地震诱发滑坡形成机理与动态模型研究

根据福建某山区公路边坡滑坡情况,应用基于离散单元理论的颗粒流数值模拟程序,运用典型地震波,建立波在连续介质与离散介质中的传播等效关系,模拟地震作用下边坡离散介质的动力边界条件.通过分析地震过程中边坡内部颗粒的位移、速度、应力以及边坡细观组构变化,如孔隙率、接触数、滑动比时程分布情况,探求地震诱发滑坡的形成机理.     

基于连续介质力学离散元方法的洒勒山滑坡过程模拟

利用连续介质力学的离散元方法力学计算软件中的颗粒流离散元计算程序,结合野外踏勘与室内试验得到的数据,对洒勒山高速远程滑坡过程进行模拟,研究由蠕变导致的下部老滑坡复活并带动上部滑体滑动的滑坡整体运动过程.模拟后得到的滑坡物堆积形态与实际情况基本吻合,对上下部滑体及监测点的位移、速度、加速度进行分析,结果表明:上部滑体运动最大速度较大,可达35 m/s,下部滑体运动距离较远,长达800 m.滑动过程中在撞击面附近与下部滑体前段均存在颗粒抛射现象.下部滑体撞击后的滑动呈显著的流体特征.整个滑动过程可以分为5个阶段:下部启动,下部加速剧滑-上部启动,下部匀速滑移-上部剧滑,上部撞击减速-下部再加速,总体减速自稳阶段.上下部滑体碰撞导致的能量传递是洒勒山滑坡可以高速远程运动的重要原因之一.     

基于物质点法的远程滑坡碎屑流运动过程模拟及特征分析

目的 研究远程滑坡碎屑流运动过程以及运动过程中速度、滑动距离、动能变化,为滑坡碎屑流灾害的预防和治理提供参考。方法 基于物质点法,以塔合曼和乱石包两个远程滑坡碎屑流工程实例为背景,对两个滑坡碎屑流的运动过程进行数值模拟;并对塔合曼滑坡碎屑流运动过程中水平、垂直方向运动速度分布,内摩擦角对运动过程的影响,以及乱石包滑坡碎屑流铲刮效应对堆积形态、动能变化的影响进行分析。结果 两个滑坡碎屑流最终堆积形态模拟结果与实测结果吻合良好,验证了数值模拟结果的有效性;塔合曼滑坡碎屑流随着内摩擦角从18°增加到33°,动能峰值降低71.4%,最终势能增加54.4%,滑坡碎屑流的能量耗散减小47.8%;在乱石包滑坡碎屑流实例的模拟中,速度云图呈现了滑体速度场的层状分布特征。结论 内摩擦角对滑坡碎屑流的动力过程影响十分显著;乱石包滑坡碎屑流的滑体在高速滑移阶段存在强烈的内部剪切作用,并且铲刮效应对滑坡碎屑流的运动起到了一定的阻碍作用。     

基于离散元法的碎屑流运动堆积过程数值模拟

为给滑坡-碎屑流灾害的防治提供一定的理论依据,基于某真实复杂地形的三维空间分布形态,建立碎屑流三维离散元模型,定量分析该碎屑流的运动和堆积特性。结果表明:受不规则地形起伏的影响,碎屑流的运动形式以滚动为主,并伴随着跳动和平面滑动;该碎屑流物源有80%的碎屑颗粒堆积在坡脚,剩余20%的颗粒物残留在峡谷坡度较缓的部位,残留的岩屑是发生泥石流灾害的物源;碎屑流运动速度最大的时刻与颗粒接触量峰值相对应。离散元模拟结果与Scheidegger公式计算结果十分接近,验证了所构建的碎屑流模型及计算结果的合理性。     

边坡开挖诱发滑坡离散元模拟

为直观反映滑坡从形成到变形、破坏的全过程,以边坡开挖诱发的大黄公路1号滑坡为例,在现场调查的基础上,结合室内试验结果,以预测其形成机制和致灾范围。采用离散元模拟技术,根据滑坡工程地质特征建立原始边坡模型,并对边坡开挖前、后2个阶段进行离散元模拟。通过对滑坡及跟踪点运动过程、速度和加速度变化的分析,判断该滑坡目前处于蠕滑滑动阶段、稳定性差。研究结果表明:大黄公路1号滑坡是由边坡开挖引起的以水平方向运动为主的牵引式滑坡;滑坡的运动过程可分为低速蠕滑、高速滑移、减速缓动和自稳调整4个阶段;滑坡若失稳,将对公路来往车辆、行人造成威胁,最大威胁距离达41.3m,公路上的滑坡堆积体可达2.5×104 m3,将严重影响公路的正常运行。     

