库岸滑坡体失稳三维动态模拟与分析研究

滑坡的滑动过程是一个复杂的动态过程,库岸滑坡由于涉及到和涌浪的相互作用,其失稳运动过程难以进行数字化描述。基于重建的库岸滑坡体三维地质模型,运用三维极限平衡法分析滑坡的失稳诱发机制,为失稳运动的可视化仿真提供环境模拟背景。在判断滑坡可能失稳的前提下,针对库岸滑坡地面运动和水下运动的特点,提出库岸滑坡运动过程的数值模拟计算和可视化动态模拟分析流程,最终实现滑坡运动全过程的统一和三维可视化动态表达。实例分析验证了上述方法的可行性和实用性,模拟结果形象表现了滑坡体可能发生失稳时的运动面貌和涌浪过程,为滑坡失稳运动的研究提供了一种直观、实用的分析手段。     

复杂运动路径下滑坡转向变形机理研究

滑坡受地表地形地貌和滑面形态的影响,在运动过程中常表现出转向、分叉、聚合等复杂行为,研究复杂运动路径下滑坡转向变形机理对滑坡的防灾减灾工作有重要意义。以三维地质建模技术为基础,构建庞家湾滑坡的三维颗粒流模型。通过PFC模拟滑坡的运动过程,得到如下结论：庞家湾滑坡发生了转向和聚合行为,滑坡中后部土体的滑动方向发生偏转并在坡脚与东北区域滑体聚合;滑坡中部发生转向运动的颗粒以较快的速度首先开始滑动,且速度由滑坡中部向周围呈辐射状减小;滑坡前缘在整个运动过程中,始终保持较快的运动速度,而后缘运动速度较慢,此外滑体表面速度大于滑体内部和底面速度,而滑坡各部分运动速度不同则是造成滑坡转向变形的重要原因。揭示了复杂路径滑坡的运动规律和转向变形机理,为评估滑坡风险,采取更为合理的防治方案提供理论依据。     

滑体失稳后运动过程三维弹簧变形块分析模型

 滑坡灾害危害程度评估需要掌握滑坡运动特征,而目前的研究主要基于定性分析模型,很难进行定量预测。为克服这一困难,建立一种简化的三维弹簧变形块模型,定量预测滑坡失稳后滑体运动过程。假设滑坡的运动形式是连续的,且滑体是可变形的,将滑体分为侧面竖直的三维条柱。考虑滑体内在变形,对三维运动方向受力和变形进行分析。根据作用于条柱侧面的力–变形关系,获得条柱在滑动过程中的变形与受力状态。考虑到条柱中能量的积累和释放,同时考虑摩擦引起的能量耗散,建立任意时刻滑体的加速度、速度和位移计算公式,获得滑坡在三维滑动过程滑动的最大距离、运动的最大速度及滑动历经的时间等。为实现滑坡滑动过程的三维可视化,基于Visual Basic语言程序编制滑坡失稳后运动过程分析程序,分析武隆鸡尾山滑坡的滑动距离、滑动的最大速度以及滑动历经的时间,对比分析表明,该模型与现有的软件模拟结果比较吻合。     

滑坡监测点运动轨迹的分形特性及其应用研究

 通过对滑坡监测数据的理论分析,表明监测点位移累加值依赖于监测周期,其运动轨迹具有分形特征;同时,基于滑坡的演化过程及地表裂缝的分期配套,提出在滑坡灾变过程中,内部各点运动方向的趋势性将逐渐增强,运动分维数是一个降低的过程。根据三峡库区一复活型滑坡的宏观变形特征,判定出该滑坡处于缓慢变形阶段;利用计盒定理,求解该滑坡2007～2009年的地表GPS监测点运动轨迹曲线的分维数,其值均接近于1,反映出滑坡运动方向趋势性较强,滑坡变形对主控因素的响应较敏感,该结论与滑坡的实际变形特征吻合。监测点运动轨迹的分形理论对滑坡监测数据的有效利用、滑坡演化阶段的判断及变形趋势的预测具有一定的理论与指导意义。     

