滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率预警判据研究

 预测预警是国际滑坡灾害研究的热点与难点,目前滑坡不同变形阶段历时与变形速率临界值方面的研究存在不足。为深入探索滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率预警判据,将滑坡变形演化过程划分为初始变形、匀速变形、加速变形和急剧变形4个阶段,基于滑坡数据库信息,采用统计分析方法研究滑坡不同变形阶段历时特征及其与不同影响因素的相关性、总结不同变形阶段裂缝发展及宏观特征、分析不同变形阶段滑坡位移速率预警判据。通过研究发现：(1) 滑坡加速变形阶段历时18 ～1 080 d,接近一半的滑坡加速阶段历时位于区间30～90 d;绝大部分滑坡急剧变形阶段历时小于30 d。(2) 滑坡破坏模式、滑体方量、滑面类型与滑坡变形阶段历时相关,其中滑面类型与变形阶段历时的关系最为密切,滑面为硬性结构时滑坡加速与急剧变形阶段历时较短,滑面为软弱层面时加速与急剧变形阶段历时较长。(3) 滑坡进入加速变形阶段时裂缝最大宽度为1～50 cm,进入急剧变形阶段时最大裂缝宽度为4～126 cm,其中土质滑坡与堆积体滑坡临界裂缝宽度较大,岩质滑坡临界裂缝宽度相对较小。(4) 滑坡进入急剧变形阶段位移临界速率一般不超过50 mm/d,倾倒型滑坡速率临界值相对较大,软弱滑动面滑坡该位移速率临界值较硬性滑动面滑坡大。(5) 各种滑坡进入加速变形阶段的位移速率均不大,此速率值与破坏模式关系密切。破坏模式为滑动破坏的滑坡该位移速率阈值基本都不超过4 mm/d,倾倒破坏或崩塌破坏的滑坡该阈值稍大,一般大于4 mm/d。     

堆积体滑坡滑带启动变形分析

根据钻孔倾斜仪深部变形监测资料,研究了清江水布垭工程堆积体滑坡滑带的变形机制。发现滑坡的变形起源于滑带的主滑面;然后自下(盘)而上(盘)依次缓慢发展,滑带中的各点自变形启动到变形峰值历时13～28月不等。变形-时间曲线可分成两种类型,其一有匀速、加速、减速、稳定4个阶段,其二没有加速阶段,只有上述其余的3个阶段。变形发展的各个阶段与施工开挖和滑坡加固过程有关,并随滑坡开挖,变形启动和发展;随滑坡加固,变形受阻和逐步趋于稳定。根据上面提出的变形传播特性,提出滑带上盘变形加速启动预警标准,这种标准使预警的变形阶段可控,对监控滑坡安全有重要意义。     

P/G类建筑织物膜材双轴剪切试验及力学特性分析

为测试建筑织物膜材的力学特性,对4种建筑织物膜材进行了双轴剪切试验,得到其剪应力-剪应变曲线、残余剪应变、滞回环面积和剪切模量.分析结果表明:每个应力阶段的第1次循环G类膜材均会产生明显的塑性剪切变形,P类膜材以弹性变形为主;随着循环次数的增加,建筑织物膜材的剪应力-剪应变曲线的加载上升段线性特征增强,加载段斜率逐渐增大;剪应力由正变负后,建筑织物膜材的残余剪应变、滞回环面积和加载段斜率有所差异;考虑加载全周期计算得到的剪切模量比仅考虑各应力阶段的最后1个周期计算得到的剪切模量小;4种建筑织物膜材剪切模量为FGT 800FGT 600F 1202F 1002.     

滑坡速度倒数法预测模型加速开始点识别及临滑时间预测研究

对矿山或自然土质和岩质边坡而言,大多数滑坡预报都是基于边坡变形三阶段蠕变理论,并根据临滑前加速变形阶段即开始加速点(onset of acceleration,OOA)之后的位移进行滑坡时间预测研究。在分析S-SAR型边坡雷达连续监测的位移后,发现以OOA作为速度倒数法(inverse velocity method,INV)分析的开始点(starting point,SP),所预测的滑坡时间具有一定滞后性。基于变形速度随机变量在斜坡处于匀速变形阶段时服从正态分布特征,提出一种应用正态分布置信区间来动态识别SP位置的方法。通过将S-t坐标系统一量纲后转换成T-t坐标系,建立一种T-lgt的滑坡时间预测模型,此模型应用SP位置后的位移数据可以效提高滑坡预测时间准确性。     

基于深部位移的蠕滑型滑坡预警指标及预警预报研究

将动能、动能变化率用作为基于深部位移的滑坡预警指标,依托大量滑坡的深部位移监测数据,分析滑坡演化过程中累积位移–深度曲线、不同深度处位移速率、动能、动能变化率的变化特征和规律,构建滑坡不同演化变形阶段的辨识方法。研究结果表明:滑动面以上不同深度处的位移速率数值虽不同,但随时间的变化规律基本一致;滑坡由匀速变形阶段进入加速变形阶段过程中,动能变化率由零增加为较大的正值;临滑变形阶段,动能、动能变化率骤然剧增的特征更加显著;所建立的动能和动能变化率预警指标能够精细地识别出滑坡所处的变形阶段,减小因降雨、人工活动等外界因素常导致的误判率;通过基于深部位移的预警指标变化特征可以更好地识别出蠕滑型滑坡的变形阶段。     

