降雨型滑坡安全预警模型研究进展

极端天气条件下,滑坡灾害发生频次更高、影响范围更广、社会影响更大。监测预警是减缓地质灾害风险有效措施之一。降雨是影响边坡稳定性的重要因素,降雨型滑坡安全预警系统的研究方面取得了不少成果。对适用于不同岩土类型的滑坡安全预警模型进行分类总结,对未来的研究工作具有一定的指导作用。对研究成果进行归纳分析发现:滑坡安全预警模型逐渐转向对特殊岩土类型边坡的研究;比例尺较大的县乡级的区域降雨滑坡预警更适合我国的国情;目前降雨型滑坡模拟物理试验及数值模拟试验研究仍显不足,降雨型滑坡安全预警模型在实际预警工作中还存在误差。为提高坡体滑坡监测和安全预警效果,未来应大力开展基于卫星遥控遥测技术的滑坡监测与预警预报系统研发利用,加强对各影响边坡稳定性因素的相互作用研究。     

基于MSR300雷达监测的凹山采场降雨条件下的边坡变形及滑坡

降雨是诱发滑坡的主要因素之一,尤其在暴雨条件下,更易激发滑坡.随着南帮边坡开采高陡化,滑坡发生频繁.为研究降雨条件下南山矿凹山采场南帮边坡稳定性特征,采用MSR300型雷达对边坡进行了连续4a的实时稳定性监测,基于采集到的采场降雨数据和边坡滑移数据,分析了降雨量和降雨强度与边坡变形规律,对凹山采场滑坡各阶段进行了划分,建立了凹山采场边坡失稳模型和预警阈值.结果表明:凹山采场变形与降雨量呈正相关,服从幂函数规律;边坡变形速度曲线与降雨强度有良好的一致性,滑坡一般发生在最大降雨强度之后;滑坡阶段主要包括初始变形阶段,稳定变形阶段和加速变形阶段;报警阈值分别为:6h时序内,位移阈值为20 mm,速度阈值1.5mm·h-1;12h时序内,位移阈值为30 mm,速度阈值为2.5mm·h-1.凹山采场滑坡曲线与岩土体非稳定蠕变曲线具有较高的相似性,位移曲线出现了“阶跃”现象,速度曲线出现了“尖凸”现象,这种情况易引起滑坡事故,其中在位移曲线的“拐点”处和相应速度曲线的“凸点”处发生滑坡的可能性最大.研究成果为类似矿山边坡稳定性监测和破坏机制提供了科学依据和参考.     

山区公路边坡远程监测分析及综合预测预警研究

以湖南娄新高速公路边坡地质灾害监测预警为例,选择典型滑坡安装了远程监测系统,捕捉了滑坡体局部变形破坏的全过程;通过滑坡时空演化规律的分析,表明滑坡在降雨作用下表现出从前向后逐步扩展的“渐进后退式”变形破坏模式,滑坡时间变形曲线呈现出与日降雨量密切相关的阶梯状演化特征。从滑坡裂缝体系分布特征来分析,滑坡失稳演化处于加速变形阶段。通过调用边坡变形预测模型库进行变形跟踪预测对比分析表明,灰色-时间序列模型预测精度最高,可以选择该模型进行降雨型滑坡变形跟踪预测。根据变形与日降雨量的加卸载响应比分析,表明滑坡监测点的加卸载响应比时序曲线与滑坡变形失稳过程相吻合。最后采用有效降雨量模型进行了地质灾害区域预警,发布了相关预警信息。通过在娄新高速公路滑坡的系统应用,有效地验证了远程监测系统和预测预警方法的科学性和时效性,为公路边坡地质灾害防灾减灾提供了新的手段和方法。     

降雨入渗条件下边坡湿陷变形的数值模拟

降雨入渗是边坡发生失稳滑动破坏的主要因素之一为研究降雨入渗条件下边坡湿陷变形的基本特性,采用修正的巴萨罗那模型（BBM）和非饱和多孔介质力学理论,建立了基于弹垫性分析的非饱和流固耦合计算模型,开发相应的有限元程序,进行降雨入渗下非饱和土边坡渗流场和应力场耦合的数值分析,研究了降雨持时、降雨强度以及饱和渗透系数对边坡渗流和变形的影响．结果表明：该计算模型能够很好地反映边坡的湿陷变形特性,最大湿陷变形发生在坡面拐角及坡顶位置．降雨强度和土体饱和渗透系数的大小对边坡内孔压和位移影响显著：在降雨强度小于饱和渗透系数时,坡内孔压及位移随降雨强度的增大而增大;当饱和渗透系数小于且接近降雨强度时,坡内孔压和位移增量明显增大;而当饱和渗透系数远大于或小于降雨强度时,坡内孔压及位移变化量则较小．     