大位移滑坡形态的物质点法模拟

滑坡是一典型的动力大变形过程,对这种变形很大的问题如欲模拟其变形后的形态,应用传统有限元法会遇到较大困难。应用物质点法这一较新的数值方法对一高边坡发生滑坡的全过程进行了动态模拟分析,同时结合这一分析对大位移滑坡过程进行了讨论。首先将黏性阻尼与运动阻尼相结合,应用动态松弛技术生成边坡初始应力场,初始应力场与有限元计算结果相符。接着将土体黏聚力降为0,诱导稳定边坡滑坡。滑坡模拟过程表明,滑动面的位置和曲率在滑动过程中均不断变化,滑动模式由转动滑动向平动滑动转变,最终形成的稳定边坡坡角小于土体内摩擦角。     

数字地形图上滑坡动态方向稳定性系数的计算与滑坡滑动方向的确定

讨论了滑坡动态方向稳定性系数的概念,并在此基础上定义了滑坡的滑动方向和滑坡的稳定性系数。同时在滑坡数字地形图上通过逐次逼近的迭代算法完成了滑坡的稳定性系数的计算和滑坡滑动方向的确定。     

数字地形图上滑坡动态方向稳定性系数的计算与滑坡滑动方 …

讨论了滑坡动态方向稳定性系数的概念,并在此基础上定义了滑坡的滑动方向和滑坡的稳定性系数。同时在滑坡数字地形图上通过逐次逼近的迭代算法完成了滑坡的稳定性系数的计算和滑坡滑动方向的确定。     

基于GIS考虑准动态湿度指数的滑坡危险性预测水文-力学耦合模型研究

降雨在区域浅层滑坡灾害危险性预测研究中起着关键作用。为综合斜坡地形因素和由降雨引起的地表水下渗、地下水径流对斜坡稳定性的影响,结合基于物理过程的无限斜坡模型和基于数字高程模型 DEM 的简化运动波模型,提出考虑准动态湿度指数的滑坡危险性预测水文-力学耦合模型。该模型基于地理信息系统GIS平台,采用矢量-栅格复合单元对斜坡进行危险性分析(即以斜坡单元为基本研究对象,用栅格数据进行单个斜坡单元稳定性分析)。首先,基于极限平衡理论推导无限斜坡模型;然后,在考虑降雨强度以及持续时间的情况下应用简化的运动波模型计算降雨入渗和地下水径流作用过程中的地形准动态湿度指数,得到滑坡土体饱和因子在时间和空间上的分布情况,并在此基础上实现水文模型与无限斜坡模型的耦合;最后,以三峡库区巴东新城区滑坡灾害危险性预测为例,验证模型在区域浅层滑坡灾害危险性预测中具有较高的精度。     

对某复杂大型滑坡治理的方案优化和动态设计

以一个复杂大型滑坡作为研究对象,通过对该滑坡形成的地质环境、影响滑坡的敏感因素、破坏方式及其稳定性验算的分析研究和对设计过程的叙述,说明了滑坡治理过程中动态设计的重要性和必要性。     

基于有限体积法的滑坡–碎屑流三维运动过程模拟分析

滑坡–碎屑流因其超常的流动性、超高的滑速以及巨大的能量成为一种具有极端破坏力的地质灾害现象。为实现滑坡–碎屑流三维地形条件下运动全过程的数值模拟,在局部拉格朗日坐标系基础上,考虑滑坡–碎屑流运动过程中滑体下表面的侵蚀作用及摩擦阻力的变化,建立基于有限体积法的计算模型。应用模型对萨尔瓦多的El Picacho滑坡进行反演分析,模拟过程采用距离侵蚀速率参数及Voellmy阻力模型,模拟结果的运动路径及滑动距离与滑坡发生的实际情况吻合较好,表明结合模型方程的数值模拟方法对于滑坡–碎屑流运动过程研究的有效性。此外,计算未考虑滑体下表面侵蚀作用的滑坡运动过程,结果显示滑坡运动物质的总体积减少,滑动距离明显变短。因此,侵蚀作用是滑坡–碎屑流运动过程研究所必须考虑的重要因素之一。滑坡–碎屑流三维运动过程的数值模拟研究可以为该类灾害的危险性评估及风险预测等提供科学的参考依据。     