锰钢U形限位器承载力试验及弹塑性回归分析

针对隔震建筑和桥梁结构对限位器的需求,提出了一种锰钢U形限位器,依据限位器平直段臂长、半圆弧段半径、钢板厚度以及宽度的不同,设计了68种限位器,进行了静力加载试验。试验结果表明,对于钢板厚度与半圆弧直径比值大于0.05的限位器,进入屈服后可能发生断裂,设计限位器时应对该比值进行控制。参照限位器弹性阶段计算公式的形式,针对式中各参量的指数和系数进行多元非线性回归分析,给出了限位器的屈服荷载、弹性变形限值和弹性刚度的计算式;根据限位器屈服以后的刚度-变形曲线,通过指数回归,给出了限位器在塑性阶段的割线刚度计算式,并给出了其适用范围。根据弹性刚度和塑性割线刚度,给出了限位器的荷载-变形关系式,该公式计算曲线与试验曲线吻合较好。     

三峡库区堆积层滑坡变形破坏演变机理

滑坡的蠕变破坏演化机理指在滑坡各种诱发因素作用下,显示滑坡的发生、变形、破坏的全过程与时空规律。该文从宏观观测、监测数据与数值计算三个方面分析研究了滑坡演化机理,提出了相应的滑坡阶段划分及其评价指标。重点是应用有限元极限分析法和黏弹塑性模型,给出了滑坡监测点的位移-时间曲线;直观显示了滑面的受力、变形到破坏的全过程;通过计算位移-时间曲线与监测位移-时间曲线的对比,给出了滑坡不同时刻的实时稳定安全系数,由此可确定滑坡已经进入哪一阶段,并获得滑坡的临滑时间及预测最终滑动时间,为滑坡的预报预警提供可靠依据。从而使滑坡演化机理的认识提升到可视的、定量的、可预测的阶段。     

三轴应力下塑性混凝土应力应变关系试验研究

通过4组塑性混凝土的单轴和常规三轴压缩应力应变全曲线试验,研究了三轴应力下塑性混凝土应力应变关系.结果表明：在围压作用下,塑性混凝土轴向应力应变曲线与单轴压缩下的曲线差别明显,主要表现为直线上升段很短,曲线上升段较长,无明显峰值点,下降段较平缓.利用割线模量表征塑性混凝土三轴应力下应力应变曲线上升段的主要变形特征,分析了影响割线模量的主要因素,建立了割线模量与围压、单轴抗压强度和弹性模量之间的关系式.研究了塑性混凝土三轴应力下峰值应变随围压、单轴应力下抗压强度及峰值应变的变化规律,并建立了相应的关系式.全面分析了塑性混凝土单轴及三轴作用下应力应变曲线特征,通过归一化处理后,拟合出常规三轴应力下塑性混凝土轴向应力应变关系式.     

基于Kalman滤波融合算法的库区滑坡动态变形监测综合信息提取

 为了消除和减小滑坡变形多点监测中的误差,正确评价滑坡体的工程地质特性及其时效性,采用基于Kalman滤波的决策级融合方法对西南某滑坡变形进行动态分析。在融合监测年间的水平位移和垂直位移数据的基础上,综合判断滑坡体的依时性工程特性。融合结果表明该滑坡体先后经历缓慢变形期、匀速变形期、加速变形期和急剧变形期,表明该滑坡体具有阶段性变化的特点,且降雨入渗是诱发该滑坡发生位移变形的主要因素,结果符合滑坡体变形特征的自然规律。同时修正了传统方法不考虑传感器自身因素的局限性,合理利用融合方法的互补性,消除了部分传感器采集数据的模糊性、不确定性和随机性,证明该方法在滑坡动态变形监测与分析中具有有效性和可行性。     

岩石弹黏塑性流变试验和非线性流变模型研究

采用分级增量循环加卸载和单级加载方式,对金川有色金属公司 III 矿区二辉橄榄岩试样进行弹黏塑性流变试验,在对流变试验数据进行深入分析基础上,详细研究该类岩石各蠕变阶段非线性黏弹塑性变形特性,将衰减蠕变曲线分离为黏弹性分量与黏塑性分量,研究各衰减蠕变变形分量的非线性特征,建立定常流动速率及加速蠕变率的应力、时间的拟合函数.根据不同应力水平下的加、卸载蠕变试验曲线,提出由瞬弹性Hooke体、黏弹塑性村山体、黏塑性改进Bingham体串联而成的新的岩石非线性弹黏塑性流变模型,对模型参数辩识,提出非线性元件参数的确定方法.该流变模型具有两个屈服极限且流变元件参数是关于应力和时间的拟合函数,考虑了衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段的非线性特征,能反映不同应力水平下岩石流变规律,尤其能较合理地模拟岩石加速蠕变,从理论上给出非线性弹黏塑性流变模型的松驰方程和三维蠕变方程.利用不同应力水平下岩石蠕变全程试验曲线,对提出的非线性弹黏塑性流变模型进行充分验证.试验曲线与非线性流变模型理论曲线较吻合,显示所建非线性弹黏塑性流变模型的正确性与合理性.