三峡库区大型滑坡发育机理

体积超过1×10^7m^3的大型滑坡是三峡库区主要地质灾害,其发育机理包括形成机理和诱发机理两方面。通过大量现场调查和观测,运用地貌学方法,揭示了三峡库区大型滑坡在地质历史时期的3种形成机理即危岩链式崩落、泥石流堆积和地震,所占比例分别约为70％、10％和20％;发现存在于斜坡表面的大量危岩链式崩落堆积物是形成大型滑坡的基本条件,滑坡类型主要属于堆积层滑坡,而地震作用主要形成基岩滑坡。通过大量室内土工试验和模型试验,揭示了滑坡目前的3种诱发机理即降雨软化滑坡土体、坡顶加载和坡脚切割或工程弃渣堆积等人类工程活动、库水位变化和滑坡体周期性浸泡等;其中前两类诱发机理主要出现在175m水位以上大量城镇、交通干线及移民等工程建设区段,后一类诱发机理出现在库水位变动带内;位于库水位变动带的大型滑坡,滑坡土体被库水周期性浸泡,强度非线性衰减,同时,库水位降落期间在滑坡体内产生较大的渗透力,两者耦合作用、加速了库岸滑坡的变形与破坏过程。以上研究成果基本概括了三峡库区大型滑坡的主要发育机理。     

云南虎跳峡大塘子松散堆积体滑坡形成演化机制分析

大塘子滑坡属于我国西南地区典型的第四纪崩坡积松散堆积体滑坡.从滑坡的发育特征调查和资料收集入手,研究了该滑坡的形成条件和演化机制,分析认为降雨和地震联合作用诱发滑坡的产生,且滑坡具有明显的周期性,其形成过程经历"碎石体堆积-自然休止状态-显著滑动"3个演化阶段,存在再次滑动的可能性,其周期长短主要受降雨强度和地震活动的影响.这一结果对于合理部署区域防灾减灾具有指导意义.     

2008年汶川地震前的中国大陆地震单体滑坡与边坡地震响应

 承接"2008 年汶川地震前的中国大陆地震滑坡研究"一文,对2008 年汶川地震前的典型单体地震滑坡或边坡地震动响应开展综述.包括:1)工程地质分析,包括真实地震滑坡分析和地震动条件下边坡分析;2)传统力学计算分析方法,包括New-mark 方法与极限平衡方法等;3)有限元分析,包括Geostudio 平台与FLAC 平台等;4)离散元分析,主要包括UDEC 等离散元程序在地震滑坡领域的应用;5)物理模型试验.     

海原地震Ⅸ度带内滑坡与地质地貌因素之间的相关关系

1920年海原地震是我国历史上最大的地震之一,在极震区诱发了数千个大规模形态多样的黄土滑坡,对Ⅸ度烈度带内滑坡灾害密集的静宁县境内做了详细的调查,获取大量数据,并进行统计分析,找出此次地震诱发的滑坡与区域地质地貌因素之间存在的相关关系．     

北川县杨家沟泥石流特征及成因分析

通过大量的现场调查与地质勘测,详细分析了杨家沟泥石流的形成条件及其发育特征,在此基础上探讨了泥石流的形成机理。研究结果表明:(1)汶川地震作用诱发了大量的崩塌、滑坡,为泥石流的形成提供了重要的松散物质,沟谷两岸坡体大面积失稳,形成较大规模滑塌,并在沟床堆积了大量松散堆积物,成为泥石流固体物质补给源。(2)地震后的强降雨过程是诱发泥石流的动力因素,泥石流暴发是前期累积雨量和当时激发雨强共同作用的结果。(3)杨家沟泥石流灾害的形成主要受地形地貌、地层岩性、地质构造以及地震活动的控制,特别是在强烈地震作用的基础上又叠加暴雨作用,导致了灾害性泥石流的暴发。     

滑坡碎屑流颗粒分选效应的数值模拟

大量粗细不均匀的碎屑岩粒及孤大块石在滑坡碎屑流运动过程中的相互作用产生颗粒分选效应,影响了滑坡碎屑流的运移堆积特征及致灾效应。以模型试验的资料和数据为依据,运用三维颗粒离散元素法,建立滑坡碎屑流颗粒流数值模型,从滑体运动堆积过程中不同粒径组分的分布位置和动能两方面研究了滑坡碎屑流颗粒分选效应的形成过程,探讨了颗粒分选效应的形成机制。结果表明:滑坡碎屑流运动过程中,粗颗粒组分易获得较大速度并向滑体表层及前缘运移,细粒组分运动速度较慢,并向滑体底层及后部聚集,这种颗粒分选效应最终导致了滑体反粒序分布结构的形成。滑坡碎屑流颗粒分选效应是由振动筛分、小颗粒耗能较大率先停积、大颗粒碰撞分离等动力学机理共同作用的结果。     