高铁隧道洞口段边坡蠕滑机理分析

为了分析某高速铁路洞口段线路发生变形的原因,对边坡变形情况进行了现场监测,并基于监测数据对变形机理进行初步推定,然后结合室内试验数据建立考虑降雨的流固耦合模型,对推定的变形机理进行验证.结果表明:降雨入渗是导致该高速铁路洞口段边坡发生蠕动变形的主要诱因;遇水崩解软化的巨厚全风化云母石英片岩层是该边坡降雨致滑的基础条件;偏压地形为变形提供了便利条件.根据经验证的蠕滑机理,在高山侧增设抗滑桩,对低山侧填土进行了注浆加固,路基前侧增加抗滑桩,有效稳定了明洞填土和路基边坡.     

滑坡监测预警云平台系统的设计及应用

设计一套滑坡监测预警的云平台系统,采用模块化设计方式建立云平台系统网络,开发独立的监测管理软件系统;在云平台中建立灰色Verhulst模型,对实测数据进行处理,通过灰色Verhulst模型对边坡的变形趋势进行预测,预测边坡可能产生滑坡的时间,实现对滑坡的提前预警.系统经过调试后部署于广西百色市田林县公路两旁的边坡进行实测,结果表明:滑坡云平台系统能够有效地监测边坡的变形,通过灰色Verhulst模型可实现对山体滑坡的预警.     

降雨型堆积层滑坡降雨阈值及预警模型研究——以王家坡滑坡为例

堆积层滑坡在降雨作用下,累积位移曲线呈现不规则的“阶跃”状.针对此类型滑坡,将滑坡所处的地质条件与滑坡的变形特征相结合,进而建立合理的预警模型,是提高滑坡预警精度的必要手段.本文以王家坡滑坡为典型研究案例,在分析降雨、滑坡位移以及位移速率等监测资料的基础上,确定王家坡滑坡的位移回落时间、降雨阈值.考虑滑坡变形对降雨的响应机制,将实际降雨工况分为当期降雨和前期降雨+当期降雨两种类型,通过数值模拟分析降雨条件下王家坡滑坡的稳定性,对传统的经验性降雨阈值进行改进,针对当期降雨,建立降雨诱发滑坡失稳滑动的I-D阈值曲线,针对前期降雨+当期降雨,建立滑坡破坏的A-I-D阈值曲面.最后,基于改进的I-D阈值曲线和A-I-D阈值曲面建立了王家坡滑坡4级预警模型.     

降雨条件下非饱和土坡三相流模型的渗流-变形耦合分析

土质边坡降雨入渗的过程中伴随着地下水渗流的推进、孔隙气体迁移和边坡土体变形,因而涉及非饱和土体固-液-气三相耦合的作用.首先基于非饱和土力学基本理论、土-水特征曲线模型,在考虑气相对降雨入渗过程的影响下,建立了考虑孔隙介质可压缩性的二维非饱和土坡固-液-气三相渗流-变形耦合控制方程组.然后利用COMSOL Multip...     

考虑渗透系数空间变异性的降雨作用下边坡大变形破坏特征

合理评估降雨作用下边坡破坏特征是滑坡灾害防控及预警的重要前提.为了揭示土体渗透系数空间变异性对降雨作用下边坡大变形破坏特征的影响规律,综合利用极限平衡方法计算效率高和物质点法可模拟边坡大变形的优势,提出了随机极限平衡-物质点耦合分析方法(RLE-MPM),并开发了MATLAB-HYDRUS-Anura 3D这3个软件的接口实现程序.首先,利用HYDRUS模拟边坡降雨入渗过程,得到每个土层单元的含水率及孔隙水压力分布特征;其次,采用局部抗剪强度法更新每个物质点的等效抗剪强度及重度;最后,利用随机物质点法(RMPM)进行降雨作用下边坡大变形破坏概率计算、破坏模式识别及大变形破坏特征评估.研究结果表明：RLE-MPM方法可模拟日本Tokai-Hokuriku降雨型滑坡水-力耦合过程,模拟得到的滑坡最终堆积形态与现场调查结果基本一致.相较于RMPM,RLE-MPM方法计算边坡失效概率的效率更高,并且能够有效识别降雨作用下3种边坡破坏模式,即完全破坏模式、剪切带破坏模式、渐进式破坏模式.此外,降雨历时对非均质边坡大变形破坏模式及其特征均具有重要的影响.     

