基于JKR-Cohesion模型的湿颗粒松散堆积体滑坡模拟分析

为深入研究湿颗粒松散堆积体滑坡的运动特征,提出采用JKR-Cohesion模型模拟湿颗粒堆积体的运动行为。基于离散单元法(DEM)建立了三维松散堆积体滑坡水槽模型,模拟堆积体整个运移过程,并将计算结果与干燥颗粒堆积体运动结果进行对比。计算结果表明:湿颗粒松散堆积体的运动受水的粘附力影响很大,相对于干燥颗粒,运动速度最大值更小,运动时间更短,且大部分颗粒堆积在坡面上;湿颗粒堆积体在运动过程中解体为小团体单独运动,而干燥颗粒运动连续性好,运动距离更远。提出的方法对于含水堆土的滑坡模拟有一定借鉴作用。     

基于DEM的碎屑流运动特性数值模拟

采用颗粒离散元法建立了碎屑流三维数值模型,分别从整体和局部对碎屑流运动特性进行深入分析。结果表明:碎屑流的运动过程可分为启动加速、高速滑动和减速堆积3个阶段;边坡底面平整时,堆积体中大颗粒堆积在表面,而细小颗粒位于中下部位;碎屑流运动速度和能量损失受颗粒间的接触碰撞影响大;碎屑流不同部位运动速度最大值相同,达到速度峰值的时间与颗粒的初始水平位置有关,与深度无关;堆积体分区明显,堆积体中的颗粒按初始水平位置依次排布;坡脚位置堆积深度最大,往两侧逐渐减小;碎屑流在运动初期和末期横向运动明显,扩大了灾害影响范围。     

白格滑坡-碎屑流堆积体颗粒识别与分析

受到滑坡-碎屑流灾害瞬时性及致灾性极强的影响,滑坡-碎屑流灾害往往极难直接观察研究。对其堆积体颗粒的研究是滑坡-碎屑流研究极好的切入点。为方便快捷的统计分析堆积体颗粒粒径分布,采用无人机航拍与图像识别技术相结合的方式获取堆积体粒径数据,并将PCAS软件运用于堆积体粒径识别,并提出"无人机航拍-PCAS图像识别"的粒径分析工作方法。以2018年11月3日发生的白格滑坡-碎屑流为研究案例,对滑坡-碎屑流堆积体粒度分布进行统计分析。结果显示:(1)PCAS软件能有效识别堆积体颗粒粒径;(2)堆积体中小粒径占了绝大多数,随滑坡-碎屑流运动距离增加,小粒径含量增加,且大粒径出现"双峰"现象;(3)白格滑坡斜坡堆积面密度与斜坡坡度之间存在一定关系,并推导建立了其关系的经验公式;(4)堆积体形态特征参数的变化能侧面反应滑坡-碎屑流的运动过程及运动特性。对白格滑坡-碎屑流堆积体颗粒的研究结果表明,PCAS软件应用于堆积体粒径统计分析是可靠的,能在滑坡-碎屑流研究领域发挥一定的作用。     

岩屑组成对高位滑坡-碎屑流运动特性影响离散元模拟研究

采用三维颗粒离散元模拟方法,对4种由不同粒径碎屑颗粒组成的岩屑滑坡运动过程进行全程数值模拟,研究了碎屑粒径组成对于岩石碎屑滑坡的运动特性影响。结果表明:碎屑颗粒粒径组成对岩石碎屑滑坡的运动总时间和达到速度最大值的时刻没有影响;物源碎屑粒径的组成对滑坡运动速度、破坏力和滑动距离影响大。粒径组成越不均匀,滑坡运动速度和破坏力越大,滑动距离也越远;碎屑流物源前缘部分是滑坡-碎屑流灾害影响范围大小的控制性因素。成果可为岩石碎屑滑坡灾害的预测和评估提供参考。     

H-M黏结接触模型在某大型岩质滑坡预测中的应用

为了探究大型岩质滑坡在运动过程中的各项特性,提出采用Hertz-Mindlin黏结接触模型模拟岩石颗粒间的相互作用,并将其用于预测某大型岩质滑坡的滑动过程,结果表明:根据滑坡运动速度分布规律,可将岩质滑坡运动过程划分为坡体失稳、加速滑动和减速堆积3个阶段;在边坡失稳阶段,滑坡体整体运动速度小,局部岩体发生坍塌掉落,这是发生大规模滑坡的前兆,应引起重视;滑坡体前部和中部运动速度大,最终堆积到河谷内,而后部坡体滑动受阻,大部分岩体堆积在上部峡谷内部,是发生二次滑坡和泥石流的物源;随着滑坡的运动,岩体结构破坏逐渐增加,岩体贯穿性裂缝出现在失稳阶段。根据滑坡的堆积特征,发现小岩块位于上游,大岩块位于下游,滑坡体往下游运动的距离更远,说明滑坡对下游影响更大。根据以上计算成果,认为将Hertz-Mindlin黏结接触模型用于岩质滑坡的模拟预测是合理的。     