争岗滑坡堆积体滑坡灾害数值模拟预测分析

基于云南省古水水电站争岗滑坡堆积体地质调查,根据现状对滑坡体稳定性进行了初步判断,同时利用颗粒离散元方法进行宏观细观参数标定,建立了滑坡细观分析模型;在此基础上预测了滑坡过程、滑坡速度、滑坡堆积、冲出距离与滑面摩擦系数的内在关系,并根据堆积体天然含水量试验进行了滑坡灾害分析,将计算结果与现场勘查的拉裂隙分布进行了对比研究。在此基础上对滑坡体的稳定性及失稳破坏机理进行了探讨,提出了滑坡堆积体治理的基本思路。     

海原地震典型黄土滑坡群形成机制与运动特征研究

1920年的海原大地震是我国历史上最大的地震之一,地震释放出巨大的能量,并诱发大量山体滑坡.选取其中较为典型的黄土滑坡群开展调查,通过地质测绘、测量、现场勘探与数据分析等综合手段,对连拱状后壁滑坡群的成因机制进行了分析研究,并将此类滑坡的运动特征分解为4个阶段进行分析,总结出此类滑坡的一般发育规律和运动特征.     

基于水平集接触算法的任意形态颗粒材料球谐离散元方法

为对自然环境或工业领域中非规则颗粒材料的力学特性进行精确计算,本文采用球谐函数发展了可描述任意几何颗粒形态的球谐离散元方法.考虑球谐单元的凹凸形态及多点接触特性,发展了基于水平集方法的任意形态接触算法,以准确计算单元间的接触方向和重叠量.该算法将不同形态的球谐单元离散为由一系列点组成的零水平集函数和空间离散水平集函数,并将单元间的接触问题转化为两个水平集函数间的求解问题.通过将一系列零水平集点代入邻居单元的空间离散水平集函数中进行三线性插值,可确定两个接触单元间的多接触点及作用力.为检验基于水平集算法的球谐离散元方法的可靠性,对单颗粒与刚性壁面的弹性碰撞、单颗粒自由下落和多颗粒动力堆积过程进行了离散元模拟,研究了颗粒的平动和转动动能随时间的变化规律.计算结果表明,基于水平集算法的球谐离散元方法可准确地计算单元间的接触碰撞作用,并可保证弹性碰撞时颗粒系统的能量守恒及非弹性碰撞时颗粒系统的能量衰减直至动能为零.在此基础之上进一步分析了不同表面凹凸特性对颗粒堆积中体积分数和平均配位数的影响,为任意形态颗粒材料的数值模拟提供了一种有效的离散元方法.     

大型滑坡长期演变的地质力学行为及成灾模式研究年度报告

该年度投入了大量的人力和物力开展文献资料总结和野外调查工作,初步将西部山区大型滑坡地质结构类型划分为"弱面"控制型、"关键块体"型、"软弱基座"型和"采空区"控制型四大类。将滑坡成灾模式划分为变形体-潜在威胁模式、滑坡-随动破坏模式、滑坡-高速碎屑流模式、滑坡-堰塞坝堵江模式和滑坡-高涌浪模式等5个模式。完成了对贵州习水县程寨滑坡、贵州关岭县岗乌镇大寨滑坡和重庆武隆鸡尾山滑坡地质结构类型及成灾模式的详细调查分析工作。获取了滑坡岩土体物性参数,为后续研究打下了基础。在滑坡的启动和运动机理研究方面,主要完成了模型试验设备的设计和加工,基于连续介质力学和离散元的滑坡动力过程模拟,针对声波液化模型在大型滑坡中的应用及滑坡模拟中物质状态方程的替代问题的研究和采用大型模型槽及离散元方法对大型滑坡产生的碎屑流运动特征的研究等工作。该年度所取得的研究成果有助于加深人们对大型滑坡地质结构类型和成灾模式的认识和理解,拓宽现有的对大型滑坡启动和运动的模拟方法,推动大型滑坡成因机理研究向前发展。     