考虑降雨入渗的非饱和土边坡流固耦合数值分析

针对降雨入渗作用下非饱和土边坡的变形和稳定问题,运用ABAQUS有限元软件,建立二维非饱和土边坡流固耦合数值模型,对边坡渗流场、应力场和位移场进行分析,分析降雨入渗后边坡的孔压、饱和度、位移、塑性区扩展和安全系数的变化规律.结果表明:降雨入渗引起边坡孔压、饱和度、等效应力和位移增大,降雨强度减小和无降雨下,边坡孔压、饱和度、等效应力和位移减小回弹,边坡表层响应早于坡体内部;边坡坡脚最先出现塑性区,塑性区沿坡面浅层向上扩展,形成连续的塑性区贯通面;边坡安全系数在持续强降雨下持续减小,降雨强度减小和无降雨下,边坡安全系数增大回弹.研究结果可为非饱和土边坡的变形与稳定分析提供参考.     

公路高边坡灾变机理及滑动力响应规律分析

降雨是导致和诱发滑坡的主要因素,据调查中国大约68%的滑坡灾害是由于降雨作用所致。为揭示降雨诱因与边坡岩土体劣化变形之间的关联性,以大广高速新丰段边坡为例,对降雨诱发边坡失稳破坏模式展开研究。通过建立降雨与开挖条件下的大广高速新丰段边坡的三维数值计算模型,分析滑坡应力场和位移云场演变规律,确定了滑动面埋深(H=14 m)和滑动面地表出露位置,并发现滑动面出露处呈“后缘张拉V形裂缝、舌部挤压隆起变形”为主的破坏模式,坡面以蠕滑变形为主的破坏模式;开展新丰段边坡“耦合锚索框架梁+抗滑桩”加固设计及可行性数值模拟分析;最后,在新丰段边坡上建立了公路边坡滑动力综合在线安全监测预警系统,揭示了滑动力随降雨量的动态响应规律。结果表明：在抗滑桩加固位置,坡体Z方向变形量减小,最大变形量仅为9 mm,满足边坡控制要求。可见,为类似公路高边坡的安全监测和变形机理研究奠定了理论和实践基础。     

降雨渗流作用下残积土边坡的数值分析

介绍了某残积土边坡受降雨影响的变形特点及边坡渗流分析计算理论,得到了残积土边坡降雨作用下的稳定渗流场,编制了考虑降雨渗流引起渗透力作用的边坡非线性有限元计算程序,计算模型采用Duncan非线性弹性模型和修正v值的Duncan模型.根据计算结果,分析了降雨渗流对残积土边坡的应力和变形的影响.边坡应力水平较小,但应重视边坡变形引起裂缝的防治.     

降雨渗流作用下滑坡变形数值分析

给出了一种考虑渗流作用影响的边坡弹塑性有限元分析方法,采用了不同降雨对抗剪强度影响的模型,求解带有渗透力作用项的土体弹塑性平衡方程得到边坡的应力应变分布。进而求解边坡的塑性区,并应用于降雨滑坡的分析。由算例分析发现,由于渗流作用影响,边坡变形加大,最后形成潜在滑动面,是符合实际情况的。基于以上理论和算例研究得知,利用渗流耦合应力的弹塑性来分析大气降雨而引起的土体滑坡的变形和发展是可行的,是一种有益的尝试。     

典型山区高速公路边坡远程监测系统应用及预测预警分析

以湖南娄新高速公路边坡地质灾害监测预警为例,选择典型滑坡安装了远程监测系统,捕捉了滑坡体局部变形破坏的全过程;通过滑坡时空演化规律的分析,表明滑坡在降雨作用下表现出从前向后逐步扩展的"渐进后退式"变形破坏模式,滑坡时间变形曲线呈现出与日降雨量密切相关的阶梯状演化特征。从滑坡裂缝体系分布特征来分析,滑坡失稳演化处于加速变形阶段。通过调用边坡变形预测模型库进行变形跟踪预测对比分析表明,灰色-时间序列模型预测精度最高,可以选择该模型进行降雨型滑坡变形跟踪预测。根据变形与日降雨量的加卸载响应比分析,表明滑坡监测点的加卸载响应比时序曲线与滑坡变形失稳过程相吻合。最后采用有效降雨量模型进行了地质灾害区域预警,发布了相关预警信息。通过在娄新高速公路滑坡的系统应用,有效地验证了远程监测系统和预测预警方法的科学性和时效性,为公路边坡地质灾害防灾减灾提供了新的手段和方法。     

