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。     

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.     

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.     

降雨型堆积层滑坡的加卸载响应比特征及其预测作用与意义

应用加卸载响应比理论对长江三峡库区典型降雨型堆积层滑坡的位移失稳规律、加卸载动力学作用过程与特点等进行了系统研究，确定了该类滑坡加卸载参数及加卸载响应参数，建立了加载响应比预测模型。以新滩滑坡分析为例，运用加卸载响应比预测模型对新滩边坡关键部位监测点A3，B3进行了加卸载响应比计算，发现该两点的加卸载响应比时序曲线均在边坡失稳前发生突变，其突变时间与边坡实际失稳时间完全吻合。证明了加卸载响应比理论是可应用于中、短期预报堆积层滑坡的一种有效方法。     

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。     

蠕滑型边坡动态稳定性系数实时监测及其位移预警判据研究

 滑坡的蠕滑位移过程本质上就是滑坡岩土体的损伤变形演化过程。因此,在系统分析蠕滑型边坡不同蠕滑变形阶段的变形演化特征与损伤破坏机制基础上,运用损伤力学基本原理,探索和揭示边坡蠕滑变形与其稳定性系数的相互内在联系,确定边坡的蠕滑位移与其坡体损伤变量及其稳定性系数的定量关系,并依此建立基于边坡蠕滑位移参数确定其动态稳定性系数的方法;同时,依据位移–时序曲线切线角速率和加速率参数变化规律,研究和确定基于安全系数的边坡稳定性位移监测预警判据 和边坡安全稳定预警时间 。最后,以典型鸡鸣寺滑坡为例,运用蠕滑型边坡动态稳定性系数与位移监测预警判据,对该滑坡的稳定性演化过程进行后验分析与评价,并同时与斋藤迪孝法预测结果进行对比,其分析评价结果与该滑坡实际稳定演化规律基本吻合,表明所提出和确定的有关位移监测预警判据参数,在蠕滑型边坡的稳定性评价与预测中具有一定的实用性和有效性。     

复杂堆积层滑坡的稳定性评价方法分析与展望

滑坡的稳定性分析与评价是滑坡地质灾害防治与减灾防灾领域的基础,而其稳定性评价方法又是完成滑坡的稳定性分析与评价的前提条件.在对滑坡稳定性评价方法的国内外研究现状进行系统分析与总结基础上,针对复杂堆积层滑坡的特点,系统分析了主要传统滑坡稳定性评价方法的特点和存在的不足与局限性,依据传统极限平衡法和位移时序预测法的特点提出和建立了堆积层滑坡位移动力学评价方法,同时总结了位移动力学评价与预测方法的研究进展,对滑坡预测预报方法的研究提出了几点展望.     

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.     

降雨影响下的区域滑坡危险性动态评价研究——以三峡库区万州主城区为例

 降雨引发的滑坡具有区域性的群发效应,能够在短时间内造成大量的灾难性损失。基于此,提出一种可考虑不同降雨期影响的区域滑坡危险性评价方法。该方法以瞬态降雨入渗的区域斜坡稳定性计算模型为基础,将滑坡危险性定义为在一定持续降雨期内各栅格单元体失稳的概率。通过岩土体物理力学参数的不确定性进行各栅格单元体失稳概率的求解,继而获得区域内滑坡的危险性分布。基于ArcGIS软件开发出区域滑坡危险性动态评价工具。以三峡库区万州主城区为例,详细介绍危险性评价工具的数据处理过程以及参数选取方法,并以2种不同的降雨工况进行比较计算。现场斜坡稳定性的调查与计算结果的对比及统计分析表明：滑坡的危险性分布图与真实滑坡的稳定性情况基本一致,并在一定程度上反应了该地区斜坡稳定性的时空分布特征,测试并验证了评价工具的正确性。     

滑坡位移最大Lyapunov指数及其在滑坡预报中的应用

根据混沌理论,对滑坡在失稳过程的位移变量所具有的混沌特性以及突变性进行了深入的研究和分析,以新滩滑坡为例,计算滑坡位移失稳过程的最大Lyapunov指数,结果表明增量位移时序最大Lyapunov指数在滑坡失稳过程中出现明显增加的突变规律,且其突变时间与滑坡失稳时间相吻合,说明了滑坡位移最大Lyapunov指数是评估滑坡稳定性的一种有效混沌特性参数。     

堆积层边坡位移矢量角的形成作用机制及其与稳定性演化关系的研究

通过对堆积层边坡不同稳定性演化阶段的变形性质和基本构成的分析，发现堆积层边坡表层位移矢量角是由整体滑移矢量角、压缩位移矢量角、塑性变形位移矢量角及蠕动变形矢量角构成。且其构成比例是随着边坡的不同位置及不同稳定性演化阶段而变化。同时，对表层位移矢量角在堆积层边坡不同稳定性演化阶段的形成作用机制进行了深入分析与探讨，分别建立了堆积层边坡压缩变形阶段和塑性变形阶段的表层位移矢量角与相应位移速率及其他参数的定量关系，总结了位移矢量角在不同演化阶段及不同部位的变化规律。最后运用新滩滑坡不同演化阶段的实际位移监测资料进行了验证分析，发现新滩边坡稳定性不同，则演化阶段的坡体位移矢量角具有不同变化规律，而且这些动态变化规律与该边坡实际变形失稳阶段相吻合。     