三峡库区滑坡堆积体非饱和土的土——水特征研究

滑坡堆积体在自然界广泛分布,在三峡库区尤为常见。据统计,三峡库区滑坡体多为不同类型的土石混合物所组成。研究滑坡堆积体的土—水特征对三峡库区地质灾害防治与土木工程建设具有重要价值。采用室内压力板试验仪,重点分析碎石粒径大小、碎石含量、颗粒级配、干密度以及土的塑性指数对滑坡堆积体的土—水特征曲线的影响,并基于Fredlund-Xing(FX3)模型采用SPSS软件回归分析得出简便的计算三特征参数的函数。分析表明:碎石颗粒较小、碎石含量较大两因子相比干密度较小、塑性指数较小两因子对滑坡堆积体的土—水特征曲线的影响具有相同趋势。碎石级配较好的滑坡堆积体有利于脱水,进气值一般较大。非饱和滑坡堆积体的土—水特征曲线的预测方法应用简便,具有一定实用性。     

颗粒反序现象及对滑坡碎屑流冲击作用的影响

滑坡碎屑流的堆积形态、运动速度及冲击力影响着滑坡碎屑流的致灾程度。颗粒反序现象是滑坡碎屑流动力行为的典型特征,探究反序现象的成因机制、反序堆积过程中冲击力变化的主控因素是滑坡碎屑流防灾减灾工作的重要切入点。运用三维离散元素法,结合模型试验的结果,以控制粒径d_(60)为参数,探索了滑体颗粒运动过程中的反序分离对滑体的堆积形态、运动速度及冲击力的影响,并对滑坡碎屑流颗粒反序现象的成因机制进行了讨论。研究表明,滑坡碎屑流运动过程中的颗粒分选能大大增强滑体的流动性、平均速度峰值及最大冲击力,滑体最终形成反序堆积结构。对于单一粒径滑体模型,粒径为14 mm时滑体流动性最差,滑体平均速度峰值和冲击力峰值随着粒径的增大而增大;对于混合粒径滑体模型,滑体流动性、平均速度峰值和冲击力峰值随控制粒径d_(60)尺寸的增大而增大;颗粒反序现象的形成是由消散压力、振动筛分、大颗粒碰撞分离、小颗粒率先停积等因素共同作用的结果。     

贵州印江岩口滑坡过程的数值模拟分析

在对贵州印江岩口滑坡工程地质背景资料和地质条件进行详细研究的基础上,利用离散元方法建立了滑坡的计算模型,对滑坡滑动的整个过程进行了仿真模拟,着重分析了滑坡后部点、中部点和前部点滑动位移与速度的变化规律以及滑坡的堆积形态,并与实测数据进行了对比。计算结果表明,根据位移和速度的变化,可把整个滑动过程分为4个阶段:即启动加速阶段、高速运动阶段、碰撞减速阶段和缓动夯实阶段;较准确的模拟了滑坡体的灾害影响范围和堆积规模;通过对滑体不同点位移和速度的分析,进一步明确了滑坡为牵引式滑坡和不同点在速度、位移和加速度上的变化规律。研究表明,对滑坡滑动过程的数值模拟可以进一步认清滑坡滑动和转化的本质,这将为合理治理滑坡、估算滑坡体对其下方建筑物的破坏范围和冲击破坏力以及灾害的合理评价提供基本依据。     

一种改进的滑坡涌浪动力学模型

滑坡涌浪是库区最常见的自然灾害之一,为了对库区滑坡涌浪的灾害范围进行更加准确、高效的模拟,基于Sassa滑坡运动模型、COMCOT海啸模型及其开源有限差分程序、流体力学建立了流动性滑坡涌浪动力学模型。为了使模型能更好地反映滑坡涌浪的实际运动,模型考虑了滑坡涌浪的强烈耦合作用力、波浪破碎等因素对滑坡涌浪运动的影响,并通过龚家方滑坡涌浪案例验证了模型的有效性。模拟结果表明:①模拟得到滑坡的运动过程、堆积体形态、涌浪的产生、传播、爬坡与野外观测情况基本吻合;②由于岸边波能集聚,涌浪的岸边爬坡波高比河道内的波高更高;③爬坡波高在沿程递减的同时也存在波动,这与观测点的具体地形条件有关。由于模拟结果与野外观测情况相符,因此可将该模型应用于类流体滑坡涌浪的模拟,该模型的模拟结果可为类流体滑坡涌浪灾害防治工作提供参考依据。     