基于DEM-FEM耦合的滑坡作用下输气管道动力响应分析

油气长输管道输送距离长,途径地形地貌复杂多样,沿途地质灾害频发对油气管道的安全输送造成严重威胁与破坏。本文以联络线输气管道横向滑坡为例,通过离散元与有限元单向耦合方式,对管道进行滑坡作用下的动力响应分析。首先通过EDEM离散元软件模拟滑坡过程中土体颗粒对管道的动态冲击过程,分析在滑坡过程中土体颗粒与管道的接触变化以及受力变化,然后将管道所受最大滑坡推力作为荷载导入ANSYS中,模拟得到在滑坡及内压协同作用下管道的应力和位移分布,最后将模拟结果与线上监测数据进行对比。结果表明：由离散元模拟得到滑坡作用下输气管道受力时程变化曲线,在第3秒管道受到的滑坡推力最大,将其导入有限元中模拟得到滑坡段管道等效应力、剪切应力与位移分布云图,将等效应力与实际监测数据进行对比,计算得到相对误差在7.30%以内,因此表明该模型具有一定的可靠性。     

汶川地震诱发滑坡灾害的数量与面积

2008年5月12日14时28分,以四川省汶川县为震中的地区发生了Ms 8.0级大地震,地震造成了巨大的人员伤亡与财产损失,还诱发了数以万计的滑坡灾害.本研究基于震后航空像片与多源卫星遥感影像,辅以实地调查方法,在GIS平台支持下,对汶川地震诱发的滑坡灾害进行了解译调查工作.截至本文完成,在约48 678 km2的滑坡影响区域内,圈定了48 007个地震诱发滑坡灾害,覆盖面积约711.8 km2,这一数据远高于目前已经发表的结果.解译调查结果表明,汶川地震诱发滑坡类型多样,多沿发震断裂密集分布,形成多处地震堰塞湖.考虑到少部分地区遥感影像质量差且人员无法到达,估计汶川地震实际诱发滑坡数量超过50 000个,覆盖面积约达750 km2.全面客观地统计汶川地震诱发滑坡的数量与面积,对进一步研究地震滑坡空间分布、机理、评价预测,以及反推地震特征有着十分重要的意义.     

降雨渗流对堆积型滑坡稳定性影响的数值模拟 －以贵州大榕滑坡为例

降雨是堆积型滑坡失稳破坏的主要诱因之一,滑坡的失稳和破坏与雨水渗流紧密相关。选取贵州省岑巩县大榕滑坡为研究对象,大榕滑坡为典型的古滑坡堆积区失稳,通过详细分析该堆积型滑坡形态特征、地层岩性、物质结构及变形特征,根据工程水文地质条件建立数值计算模型,利用饱和-非饱和渗流有限元模拟降雨入渗时滑坡堆积体的瞬态渗流场,将计算得到的瞬态孔隙水压力和基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响用于滑坡极限平衡分析,根据渗流场和应力场数值耦合分析不同降雨雨型、强度、历时对滑坡稳定性的影响。研究表明:降雨是滑坡持续变形并失稳的诱发原因,与降雨类型相比降雨强度对滑坡稳定性影响较大;滑坡稳定性在降雨结束后延滞一段时间达到最小,此时对滑坡的稳定性最不利,随后稳定性逐渐上升。     

基于DAN-W模型的舟曲泄流坡滑坡运动特性模拟研究

以舟曲泄流坡滑坡野外考察地质资料为基础,结合滑坡动力分析软件DAN-W对泄流坡滑坡全程运动进行模拟,着重探讨了铲刮效应以及不同流变模型对滑坡数值模拟的影响.结果表明:不同铲刮深度下,滑坡堆积体形态相似,堆积厚度随铲刮深度的加深而加大,运行时间随铲刮深度的加深而减少.F-V模型对泄流坡模拟的滑程最大可达255.75 m,Frictional模型模拟得到的最大堆积厚度为201.73 m,最大前缘速度为17.75 m/s,最长运行时间为64 s,并给出了泄流坡滑坡模拟最佳的流变参数,摩擦角为18?,摩擦系数为0.1,湍流系数为1 000 m/s2.     

地震荷载作用下海底滑坡特征及其机理

通过多种勘察手段,分析了厦门沪救码头海底滑坡成因及滑坡附近的地形、地层和海洋水动力条件等因素,采用动力有限元法和强度折减法相结合的方法分析海底滑坡在地震荷载作用下的动力响应、海底滑坡动力稳定性的影响因素以及地震荷载与海底滑坡失稳状态之间的关系.结果表明,在地震荷载作用下,软土层之间存在拉应力效应并导致海底滑坡崩塌滑动的危险;动力有限元法和强度折减法相结合并以计算不收敛为判据的方法,适用于分析海底滑坡的地震整体稳定性.当地震作用时,厦门沪救码头海底滑坡的整体稳定安全系数为1.50.