强震作用下山区滑坡稳定临界位移分析

强震作用下滑坡产生的永久滑动位移是其稳定性的量度参数,对一个滑坡系统,地震作用产生的永久位移是一个系统的状态参量,地震瞬态动力作用变形相当于系统的随机性"涨落"因素。滑坡系统的势能是一个取决于永久位移的能反映其稳定性状态又与具体振动过程路径无关的量,临界位移值实质上对应着系统势能的突变点,如何确定临界位移值的难题可转换为寻找系统势能突变点问题。以山区地震滑坡的地质模型和力学模型为基础建立势能突变理论模型,给出失稳判据和确定临界位移的方法,并对其适用条件进行讨论,发现临界位移值与滑带的几何特征、力学特性和滑体自重相关,与具体的地震波输入等无关,但临界位移作为滑坡稳定性的判据是有条件的。同时指出促使滑体滑动的根本因素是滑体相对下部基岩的加速度惯性力作用,简单地将强震仪记录的加速度直接施加到滑体上是有待商榷的。     

基于ABAQUS数值模拟法降雨条件下的边坡稳定性分析

针对现场勘察常见的滑坡问题，文中以室内试验测定的力学参数为基础，通过ABAQUS模拟软件建立滑坡地质力学模型，研究滑坡过程中力学特性，针对天然情况以及暴雨状态下边坡的稳定性以及滑动区岩土体的位移场、塑性区进行边坡的稳定性分析。结果表明，以坡顶处位移突变和塑性区是否贯通为评价标准时，边坡稳定安全系数最贴近实际工况，降雨后的安全系数急剧下降说明边坡有必要进行支护。     

顺层震裂斜坡降雨触发灾变机制及稳定性分析——以三溪村滑坡为例

 震裂斜坡作为震后灾区潜在的高危地质灾害承载体分布广泛,尤其在雨季突发失稳的现象突出。针对该类灾害,以三溪村滑坡为例,通过现场详细调查,采用Seep模块探寻降雨作用下斜坡的水响应规律,并通过室内试验获取不同条件下的强度参数。在此基础上,对降雨触发型震裂斜坡变形破坏的机制模式进行归纳,参照滑坡所处实际情况建立相应的水力学模型,量化计算斜坡稳定性系数。研究表明：(1) 顺层震裂斜坡灾变过程可分为原始斜坡–地震损伤–蠕变弱化–降雨触发–滑坡失稳5个演化阶段。(2) 降雨是岩体形成深部裂隙、节理扩展从而切割岩体呈条块状的重要原因,同时裂隙的贯通促进了降雨入渗,导致滑带饱水软化、加速蠕变变形至失稳。(3) 降雨与震后蠕变效应的耦合作用是影响坡体稳定性的主要因素,经历前期的降雨饱水软化以及同期的蠕变累计变形,最终在暴雨形成的水动力触发下失稳破坏。研究成果为降雨型震裂斜坡稳定性机制分析及工程治理提供参考。     

降雨触发滑坡的尖点突变模型

针对降雨触发的滑坡，以斜坡平面滑动失稳为例，考虑滑面介质的应变软化和水致弱化性质，提出了一个简单的力学模型，并运用突变理论分析其失稳的力学机制，在突变分析中，通过尖点突变模型，详细讨论了刚度比，含水量，几何－力学参数等因素对滑坡孕育和触发过程的影响。结果表明：斜坡演化过程是其内部因素和外部因素共同作用的结果，其中内部因素起主导的定性作用，外部因素起触发作用。通过突变分析发现，一个完整的滑坡孕育演化过程包括5个阶段：稳定－减速滑动－匀速滑动－加速滑动－剧源。从整体上深化了对斜坡失稳机理的认识。     

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.     

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。     

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。     

乌蒙山区红层软岩滑坡地质演化及灾变过程离心机模型试验研究

乌蒙山区由砂岩、泥岩、页岩等组成的缓倾角红层软岩分布广泛,软质岩石与硬质岩石形成的互层状结构体易形成滑坡。针对该类滑坡,以花生地滑坡为例,采用地质分析与离心机模型试验相结合的方法,对降雨作用下滑坡地质演化和灾变过程进行研究。研究表明,红层软岩具有易软化蠕滑,风化崩解等地质力学特性。岩体损伤与水软化效应耦合作用是影响红层软岩斜坡稳定性主要因素,斜坡岩体受地震、河谷下切等地质作用产生深部裂隙,同时裂隙的贯通促进降雨入渗,导致滑带饱水软化、加速蠕变变形至失稳。最终在暴雨形成水动力失稳破坏。滑坡地质演化和灾变过程可分为原始斜坡→岩体损伤劣化→水软化蠕滑→降雨诱发失稳破坏4个阶段。研究成果为降雨型红层软岩斜坡稳定性机制分析及工程治理提供参考。     

三峡库区堆积层滑坡降雨敏感性分析——以万州塘角2号滑坡为例

堆积层滑坡是三峡库区中常见的一类滑坡,大气降雨是滑坡产生的诱发因素。不同的滑坡体因其工程地质条件不同而表现出不同的对降雨敏感性的动态响应规律。本文以三峡库区万州塘角2号滑坡为例,分析其岩土体介质物理力学基本特征、变形破坏机理,在此基础上,采用MSARAM法边坡稳定性计算程序,分析了大气降雨对滑坡稳定性的敏感性问题。研究表明,。在强降雨等诱发因素作用下,稳定性将明显降低,当库区正常蓄水位175m时,该滑坡的启动降雨强度为20mm/d,当库区低水位145m运行时,启动降雨强度为50mm/d。滑坡的防治措施应注重降雨和库水位等诱发因素的影响。