考虑阻力作用的碎石土滑坡涌浪数值模拟方法研究

滑坡涌浪是库区水灾害的风险来源之一,开展涌浪预测研究对提升航道安全,减小近岸洪水风险具有重要的工程应用价值,但滑坡体入水形成涌浪的动力过程十分复杂,目前对其进行准确模拟仍是棘手的问题。基于等效流体假设,将非均质的碎石土滑坡视为连续的特殊流体,通过自定义函数编写滑坡体沿滑动面运动的摩擦阻力程序,利用Realizable k-ε湍流模型与VOF法建立了碎石土滑坡涌浪数值模拟模型。研究结果表明：该方法可较好地模拟碎石土滑坡体水下运动与堆积形态,且获得的涌浪波幅精度较高;阻力模型中摩擦系数与内摩擦系数同滑坡体的变形速率分别成反比关系,而湍流阻力系数增大仅能减缓滑坡后缘的变形速率。研究成果可为定量评估碎石土滑坡涌浪灾害风险、制定库区涌浪灾害紧急避险预案提供参考。     

某水库高位散体滑坡下滑速度分析

水库滑坡涌浪是水库运行中面临的重要的灾害类型,对涌浪灾害的预测需先进行滑坡体的下滑速度分析。以某水库高位散体滑坡体为例,分别利用传统经验公式法和离散单元法(DEM)对滑坡体下滑速度进行了分析计算。结果表明,传统方法计算散体滑坡下滑速度具有局限性,DEM法计算得到不同时刻滑坡体变形破坏过程及DEM球形颗粒速度,在重力作用下失稳物质在滑坡启动时速度不大,在基岩坡面运动过程中速度不断增大,最终入水速度最大约40 m/s左右。DEM法分析滑坡变形破坏过程与滑坡体失稳运动过程定性分析基本一致,对于高位散体滑坡灾害过程分析具有优势,可以为同类工程问题提供良好的借鉴。     

降雨作用下滑坡渐进破坏概率分析与应用研究

强降雨作用通常是触发大型滑坡的主要诱因，为更好地研究降雨条件下滑坡的变形破坏机理，分析计算降雨入渗作用引起的暂态孔隙水压力、岩土容重变化及岩土抗剪强度对滑坡稳定性的影响，将模糊随机可靠性理论引入滑坡的稳定性分析中去，探讨滑坡渐进破坏的时空演化特征。首先，推导了降雨作用下考虑基质吸力作用的滑带土条块安全余度的表达式，然后，在此基础上，同时考虑滑坡土强度参数及功能函数的模糊随机性，分别计算条块的局部破坏概率、渐进破坏概率和扩展破坏概率，从本质上研究降雨作用下滑坡时空演化过程。以河南嵩县白河滑坡为例，长期持续的强降雨入渗则是其诱发的主要因素，斜坡变形破坏模式属于孔隙水压力诱发的平推式地质模式，应用模糊模糊随机可靠性理论分析了滑坡发生→发展→破坏的动态演化过程，为支护设计提供理论依据。     

金沙江永善—水富段滑坡分布规律及其形成模式

为了评估金沙江向家坝水库(永善—水富)蓄水后岸坡稳定性,同时为水库运营期地质灾害监测预警提供参考资料,以地质图、地形图、正射航空影像和SPOT-5商用卫星影像为基础资料,利用GIS平台,结合蓄水前现场调查和遥感解译方法建立滑坡数据库,利用统计学方法分析滑坡空间分布与岸坡结构、地层的关系,最后归纳了滑坡的四种形成模式。获得以下结果:(1)滑坡主要发育于新市镇以下侏罗系地层,新市镇以上滑坡分布受猰子坝断层控制;(2)缓倾外顺向层状岸坡(Ⅲ1)滑坡数量分布密度最大,斜向层状岸坡(Ⅴ)滑坡数量分布密度最小;(3)侏罗系自流井组(J2z)的滑坡点密度最大,二叠系乐平组(P2l)的滑坡面密度最大;(4)库区已有滑坡形成模式可归纳为四种:(1)倾坡外层状岩体岸坡(Ⅲ2)的切层滑动;(2)缓倾坡外层状岩体岸坡(Ⅲ1)的顺层滑动;(3)缓倾坡内层状岩体岸坡(Ⅳ1)的弧形滑动;(4)崩坡积、冲积松散层顺下伏基覆界面滑动。在向家坝水库蓄水期及运营期,应重点监测新市镇以下岸坡,尤其是缓倾外顺向层状岸坡(Ⅲ1)。     

