the controlled-suction triaxial test on the unsaturated compacted clay are presented and compared with the experimental results. A good agreement between the predicted and experimental results demonstrates the reasonability of the modified BBM. On this basis, the coupled processes of groundwater flow and soil deformation in a homogeneous soil slope under a long heavy rainfall are simulated with the proposed elasto-plastic model. The numerical results reveal that the failure of a slope under rainfall infiltration is due to both the reduction of soil suction and the significant rise in groundwater table. The evolution of the displacements is greatly related to the change of suction. The maximum collapse deformation happens near the surface of slope where infiltrated rainwater can quickly reach. The results may provide a helpful reference for hazard assessment and control of rainfall-induced landslides.     

川北某变电站堆积体边坡的变形破坏机制研究

以川北某变电站后方边坡为研究对象,在综合考量边坡地质环境条件调查结果、变形破坏的地质过程定性分析与颗粒离散元 PFC2D 数值模拟结果的基础上,分析研究该边坡的变形破坏机制。结果表明:该边坡是典型的松散堆积体边坡,开挖卸荷是其发生变形的主要控制条件,强降雨是其破坏失稳的主要诱发因素;边坡的变形经历了开挖卸荷变形、变形扩展延伸、深部蠕滑–潜在滑移面贯通 3?个演化阶段;边坡的变形破坏机制为前缘开挖条件下强降雨诱发的蠕滑?拉裂式滑坡。本研究可为该工程和类似松散堆积体边坡治理提供参考。     

双层结构土质边坡降雨入渗过程及稳定性分析

针对天然土质边坡由于地质和人为因素的作用,通常呈现一定层状结构这一问题,基于Moore水质量分数模型,结合降雨强度,将双层土边坡的降雨入渗过程划分为不同阶段.以一基岩型土质边坡为例,利用渗流有限元程序SEEP/W分析双层土边坡降雨入渗全过程.分析结果验证了双层土边坡降雨入渗过程的不同阶段：当降雨强度<表层土体的渗透系数时,初始降雨入渗率=降雨强度;当表面发生积水后降雨入渗率急剧下降,最终等于基岩的渗透率;降雨强度越大,表面发生积水的时间越短;当考虑平行边坡的渗流时,边坡的稳定安全系数在湿润锋到达基岩接触面时发生突变,湿润锋到达接触面时引起接触面的孔隙水压力上升是滑坡破坏的主要原因.得到降雨强度、降雨持续时间与湿润锋深度的相关曲线.研究成果揭示了降雨入渗对双层土边坡的破坏机制.     

基于PFC-Geostudio耦合的边坡降雨变形破坏研究

为研究降雨条件下边坡的变形破坏情况,建立典型边坡模型,通过有限元软件Geostudio进行渗流分析,将不同降雨强度下的边坡土体的含水量情况导入至颗粒流方法中,根据颗粒位置修改其重度、及接触参数,并对渗流区域施加渗流力,当降雨强度大于边坡入渗速度时,增加考虑坡面径流对颗粒的拖曳作用,分析了不同降雨强度下边坡变形情况以及滑坡破坏过程。研究表明,发生降雨时,边坡变形主要为沉降,最大变形产生在坡顶位置;当降雨强度较大时,坡脚颗粒会由于冲刷作用发生滑动,并诱发后部边坡土体发生渐进式牵引式滑坡。     

双层结构边坡降雨入渗与坡面径流耦合分析

天然土质边坡在地质和人为因素的作用下,通常呈现一定层状结构,在强降雨作用下会产生入渗和坡面径流。研究降雨条件下坡面径流与地表入渗相互影响过程,对山地洪水和滑坡灾害防治具有重要意义,然而,目前为止对层状土边坡地表与地下渗流的相互作用机制的研究理解还极为有限。本文针对上粗下细型层状土边坡降雨入渗研究中忽略坡面径流影响导致入渗分析不符合实际这一问题,基于Moore双层入渗和坡面径流控制方程建立耦合模型,并通过Python编制相应的计算程序分析耦合条件下双层结构边坡降雨产流及停雨后雨水重分布全过程。数值分析结果表明边坡土体降雨入渗过程与坡面径流深度有关;降雨初期降雨强度<坡面入渗能力,入渗速率等于降雨强度,坡面产流后入渗速率随降雨持时逐渐减小趋于稳定;当湿润锋跨过土层交界面时入渗速率急剧减小,最终等于次层土的渗透率,意味着上粗下细型层状土入渗速率主要由次层土控制同时降雨停止后径流快速衰退,已入渗的雨水在重力和湿润锋下方土体基质吸力的作用下继续向下推移,湿润锋入渗深度随雨水重分布历时趋于平缓。算例表明,该计算模型与计算方法可行,能够较好地反映实际层状土边坡的降雨入渗过程,为类似的层状土边坡研究提供计算依据。     

