厚层堆积层震裂斜坡变形特征及破坏机制——以小金县某震裂不稳定斜坡为例

“5.12”汶川特大地震形成了震区大量的震裂不稳定斜坡,其中绝大部分发生在厚层堆积层斜坡中,这类次生地质灾害有着特殊的力学破坏机制.以小金县某不稳定斜坡为例,研究了高程、地形坡度、岩土体结构条件等对斜坡动力响应的影响,初步分析了厚层堆积层震裂斜坡的变形特征及破坏机制.认为,在地震动力作用下厚层堆积物斜坡往往出现潜在多级滑动面的现象,且破裂面多沿着堆积层中某些曲面发生滑动破坏,这与地震瞬间拉张破坏在斜坡体中产生的震裂缝深度和延伸有关.总的来说,震裂不稳定斜坡的失稳可以认为是地震使边坡岩土体力学参数降低、震后地下水的软化共同作用下累计破坏的结果.     

不同地下水位碎石土斜坡对震动的差异性动力响应

基于室内小型振动台试验研究不同地下水位碎石土斜坡动力响应规律及变形破坏特征,对边坡的工程抗震设计有参考作用。结果表明,地下水具有一定的减震作用。有地下水边坡中下部的水平及竖直加速度峰值表现出局部高程减弱的趋势,边坡上部的水平及竖直向加速度峰值表现出高程放大的趋势。输入相同振动强度条件下,随着地下水位的增加,动力响应减弱区域增大,减震能力增强;地下水位越高,边坡顶部加速度放大系数越小。无地下水斜坡变形破坏主要发生在坡顶;有地下水斜坡变形破坏主要发生在坡脚。地下水位及振动强度的增加,加剧坡脚破坏的程度。     

地震作用下边坡及不利地质体的动力特征

深切谷坡浅表部卸荷裂隙发育,风化强烈,致使浅表层介质性质出现差异,成为非连续介质,地震动力响应由此变得复杂。根据青川地震监测数据分析线型坡及山坳处的地震动力响应特征,并结合适用于分析岩质边坡运动过程的不连续变形分析方法(DDA),对不同岩质边坡及岩体中出现节理和软弱夹层等不利地质体时的动力特征进行分析,揭示在一定高程下线型坡上地震波加速度随高程增加而增大,且垂直山脊方向的地震波峰值加速度放大系数大于沿山脊方向,最大可达3.12倍;山坳处的地震波加速度较谷底会出现一定程度的衰减。同一规模边坡,岩质越硬加速度放大系数越大;当边坡中存在节理及软弱夹层时,地震波传播会受到反射和透射的影响,从而影响边坡的动力响应特征。分析表明,岩体弹模较大时,节理对地震波传播的透射作用较强,且节理间距与输入波长的比值小于临界值时,其比值越大,节理对地震波的透射作用越强;岩体分界面下部岩性较上部岩性硬时,随着两种岩性弹模差别增大,透射波峰值加速度降低越明显,而反之分界面以下岩性较上部软时,随着两种岩性弹模差值越大,透射波加速度放大越显著;软弱夹层厚度以及其与周围岩体波阻抗比较大时,地震波经过软弱夹层时的透射系数较小。     

金龙山地区斜坡滑动优势面分析

据优势面分析原理和方法,对金龙山地区斜坡各种结构面所作的优势面分析结果显示:浅层强风化岩体中顺坡向剪切裂隙,是控制浅层顺层滑坡发生发展的滑动优势面;深层弱风化岩体中粘土岩风化软弱夹层、斜坡上段拉张裂隙与斜坡下段顺坡向剪切裂隙三者相组合,是控制深层顺层滑坡发生的滑动优势面。当地受滑动优势面控制的滑坡变形破坏模式有:浅层为蠕滑—拉裂,深层为滑移—弯曲。     

土质边坡中部与顶部抗滑桩动力响应和边坡变形比较

地震作用及其诱发的变形或滑坡常会使抗滑桩受力发生显著变化,为此,研究了地震作用下不同加固位置的抗滑桩的动力响应和边坡变形情况.试验分析表明:中桩位边坡坡顶变形比高桩位边坡坡顶变形大,但中桩位边坡坡脚堆积变形比高桩位边坡坡脚变形较小;在同样条件下中桩位抗滑桩的静力、动力弯矩小于高桩位抗滑桩相应位置的弯矩;地震结束后由于坡体震动残余变形较大,抗滑桩最终承担着震后残余弯矩,但高桩位抗滑桩的承载能力在震后仍然发挥较大.研究结果表明:高桩位加固位置可以有效发挥抗滑桩的抗弯承载能力,但中桩位可以有效抑制坡底坡脚变形.     