基于声发射监测的滑坡过程预警模型

滑坡是一种多发于山区的地质灾害，严重威胁隐患点周围群众的生命财产安全，急需针对滑坡建立及时、准确的监测预警系统。该文在已有的滑坡声发射监测技术和变形过程预警模型基础上，对比研究声发射和位移监测参量。基于小波变换和改进切线角方法，建立了基于声发射监测的滑坡过程预警模型。利用英国拉夫堡大学实验室模拟数据，初步验证了所建立的声发射预警模型的可靠性。在广东省连南县特大型滑坡隐患点安装监测设备，获取边坡现场变形监测数据，比较了声发射和位移监测的实际预警效果。结果表明：相较于位移参量，声发射参量在预警稳定性和准确性上均表现更好。     

边坡在降雨条件下的稳定性分析

介绍了渗流与应力耦合的基本原理,以及边坡降雨入渗的过程。根据工程地质条件及岩土的特性建立边坡数值模型,运用ABAQUS进行降雨条件下的有限元分析,观察边坡土体孔压场、位移场等的变化规律.最后对边坡稳定性进行评价。     

降雨入渗对锚杆加固多级边坡稳定性分析

降雨入渗对多级锚杆支护边坡稳定性的影响尚不清晰,基于非饱和土渗流-应力耦合理论,采用Geo-studio软件建立了降雨入渗锚杆加固多级边坡的流固耦合有限元分析模型,研究不同降雨持时、雨强时锚杆加固多级边坡的渗流、应力、变形场稳定性变化规律,以及锚杆受力特性。研究表明：随着雨强和持时的增大,锚杆轴力及坡面位移均增大,边坡安全系数降低;第三级边坡的锚杆轴力提升幅度最大;同一级边坡内,坡脚处的锚杆轴力值大于坡顶处锚杆力。     

基于突变理论的边坡监测预警概率性模型研究

为解决边坡系统演化过程中不确定因素的影响,得到非确定性的边坡预警结果。结合突变理论与广义胞映射理论提出了一种边坡监测预警概率性模型。该模型采用尖点突变理论识别边坡稳定状态;将边坡稳定性演化结果视为随机事件,基于广义胞映射理论计算滑坡在某一时刻准时发生、提前发生、滞后发生、滑坡不发生的概率,从而实现边坡概率性预警。利用该模型计算了某黄土区工程边坡在某时刻发生失稳的概率为100%,且滞后发生的概率为83.8%,判定边坡系统突变会在该时刻之后发生,预警结果与实际情况一致,验证了该模型的有效性。与传统模型相比,概率性预警模型可提供更丰富合理的信息,有助于提升监测预警的准确率,为边坡监测预警研究提供了一种新思路。     

非饱和土质边坡降雨入渗分析

降雨入渗对边坡土体的力学行为具有重要的影响。为研究降雨入渗条件下边坡土体的位移应力变化规律,考虑基质吸力的影响,建立了非饱和渗流有限元模型,对降雨过程中边坡土体进行渗流应力耦合分析,得到了降雨过程中边坡的孔隙水压力、位移及应力的变化规律。结果表明降雨会使边坡上部土体有效应力显著降低,同时引起坡面附近土体的水平位移及边坡内部土体的沉降;降雨使坡脚处土体首先发生破坏,随着降雨的持续,土体的塑性应变不断增大。     

怒江州滑坡地质灾害气象预警模型研究

根据怒江州2012—2014年87个雨量监测站点的降雨数据,首先研究降雨量及降雨过程与地质灾害空间分布的对应关系,再用信息量模型对地质灾害易发性进行静态评价.在此基础上,应用广义线性模型将动态降雨预报和静态的易发性评价结合起来,分别建立了地质-气象耦合模型和地质-降雨综合模型.实例检验并分析了2种模型,结果表明:地质-降雨综合模型的指标计算结果更具有科学性;同时地质-降雨综合模型在时间与空间的结合上更有优势;此外,地质-降雨综合模型的预警准确度较高,且在地质-降雨综合模型的预警图上除灾害当天的预警显示外,相近时间发生的灾害也有所反映.综上,地质-降雨综合模型比地质-气象耦合模型更适合怒江州滑坡地质灾害预报预警.