露天矿排土场边坡稳定性分析

针对安太堡露天矿内排土场边坡,介绍了边坡的工程概况和地质条件.结合边坡工程的具体特点,首先运用SLIDE软件,对不同工况下边坡强度稳定性进行对比分析,进而对位移监测数据发展趋势进行了研究.结果表明：排土场边坡的变形处于不断发展的过程中,在降雨或地震的作用下排土场边坡稳定系数明显降低,可能滑动面扩大,特别是在降雨条件下局部危险滑动面可能发生贯通,边坡存在整体失稳的可能.通过研究,可为排土场边坡综合治理措施的制定提供依据.     

降雨循环条件下高切坡稳定性演化过程及预测方法

为进一步揭示降雨循环条件下基岩型台阶状高切坡的降雨入渗及稳定性演化过程,以乐西高速马边至昭觉段某粉质黏土覆盖层基岩型台阶状高切坡为研究对象,通过室内干湿循环试验建立土体抗剪强度参数劣化数学模型;利用Geo-studio数值模拟软件研究多工况降雨循环下高切坡降雨入渗过程,揭示不同降雨循环工况下及雨后高切坡内部渗流场及稳定...     

大气降雨对土坝非饱和区含水率影响分析

运用非饱和渗流理论分析了不同降雨强度和降雨持续时间对土坝非饱和区含水率变化规律.结果显示,降雨强度越大、降雨持续时间越长,非饱和区土体含水率变化也大,坝坡表层土体较容易达到饱和,并且降雨影响深度也大,对坝坡表面湿化裂隙的产生及坝坡稳定性影响大.不管降雨强度如何,坝顶和坝坡中上部比坡体的中下部更容易受降雨浸湿.     

降雨条件下不同土质非饱和路基边坡响应特性

通过对我国西部2种典型非饱和路基边坡实施现场人工降雨的监测结果表明,随着各次降雨的依次进行,非饱和路基边坡初始含水量逐渐增大,入渗率逐渐减小;非饱和黄土路基边坡的初始含水量状态对应着一个临界降雨量,只有降雨量超过该临界值,边坡才有可能产生径流。降雨强度越大,从降雨开始到径流产生所需的间隔时间越短;非饱和黄土路基边坡的吸力值远大于非饱和土石混合土路基边坡。在试验条件下,压实黄土路基边坡的降雨入渗影响深度在0.3~0.6 m之间,而土石混合土路基边坡降雨入渗影响深度在2.4 m以上。     

Research on stability of the accumulated rock-soil body of reservoir bank under rainfall condition

The shear strength parameters property of rock-soil aggregates in embankment slope of reservoir, that is, the relationship between cohesion and gravel content, between friction angle and gravel content, and the relationship between cohesion and water content, between friction angle and water content, is studied based on the direct shear test results, the shear strength change law of the rock-soil aggregates is given, and the unsaturated shear strength formulation of rock-soil aggregates that could consider suction and saturation degree influence is put forward in this paper, through which the sliding or failure physical mechanism of this type of slope under the condition of rainfall infiltration is studied. Also the 3D unsteady saturated-unsaturated seepage field and its FEM resolving mode are established based on the analysis of the slope rainfall infiltration process. Case study with this method indicates that the minimum safety factor of the accumulated rock-soil aggregates dose not arrive at the moment of rainfall cessation, but appears several hours after the rainfall cessation, this phenomenon is in accordance with the practical slope engineering’s failure process and could explain appropriately the slope failure caused by rainfall infiltration. Research results in this paper have an important reference value for the research on stability of the accumulated rock-soil aggregates in embankment slope of reservoir, and can enrich the stability analysis method and relevant theory of reservoir embankment slope. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50539010, 50539110, 50809025, 50539030-1-3), National Science and Technology Support Plan of China (Grant Nos. 2006BAC14B03, 2008BAB29B06, 2008BAB29B03), Opening Fund of Geotechnical Mechanic and Engineering Key Laboratory of the Ministry of Water Recourses of China (Grant No. G07-03), Science and Technology Support Project of China Hydropower Engineering Consulting Group Co. (Grant No. CHC-KJ-2007-02), Special Scientific Research Fund of Doctor Subjects of Colleges and Universities: Research on Diagnosis Method of Concrete Dam Crack Transferring     