层状结构岩体顺层斜坡滑移-弯曲失稳计算探讨

中-陡倾顺层斜坡在下端被阻挡及嵌固时可能产生滑移-弯曲型结构变形与屈曲失稳,但以前失稳分析采用的力学模型的边界条件及变形形态对地质原型的符合性较为不足。因顺层斜坡上部平直段与下部屈曲段是一个连续的整体,弯曲段边界条件及变形形态的合理对正确建立挠曲线方程和临界屈曲失稳分析均非常重要。在分析了顺层斜坡地质原型变形形态的基础上,由考虑自重的阻滑端固定的斜置等厚弹性板梁模型,提出了以地质原型变形形态抽象出相应边界条件的分析方法,及理论上求解挠曲线的适定三阶微分方程。鉴于弯曲段长度可现场测知,以所分析的边界条件拟定了简便合理的、曲线形态能较好反映地质原型变形形态的多项式近似挠曲线。通过势能泛函的平衡稳定判断方法,滑移-弯曲破坏的临界条件得到确定,失稳临界弯曲长度计算式较符合工程实际。     

西藏俄拉村滑坡地震动态响应失稳过程

为了研究岩浆岩质边坡在地震作用下的动力响应特征和失稳过程,以西藏俄拉村滑坡为原型建立离散元数值模型,通过输入实测地震动数据,研究该斜坡在地震作用下的动力响应特征和失稳破坏过程。模拟结果表明:(1)俄拉村滑坡失稳过程为:震动拉裂-剪切阶段→"锁固段"剪断贯通阶段→堆积掩埋夯实阶段;(2)水平向地震加速度PGA具有高程放大效应,且在相同高程坡面PGA放大系数较坡体内部大,坡形转折处和坡体凸出部位的放大效应也表现为坡面较坡内显著;(3)水平向地震加速度PGA值自坡体内部向外表现为时而增大、时而减小的节律性规律。研究结果可为岩浆岩质边坡在地震作用下的失稳模式提供依据。     

鬼招手滑坡的特征及失稳机制

鬼招手滑坡位于“5·12”汶川地震极重灾区彭州市内,是地震4a后暴雨诱发的高速滑坡.剖析了主滑体和堆积区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的特征;分析了影响该边坡稳定性并诱发滑坡的6大因素,包括地层岩性、河流及泥石流冲刷掏蚀坡脚、暴雨及雨水下渗、断裂及“5.12”汶川地震、地貌、人类工程活动,其中持续暴雨是滑坡主要诱发因素;计算了主滑体抛射初速度为40.41 m/s,运动距离为137m,定义了主滑体的破坏模式为滑移-抛射模式;总结了滑坡的破坏过程,分为坡体累积破坏、坡体启动、坡体运动、坡体堆积稳定4个阶段;对比分析了暴雨和地震诱发的高速滑坡的不同之处,对于地震灾区的防灾减灾工作具有一定参考价值.     

广东和平县东山岭滑坡特征及防治对策

根据现场工程地质调查结果,深入分析了东山岭滑坡的自然地质环境条件、空间分布形态和变形破坏特征,探讨了东山岭滑坡的形成原因,并采用滑坡剩余推力传递法对东山岭滑坡在不同工况下的稳定性进行了计算和评价。研究结果表明,东山岭一带高陡的山体斜坡地形和结构松散的厚层风化残坡积土是形成滑坡的内因,人工切坡和强降雨作用是东山岭滑坡活动的主要诱发因素。依据东山岭滑坡的稳定状态和发展趋势,提出了"削坡卸荷和筑坝填土"的滑坡治理工程方案治理东山岭滑坡。     