An ISPH model for flow-like landslides and interaction with structures

An incompressible smoothed particle hydrodynamics(ISPH) model has been developed to investigate the flow-like landslide phenomena The landslide mass is idealized as rigid and perfectly-plastic material with a constant density. Unlike the widely-used explicit smoothed particle hydrodynamics(SPH) models for landslides, the Chorin's projection method is used herein to implicitly solve the normal stress via a pressure Poisson equation, leading to a realistic distribution of instantaneous stress fields free of spurious fluctuations. The capability of the model is demonstrated through three case studies, including the idealized granular flow, landslide interaction with a rigid barrier, and a historical cut-slope landslide in Hong Kong.     

地震扰动区碎石土滑坡滑动能力分析及预测

滑坡规模、形态及地形地貌条件是影响滑坡滑动能力的重要因素。在对汶川地震极震区滑坡详细调查编目的基础上,对都江堰地区51个不同形态地震滑坡的滑动能力影响因素进行了相关性分析,依据相关系数的大小识别出了影响滑坡滑动能力的主要因素。基于最小二乘法原理,采用多元线性回归方法对主要因素进行拟合,获得了研究区地震滑坡的滑动距离预测关系式。研究结果表明:影响该地区地震滑坡滑动能力的主控因素有滑坡体积、滑坡平面形态和滑坡前后缘高差;斜坡原始坡度、坡面摩擦系数和滑坡厚度与滑坡滑动距离的相关性较弱,故认为这些因素对滑坡远程滑动的贡献较少;不同几何形态滑坡的滑动能力主控因素有所差别,对不同形态地震滑坡建立了有针对性的滑动距离预测关系式。     

降雨诱发全-强风化岩边坡浅层失稳模型试验研究

以珠江－西江经济带先行试验区典型降雨诱发型滑坡为研究对象,引入流体力学相似原理以韦伯准则作为降雨相似标准,开展了3组降雨诱发滑坡全过程物理模型试验。分析了边坡对降雨入渗的响应规律、入渗过程对边坡变形的影响、边坡破坏过程与破坏模式,初步获得华南强烈风化地区降雨诱发滑坡形成机理与成灾降雨特征:①浅层岩土体风化强烈造成的高孔隙率是试验区降雨诱发滑坡的物质基础,非饱和岩土基质吸力消散是试验区降雨诱发滑坡的本质原因,降雨入渗后特定的基质势(含水率)分布是降雨诱发滑坡的条件。②降雨诱发全风化花岗岩滑坡灾害所需累积降雨量比强风化碎屑岩小,强风化碎屑岩滑坡滑动影响范围比全风化花岗岩大。③强暴雨诱发滑坡灾害所需累积降雨量比间歇性降雨小,强暴雨更易诱发滑坡,且诱发的滑坡规模更大。     

滑坡-碎屑流冲切铲刮效应的颗粒离散元模拟

滑坡-碎屑流运动沿程冲切铲刮作用对滑坡运动性态(如速度、体积、物质组成等)具有重要影响,如何更好的进行模拟是滑坡动力过程分析的重要技术难题。在室内滑坡-碎屑流物理模型试验的基础上,采用三维颗粒流程序(PFC3D)对滑坡-碎屑流运动过程中对松散基底物质的冲切铲刮效应进行数值模拟,重点分析滑坡方量和滑落高度、基底厚度和强度以及地形坡度等因素的影响。结果表明:随着滑坡方量与滑落高度的增大,铲刮能量增加、铲刮作用时间延长,从而增强了铲刮效应;基底厚度的减小与地形坡度的增加均会引起基底物质稳定性降低,从而在同等条件下更易于被冲切铲刮;颗粒离散元方法是滑坡运动模拟分析的一种有效手段,模拟结果对于更好的理解滑坡运动冲切铲刮效应具有重要意义。     

新滩滑坡形成机制与滑动特征

位于五峰暴雨区中的新滩滑坡是长江三峡大型滑坡之一。强烈上升并有活动断层通过的峡谷斜坡构成滑坡形成的特殊地质环境。上硬下软的地层组合为山体崩塌提供了有利条件。滑坡区内的几条断层构成了新滩滑坡的部分边界。断层沟谷内堆积的巨厚崩积物构成滑坡体。滑带土是坡体上细粒土在降雨的淋滤作用下通过局部“涨落”而聚集的。滑带土在上部荷载作用下产生塑性流动,滑带土强度降低,导致滑坡起动。基岩谷底形态控制了新滩滑坡的滑动过程,而且由于姜家坡前缘的应力重分布,产生了新滩段滑体内的差异运动。