初始地下水对浅层边坡降雨入渗及稳定性影响

浙江省山地丘陵地区浅层边坡土层大多存在稳定的初始地下水,从而导致土体含水率分布复杂、降雨入渗和稳定性分析难度大。为此,根据土体非饱和特性确定考虑初始地下水影响的坡体含水率指数分布模型,根据雨强与土体饱和渗透系数的对比关系将降雨分为弱降雨和强降雨两类工况,基于Green-Ampt入渗模型及水量平衡原理推导考虑初始地下水影响的浅层边坡降雨入渗物理方程解析解;结合浅层无限边坡模型,分析考虑初始地下水影响的浅层边坡在降雨作用下的稳定性;当假定坡体含水率均匀分布时,改进模型可近似退化为传统模型;当坡体含水率呈指数分布时,通过数值模拟验证改进模型的有效性。结果表明：当浅层边坡基岩上部土层存在初始地下水时,降雨导致的失稳将发生在基岩面处,且失稳时间早于传统模型的预测结果;弱降雨工况下,雨强提高导致边坡触发失稳的时间呈近指数关系快速缩短;强降雨工况下,当不考虑坡面径流对入渗的促进作用时,雨强提高导致边坡触发失稳时间缩短,速度趋于平缓。     

Mechanism of action of cracks water on rock landslide in rainfall

In worldwide, the most common triggering factor of rock landslides is extended and intense rainfall. However, different from the soil slope failure caused by softening action of infiltration rainwater, the mechanism of rock landslide in rainfall is not clear. From the view of fracture mechanics, the propagation of cracks on rock slope and the development of sliding surface were researched. Then based on hydraulics formulas and using Sweden arc method, the influence of crack water on stability of rock slope was quantitatively studied. Finally, an example was given to check the theoretical approach. The result shows that the development of sliding surface of rock slope is mainly caused by crack propagation under hydrostatic pressure when the stress intensity factor K _I at crack tip is bigger than the toughness index of rock fractures K _IC, and the failure of slope is the result of hydraulic action of crack water and the softening of materials on sliding surface when the depth of crack water is bigger than a minimum value h _min.     

考虑降雨影响的路堑高边坡变形监测点优化布置研究

为了研究降雨对边坡变形和监测点布置的影响,运用有限差分-强度折减法计算边坡在不同折减系数及降雨强度下的变形,通过灰色理论分析获得边坡拟监测点变形与折减系数的关联度,实现边坡变形监测布置优化,并结合实际工程制订监测点优化布置方案。结果表明:降雨作用更易导致边坡发生浅层破坏;灰色关联度应用于工程中监测点的布设,避开了不必要的监测点,使得监测数据更有利于指导预警工作。     

考虑非饱和黄土基质吸力影响的隧道病害分析

为深入分析非饱和黄土基质吸力变化与隧道病害之间的内在联系,结合大有山隧道的工程实例,利用非饱和黄土数学模型分析、等围压变吸力剪切试验、现场监测等手段对非饱和黄土基质吸力的变化规律及其对隧道支护力、塑性区的影响进行研究.结果表明:非饱和黄土基质吸力随着含水量的增加而减小时,隧道内部所需支护力则随之增大,塑性区半径也随之增大;由于受地表水下渗影响,大有山隧道周围土体基质吸力减小,导致其发生拱顶下沉、塌方及衬砌开裂等病害;大有山隧道病害治理的首要任务在于保持隧道排水系统的顺畅,并做好地表水的堵、截及隧道洞身的防水.     