金沙江某水电站左坝肩岩体双面倾倒形成机制

倾倒变形是层状边坡的一种主要变形破坏形式,在以往研究中,单面倾倒已研究较多而双面倾倒尚无研究成果。在充分研究金沙江某水电站左坝肩岩体双面倾倒变形特征基础上,对其形成机制进行了地质分析和数值模拟,揭示了双面倾倒岩体主要是在二次应力场作用下岩体沿片理面产生剪切错动、滑移、拉裂从而岩体产生弯曲或折断而形成的。其中顺倾边坡的倾倒变形始于坡脚,并以"滑移-倾倒"式逐渐向坡后发展,其倾倒扩展速率及倾倒深度明显小于反倾边坡;而反倾边坡初始倾倒位置不一定在坡脚,而是始于其最有利倾倒位置,该位置受初始坡形、所受应力及岩性组合等因素控制,并用数值模拟揭示了该水电站边坡初始倾倒位置在距坡脚约1/3坡高处,此后,当岩层倾角足够陡时,在该初始倾倒位置的上部岩层可表现出一定的"滑移-倾倒"性质,而该位置下部岩层则总是表现出"压致型"倾倒特征;无论顺倾还是反倾边坡,倾倒变形速率有从坡体中部附近向两端递减的趋势。     

西北某坝肩变形体成因机制的离散元数值模拟

通过对西北某坝肩边坡勘探平硐的现场调查,综合分析边坡的基本特征、岩体结构特征、坡体结构特征、变形破坏特征,认为坡体为形成年代比较久远的变形体,在自重的作用下坡体发生缓慢的变形,地震的作用加速了坡体的变形,从而形成了现今的变形体,但坡体未发生整体的失稳。由于坡体变形年代比较久远,故采用离散元数值模拟对其成因机制进行研究。研究结果表明:自重作用下坡体有沿缓倾坡外层面缓慢滑移变形的趋势,在地震荷载的作用下最终诱发边坡发生比较大的变形。坡体在变形过程中经历了启动、高速变形和自稳3个阶段,在启动阶段坡肩位置首先出现拉张裂缝,然后坡体中部出现变形,最后坡脚位置剪出。通过坡体中监测点加速度、速度的研究发现随着高程的增加坡体的加速度、速度放大系数明显增加。     

皂角沱崩塌形成机制数值模拟

以位于"5·12"汶川大地震震中区的皂角沱崩塌为研究对象,通过对崩塌所处的自然地理、工程地质环境进行野外调查,分析崩塌的发育特征;采用不连续变形分析软件DDA,对坡体失稳崩塌的全过程进行模拟研究。结果表明,斜坡地形放大效应在震中区是客观存在的,具倾向坡外的陡倾控制性结构面的高陡突出地形对地震波具有明显的放大作用。该坡体崩塌失稳模式为:峰值加速度放大→增加的振幅迫使岩体沿陡倾坡外的控制性结构面迅速拉裂→沿滑动面发生崩滑→高速脱离滑源区→巨大的势能和动能驱动块体做长距离运动。通过数值模拟可知,随着斜坡坡高的增大,地震加速度和速度无论是在水平向,还是在竖直向均存在放大效应,但是水平向的放大效应较竖直向更明显;结构面监测点的加速度和速度放大系数相比稳定的坡体要大得多,地震袭来,当遇到陡倾坡外的不连续结构面时,斜坡动力响应强烈,最终危岩体沿控制性结构面发生崩滑破坏。     

地震作用诱发老滑坡复活机制的数值模拟

甘肃省白龙江流域某大型顺层岩质滑坡经"滑移-拉裂-剪断"而形成,天然状态下基本稳定。在经历"5·12"汶川特大地震发生后,此滑坡有明显的局部复活迹象,可见于滑坡后缘出现连续贯通的拉裂缝。以该滑坡在地震响应下的局部复活为例,以滑坡所处的区域地质条件为基础,对滑坡受地震响应导致局部复活的现象、特征,利用Geo Studio软件动力响应Quake模块,对该滑坡局部复活机制进行模拟研究。结果表明:地震响应下滑坡变形破坏受地质条件和地形坡度的影响显著,同一地震波,相对于基岩,滑坡体对地震波具有明显的放大效应。这为合理地解释在"5·12"汶川特大地震作用下该滑坡局部复活原因提供了理论依据。     