Experimental study on the motion behavior and mechanism of submarine landslides

Submarine landslide is a common marine geo-hazard that shows different motion behavior with subaerial landslide. In this study, a test apparatus is developed to reproduce the extremely long distance movement of submarine landslides at different sliding velocities. The frontal behavior of subaqueous landslide under the dynamic pressure and shear stress of ambient water is described and analyzed. The evolution of the sediment concentration during the submarine landslide propagation is investigated. With an increase of the sliding velocity, the state of soil-water mixture can be divided into three stages: 1) landslide stage, the mixture consists a water layer and a sand layer; 2) transforming stage, a turbidity current layer appears above the sand-water interface, and the sand mass decreases gradually; 3) turbidity current stage, all of the sand particles are eroded by water and the sand layer disappears. In addition, the critical velocities between each stage are defined and investigated.     

基于假设检验原理的边坡临滑时刻的动态识别方法

 位移监测技术在边坡工程中的应用越来越广泛,如何根据动态监测信息及时掌握边坡稳定性状态,判定边坡的临滑时刻是有效实施滑坡预警、避免滑坡灾害发生的关键问题之一。在分析各种典型滑坡判据的基础上,确定将位移加速度大于0作为边坡的临滑判据;基于假设检验原理,将由观测得到的位移数据生成的位移速度变量看作是一随机变量,认为边坡在等速变形阶段时的位移速度变量服从正态分布,一旦进入加速变形阶段时则不服从正态分布,据此提出基于Lilliefors检验的边坡临滑时刻的动态识别方法。结合平庄西露天矿顶帮9•15滑坡过程中的监测数据,对边坡在不同变形阶段的位移速度变量进行形态检验,得出该边坡在等速变形阶段时,位移速度变量服从正态分布,进入加速阶段后服从指数分布,并且在剧滑前的一段时间内位移加速度变量服从正态分布,验证上述方法的合理性。研究结果表明,该方法能够及时、准确识别边坡的临滑时刻,可有效提高滑坡预警的可靠性。     

考虑蠕变特性的滑坡稳定状态分析研究

岩土体的蠕变特性是影响滑坡变形和稳定状态的重要因素。进行滑坡稳定性分析,依据位移监测资料进行预警预报,都有必要考虑滑坡的蠕变特性。以重庆云阳凉水井滑坡工程为背景,采用考虑蠕变特性的强度折减法,从宏观观测现象分析、监测位移趋势分析和数值模拟分析3个方面,研究滑坡变形破坏机理。研究表明,通过对比监测位移–时间曲线和不同安全系数所对应的计算位移—时间曲线,定量判断滑坡稳定状态,结合定性经验分析,可准确进行预警预报,为工程决策提供重要参考。     

考虑滑动过程内部崩解耗散的滑坡体运动模型

滑坡体运动模型是计算滑速、滑距及滑体动能等运动特征参数的基础,是滑坡致灾范围及致灾强度评估的关键技术,现有运动模型将滑体作为质点或刚性块体,没有考虑下滑过程中内部崩解摩擦耗散的能量,而实际滑坡中这部分能量对滑坡致灾强度指标有较大影响,为此,基于滑体下滑运动机理提出了一种考虑内部耗能的运动模型,该模型将滑体下滑运动抽象为变形体平面运动问题,并将滑体简化为内部变形受力服从滑体土直剪实验破坏后应力应变关系的质点黏壶系统,从而建立其运动学控制方程。还推导了黏阻力计算公式,与运动方程联立得出滑速、滑体动能、滑体重力势能、滑体内部耗能及滑距的计算公式。结合实际滑坡工程进行计算分析得出,该模型一定程度上反映了滑体运动过程中内部崩解摩擦耗能的规律,计算结果与离散单元模拟结果及模型试验规律相近,比传统的运动模型更贴近实际,且比数值模拟更简捷,为滑体运动模型理论研究和工程推广提供了一种新的途径。     