水库滑坡灾害致灾机理及防控技术研究与展望

随着中国高坝大库水利水电工程的相继运行,水库滑坡灾害已成为影响工程运行稳定和威胁沿岸人民生命财产安全的重大隐患,提升其综合防控能力是国家重大需求。水库滑坡是一个复杂的地质综合体,其变形破坏过程不仅与滑坡所在区域的地质条件特性相关,更取决于诱发因素如降雨、库水位变动等动态作用的影响,从开始孕育变形到最终失稳破坏一般需经历较长的历时,是一个不断累积发展的过程,不仅涉及降雨入渗与库水影响的时空叠加作用,更涉及多因素耦合下的渐进破坏机制,其致灾机理与防控难度极高。本文结合大量现场调查、室内外试验和数值模拟,总结了库区地质、水文等条件对于滑坡易感性及空间分布的影响规律,揭示了强降雨、库水位变动及多因素叠加作用下水库滑坡的累积灾变失稳机理;建立了离散元模型与流体力学模型（DEM-SPH）耦合的滑坡-涌浪模拟技术,能够较好地揭示高速滑坡体入河与水流的强碰撞及涌浪的非线性传播过程,可为滑坡致灾影响范围及应急避险方案制定提供科学依据;构建了无人机-3维激光扫描空地数据融合的大范围水库滑坡3维变形演化监测技术,并归纳总结了水库滑坡的综合治理技术。此外,针对多因素驱动下水库滑坡复杂致灾机理及防控技术方面的研究不足和局限性,展望了水库滑坡在灾变累积失稳与稳定评价、多源融合监测与智能预警、滑坡-涌浪流固耦合模拟与致灾影响评估、生态措施-支护结构联合治理技术方面的未来发展方向,期望为水库滑坡灾害防控减灾研究提供借鉴。     

金沙江结合带巴塘段滑坡群InSAR探测识别与形变特征

金沙江结合带结构破碎,软弱岩层发育,流域性特大高位地质灾害频繁发生。针对该区域开展大范围滑坡调查与监测研究,对减灾防灾具有重要意义。以金沙江结合带巴塘段为试验区,采用堆叠InSAR技术分别利用升轨、降轨Sentinel-1A卫星数据对该区域滑坡隐患开展了调查研究。在此基础上,以中心绒乡滑坡群为重点研究区,利用多维小基线子集技术获取了区域二维形变速率(水平东西向和垂直向)及二维时间序列结果。通过对4处典型滑坡体的形变时间序列结果进行分析,发现在两年时间段内安里克米滑坡、仁娘村滑坡、贡伙村滑坡1和贡伙村滑坡2水平方向累积位移量分别达到44.3、-26.6、65.3和-77.1 mm,垂直向累积位移量分别达到-30.2、-88.3、-80.9和-56.9 mm,且这4处滑坡呈现缓慢蠕滑变形趋势。通过对贡伙村滑坡2的形变监测二维时间序列与降雨数据分析发现,强降雨对滑坡变形有一定短暂影响。由于滑坡群处于地质条件脆弱地区,构造活动强烈,在强降雨条件下极易导致滑坡失稳,建议对其进行持续监测,同时该研究成果对流域内其他区域的滑坡调查与监测研究具有参考意义。     

SCGM(1, m )c model with time-lag and its application in deformation analysis

Originated in the early 1990s, SCGM(1,m)_c model has enjoyed widespread application in the fields of urban planning, society economy prediction and modal control in recent years. However, none of these applications have taken account of time-lag effects in the modeling process. Aiming at overcoming the defect, the authors introduced time-lag items into SCGM(1,m)_c model and developed a SCGM(1,m)_c model with time-lag, then discusses in detail some principal problems in the model, such as parameters estimation, model verifying, model prediction, etc. The model was used on a real slope monitoring project and compared with the conventional SCGM(1,m)_c model. The results show an improvement of average models precision from 1.321 to 0.238 and total average of relative prediction errors from 12.41% to 7.98% when the modeling data length ranges from 29 to 48 in the slope monitoring case. Foundation item: The National Natural Science Foundation of China(No. 49774209) Biography of the first author: LI Zhi-wei, doctoral student, born in Aug. 1974, majoring in surveying data processing, synthetic aperture radar interferometry.     

降雨条件下坡积土边坡暂态饱和区形成机理及分布规律

降雨是引起坡积土边坡失稳的最常见外部因素之一。雨水的入渗在引起土体抗剪强度参数降低的同时,还将导致土体重度的增加、基质吸力的降低,最终造成边坡的失稳。开展雨水在边坡内部的渗流过程研究已成为分析边坡在降雨条件下稳定性的前提。基于有限元数值模拟方法,进行了雨水在土体中渗流过程的模拟,着眼于降雨条件下边坡暂态饱和区的形成、分布及消散特征,描述了该过程中边坡内部含水率、基质吸力、水力梯度的变化规律。结果表明：暂态饱和区形成的主要原因是土体中向湿润锋下方渗出的雨水量小于降雨入渗补给量,从而使得土体中的含水率累积升高;暂态饱和区的形成与降雨强度、降雨时间具有十分密切的关系,暂态饱和区形成时间、雨水入渗深度、土体表面体积含水率大小分别与降雨强度存在函数关系;清晰描述了暂态饱和区形成发展消散地下水位升高的全过程,从该过程看,边坡排水措施的设计值得思考。