降雨引起的两类不同浅层滑坡稳定性的计算模型——与“浅层黄土滑坡易发性评价：以晋西黄土区蔡家川农地小流域为例”一文商榷

在“浅层黄土滑坡易发性评价：以晋西黄土区蔡家川农地小流域为例”一文中,采用SHALSTAB模型评价降雨引起的黄土斜坡浅层滑移稳定性。该模型是将降雨引起的斜坡水文模型和无限边坡稳定性评价模型结合,便于在MAPGIS中提取地形要素,进行区域性斜坡稳定性评价。模型假定基岩与松散层界面是滑动面,降雨在松散层中形成地下水,并平行基岩面向坡下流动,且为稳定流,排泄量与其上游汇水区的降雨量均衡。可以看出,SHALSTAB模型不适用于黄土斜坡。黄土为厚层非饱和土,斜坡中不存在类似于基岩面的隔水界面,也不会形成平行坡面的地下水流。降雨主要是向下入渗在黄土中形成一个湿润带,湿润带中的水不是潜水,而是毛细悬挂水,其中的孔隙水压力为接近0的一个负值,不存在SHALSTAB模型中的正孔隙水压力,因此在选用模型时,必须仔细甄别其适用条件。     

汶川地震后公路边坡崩塌灾害发育规律

震后崩塌是强烈地震造成的震裂山体在后期余震、降雨及重力作用下变形不断发展并再次发生的崩塌。基于对四川省省道S303线映秀-卧龙段震后公路边坡崩塌灾害的调查,通过空间分布、崩塌与物质组成、岩性、失稳斜坡坡度、坡高、坡形、坡向和崩塌形成机理的关系等方面的分析,得到了震后崩塌灾害的发育规律:1.震后崩塌分布规律与地震时引发的崩塌的规律一致,即地震时易发生崩塌的地段地震后仍然易发生崩塌。2.按照边坡物质组成,以岩质边坡崩塌占绝大多数,岩土组合体边坡次之;较坚硬岩石中发生的崩塌多而较弱岩石中发生崩塌少,沿线发生崩塌最多的是岩性为闪长岩、辉长岩和变质砂岩等坚硬岩石组成的斜坡。3.失稳斜坡坡度在36°～85°之间,主要分布在41°～60°之间,即震后崩塌灾害主要发生在40°以上的斜坡。映秀-耿达段和耿达-卧龙段发生崩塌的边坡坡度有明显的差别,映秀-耿达段集中在坡度为46°～60°的斜坡,而耿达-卧龙段集中在在坡度为41°～55°的斜坡。4.绝大多数崩塌发生在坡高150 m以内的斜坡上,映秀-耿达段和耿达-卧龙段发生崩塌的边坡高度有明显的差别,映秀-耿达段集中在高度为51～350 m的斜坡,而耿达-卧龙段集中在在高度<200 m的斜坡,尤以高度<100 m的最多。5.阳坡和阴坡的崩塌数量有明显的差异,阳坡发生崩塌的数量远远大于阴坡崩塌发生的数量。6.震后边坡崩塌的形成机理以滑移式崩塌和倾倒式为主。映秀-耿达段和耿达-卧龙段地处不同地质构造单元,由于岩性的差异,发生崩塌的斜坡的坡度、高度和主要形成机理具有差异性。     