基于强震记录的结构动力特性识别

通过对结构瞬时频率的分析可以诊断出结构的振动过程和损伤发展规律。本文采用HHT法分析了喜来登环球旅馆于1994年北岭地震中获得的强地震反应观测记录,分析结果表明：对结构强震记录这种强非平稳信号,HHT方法能较好的识别结构的动力特性;分析结构振动中瞬时频率的时变特点,可以直观地掌握强震作用下结构的振动过程和损伤发展规律。     

杭金衢高速公路K103滑坡治理

杭金衢高速公路K103滑坡处于蠕滑变形状态。滑坡受雨季的影响,滑坡变形发展迅速。为防止滑坡的突然滑塌,提出若干应急抢治措施。通过现场勘察和反分析结果,对滑坡实施应急措施后进行稳定性分析。同时,在应急抢治措施基础上提出滑坡的加固治理方案,并通过滑坡监测结果介绍了滑坡加固效果,得出一些有益的结论。不仅为相似工程的设计和施工提供有益的资料,也可为类似滑坡的治理提供参考。     

Geological characteristics of landslides triggered by the 2016 Kumamoto earthquake in Mt. Aso volcano,Japan

On 16 April 2016, a M_w 7.0 earthquake occurred in Kumamoto city, Japan. The main shock induced two large landslides, namely the Aso Bridge landslide and the Aso Volcanological Laboratory landslide. Their topographical and geological conditions and motion features were investigated by using an unmanned aerial vehicle (UAV) and portable dynamic cone penetration tests (PPTs). The Aso Bridge landslide lies between elevations of 385 m and 725 m, with a total estimated volume of about 1,980,000 m³. The main body is composed of cohesive soil with lapilli and block. The Aso Volcanological Laboratory landslide lies on a slope between 483 m to 582 m, and the total volume is about 81,000 m³, with an average thickness of 4.5 m. The main body is composed of Kusasenrigahama volcanic pumice tephra beds. The material compositions and deposits of both landslides have low cohesion and easily induced shear failure for the two landslides. The sliding distance of the Aso Bridge landslide was long, the sliding direction almost unchanged from the scarp to the toe, and the sliding speed was rapid. The sliding distance of the Aso Volcanological Laboratory landslide, however, was short, the sliding direction changed from the N-direction at the scarp to the NW-direction at the toe, and the sliding speed was slow.

     

金鼓高速远程滑坡形成机制及动力稳定性

综合运用多学科理论和方法,对汶川地震触发的金鼓高速远程滑坡形成机制及动力稳定性进行研究。在工程地质定性研究方面,通过对滑坡区的地形地貌、地层岩性、构造与地震以及水文地质条件的综合研究,分析高速远程滑坡的形成机制,将其划分为紧密发生的2个演化阶段：第一阶段为上部滑体被抛掷分离,第二阶段为下部受铲刮发生二次滑坡。在岩土力学定量研究方面,进行以下3个方面的工作：(1) 以FLAC3D作为动力分析的数值计算引擎,采用自行开发的基于多层次微粒群的非圆弧最危险滑动面搜索并行程序,获得滑坡的动力稳定系数时程及其对应的最危险滑动面的空间分布规律,研究动力稳定系数的频域特征;(2) 通过2种潜在破坏模式的对比研究,指出金鼓高速远程滑坡2#滑动面簇发生主导破坏的可能性更大,并可触发二次滑坡;(3) 依据空气动力学定量计算,论述上部滑体长距离抛掷是完全有可能的。综合研究表明,岩土力学定量分析结果与工程地质定性成果相吻合,进而将金鼓高速远程滑坡孕育的先决条件归纳为以下4条：力学性质差、高位剪出、下降空间开阔、初速度足够大。