云南昭通窝子箐滑坡稳定性分析

云南昭通是我国地质灾害频发区域,特别是在降雨和地震条件下往往导致严重的危害。位于昭通市昭阳区的窝子箐滑坡威胁坡底数十居民的生命财产安全,因此对该坡体进行地质结构调查和稳定性研究十分必要。基于现场地质钻探和槽探确定窝子箐滑坡的表层为松散的残坡积土和耕植土,下部为全风化和强风化的玄武岩,且玄武岩明显得受到了地质构造界面切割。地质调查同时表明该坡体在破碎的全-强风化玄武岩中存在两个潜在的滑移面。在雨季和2014年鲁甸"8·03"地震中,窝子箐坡体局部发生了少量变形。利用Geo-Slope软件进行了天然状态、降雨状态、地震状态、降雨和地震共同作用4种工况下窝子箐滑坡的稳定性分析,结果表明天然状态下坡体稳定性较好,滑动面Ⅰ稳定性系数为1.41,滑动面Ⅱ稳定性系数为1.31。降雨和地震共同作用下稳定性系数达到最低,滑动面Ⅰ稳定性系数为1.01,滑动面Ⅱ稳定性系数为0.93。降雨和地震条件下窝子箐滑坡稳定性系数出现显著降低,存在滑动失稳的可能。     

川藏公路拉月滑坡破坏过程模型试验研究

拉月滑坡是川藏公路线上典型的岩质滑坡。拉月一带斜坡岩体中节理裂隙十分发育,节理、裂隙间相互切割、组合,形成具不同块状结构特征的岩体,特别是不同结构特征的岩石块体相互嵌合,形成具不同稳定状况的的岩体结构。拉月滑坡的发生机理是因块状破坏而引发的滑坡,拉月滑坡破坏过程模型试验就是从机理上分析滑坡的发生过程。拉月滑坡模型试验采用了相似材料模型试验方法,建立相似的试验模型,重现滑坡体的受力状态、变形和破坏过程。     

贵州水城曾家包包大型基岩滑坡的成因机制及稳定性

从滑坡的地质环境入手,通过地质调研及测绘,分析曾家包包大型基岩滑坡的特征、控制因素及成因机制,并运用sama法及不平衡推理法、毕肖普法对滑坡稳定性极限平衡进行计算分析。在此基础上,对在现今应力场作用下滑坡的稳定性采用了有限元模拟,并对模拟的结果进行分析,得出在天然条件下曾家包包滑坡曾处于稳定状态,岩体中的软弱夹层经长期持续的地下水浸润软化逐渐泥化形成倾角上陡下缓的贯通性滑移面,在雨季降雨异常集中期,岩体排水不畅形成较高的空隙水压力,斜坡岩体就会沿滑移面发生顺层滑移,从而形成大型基岩滑坡。     

无泥型软弱层带物理性质的围压效应

通过对外于围压状态下无泥软弱层带物理性质现场试验结果及其所赋存的应力场分析,并结合同类型扰动试样室内围限（固结）试验结果,表明围压（限）作用对无泥型软弱层带物理性质的控制作用,如同含泥型夹层,也是极为显著的。     

稀性坡面泥石流粗颗粒在不同水力作用下的起动

"5.12"汶川地震产生了大量崩滑堆积体,这些棱角状粗颗粒体在水流激发下易起动形成坡面泥石流。在对汶川地震区坡面泥石流地质模型调研基础上,建立以立方体为稀性坡面泥石流粗颗粒的基本模型,结合坡面泥石流的宽级配特性,提出立方体模型的滑移、翻转(包括绕边翻转、绕支点翻转及嵌固绕边翻转)等起动方式。并以水力学、泥沙动力学为理论基础,推导得出粗颗粒在滑移、翻转起动方式下的起动平均流速公式。参照陈伯奇的实验数据,计算粒径为5~10 mm颗粒在不同坡度条件下的起动流速,并对比显示两者具有较好的吻合性,表明立方体作为稀性坡面泥石流粗颗粒的起动模型是合理的。计算结果也表明,在同一坡度条件下,粗颗粒滑移起动所需的水流激发流速最低,绕边起动次之,颗粒嵌固起动所需的激发流速最大,如坡度为30°条件下,滑移起动的水流激发流速为0.349 m/s,绕边起动为0.430 m/s,嵌固起动为0.473 m/s。据此推断,当水流达到一定流速(如30°坡度下、流速为0.349 m/s)时,粗颗粒的最初起动以滑移为主;随着流速增大,逐渐出现翻转起动;当水流流速急剧增大时,大部分嵌固粗颗粒会以翻转的方式瞬间起动,从而形成稀性坡面泥石流。成果对稀性坡面泥石流起动条件研究具有一定的理论意义,对泥石流灾害预警具有一定的指导作用。