基于MatDEM的易贡滑坡铲刮效应研究

以易贡滑坡—碎屑流为背景,针对滑坡—碎屑流形成过程复杂、铲刮作用机制难以分析等问题,基于MatDEM离散元软件,研究铲刮作用对易贡滑坡形成的影响。通过获取的高程数据,根据真实的地形地貌,利用MatDEM软件1:1构建易贡滑坡三维地质模型,并通过内置功能训练参数,实现了宏微观参数的转化。将易贡滑坡分为局部铲刮和全过程铲刮2种情况,设立对照组进行分别讨论,研究坡的不同区域发生铲刮和全过程发生铲刮对易贡滑坡形成的影响,取得以下认识:局部区域发生铲刮时,崩滑体对基层物质有抬升隆起作用,基层物质获得巨大动能,速度瞬间增大;在坡中下部发生铲刮,会增大滑体的速度,在坡前缘发生铲刮,会推挤着前缘物质向前运动称之为“犁耕”效应;滑坡发生铲刮作用,会显著增加滑体的速度,促进滑坡—碎屑流的形成,造成更大的危害。研究结果为滑坡—碎屑流的形成分析提供参考。

考虑基层裹挟的碎屑流铲刮效应数值模拟

基于碎屑流铲刮基层的作用机理,引入浓度悬浮模型用于描述混合区土体动力特性,采用考虑基层裹挟的Herschel-Bulkley-Papanastasiou(HBP)模型描述高速运移的碎屑流与基层材料裹挟掺混的动力过程,并采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法求解.选择典型小比尺室内模型试验验证该方法的有效性,计算所得滑体最终堆积形态和碎屑流影响范围与试验结果一致.在此基础上开展基层材料物理力学参数的敏感性分析,结果表明,在一定范围内基层厚度增加将导致侵蚀深度增大并收敛于某极限值.基层材料的内摩擦角、黏聚力和动力黏度的增加均会减少碎屑流对基层的铲刮效应和基层隆起范围,但内摩擦角和动力黏度的增加对基层隆起范围影响较小.在合理土体物理参数范围内,仅黏聚力的增加即能显著抑制以上2种现象.

贵州水城“7.23”高位远程滑坡冲击铲刮效应分析

以2019年贵州水城“7.23”滑坡为例,采用现场调查、无人机航测和数值模拟技术,分析了滑坡的运动过程和冲击铲刮特征,结果表明:(1)水城“7.23”滑坡属典型的高位远程滑坡,滑体高位启动后冲击下方凸起山脊,铲刮地表残坡积土层,并解体形成碎屑流,最大铲刮深度可达11 m;(2)模拟结果显示,滑坡运动最大速度为30 m∙s^-1,最大动能达8900 kJ,铲刮体积达46×10^4 m^3,最终体积为116×10^4 m^3,灾害放大效应明显;(3)水城滑坡的冲击铲刮过程可分为冲击嵌入→剪切推覆→裹挟混合三个阶段。

滑坡-碎屑流冲切铲刮效应的颗粒离散元模拟

滑坡-碎屑流运动沿程冲切铲刮作用对滑坡运动性态(如速度、体积、物质组成等)具有重要影响,如何更好的进行模拟是滑坡动力过程分析的重要技术难题。在室内滑坡-碎屑流物理模型试验的基础上,采用三维颗粒流程序(PFC3D)对滑坡-碎屑流运动过程中对松散基底物质的冲切铲刮效应进行数值模拟,重点分析滑坡方量和滑落高度、基底厚度和强度以及地形坡度等因素的影响。结果表明:随着滑坡方量与滑落高度的增大,铲刮能量增加、铲刮作用时间延长,从而增强了铲刮效应;基底厚度的减小与地形坡度的增加均会引起基底物质稳定性降低,从而在同等条件下更易于被冲切铲刮;颗粒离散元方法是滑坡运动模拟分析的一种有效手段,模拟结果对于更好的理解滑坡运动冲切铲刮效应具有重要意义。

四川茂县新磨村高位滑坡铲刮作用分析

2017年6月24日,四川省茂县叠溪镇新磨村发生高位顺层山体滑坡,滑动高差达1 160 m,滑动平距约2 200 m。该滑坡的滑动方量巨大,与其滑动过程中产生的铲刮效应有关。为分析其铲刮效应,文章通过现场调查、遥感影像解译和无人机航拍图像,确定该滑坡的滑动全过程为:多次历史地震造成滑坡源区岩体结构破碎,降雨沿顶部裂隙入渗导致水压力增大及石英砂岩中的薄层板岩软化,在长期疲劳效应下斜坡上部岩体最终发生滑动;上部滑体在运移过程中,对斜坡中部浅表风化层、部分基岩及下部老滑坡堆积体进行铲刮并重新堆积。采用Rockfall软件模拟源区滑体的运动路径、速度与能量,结果表明:在碎屑流区和老滑坡堆积区都存在明显的集中铲刮作用,整个滑坡的高危险区也主要位于该区域,所以危险性分区可代表不同滑坡区域的铲刮程度。计算得两个区域的铲刮方量分别为4. 9×10~6,4. 38×10~6m^3,滑坡总方量为13. 35×10~6m^3。该模拟和计算方法迅速有效,可为以后类似滑坡的应急、救灾和铲刮方量计算提供参考。

高速远程滑坡启动机制及基底铲刮试验研究

为探究高速远程滑坡碎屑流运动特征及机理,以丹扎木村试验田滑坡为工程依托,采用物理模型试验,通过滑坡碎屑流在运动过程中铲刮基底松散堆积物的过程来研究滑坡动力铲刮行为,并基于摩擦学基本理论对模型试验观测结果进行讨论。结果表明:滑坡碎屑流对基底物质存在“高速冲击剪切侵蚀行为”和“运动基底剪切行为”两种铲刮侵蚀模式;当坡度较陡时,碎屑流的运动距离更远;当铲刮量更大时,碎屑流的能量随着铲刮体积的增大而增加。所得结论为西南山区高位滑坡碎屑流的动力侵蚀模式提供了研究支撑。

2013年1月11日云南镇雄赵家沟特大滑坡灾害研究

2013年1月11日,云南镇雄发生滑坡,滑程近800m,堆积体积约40×104m3,赵家沟村民小组60多间房屋被毁,46人遇难。本文对旱季期间少遇的镇雄赵家沟特大滑坡灾害原因进行了现场调查,运用有限元法分析了久雨和采矿条件下滑坡失稳机理。从地质上,滑坡位于乌蒙山区常见的煤系地层区,上部为陡倾的三叠系中统灰岩、白云岩,中部为相对较陡的三叠系下统砂页岩地层,下部为平缓的二叠系上统页岩、泥岩地层,局部含煤,具有上硬下软的工程地质结构和上部富水下部隔水的水文地质结构,极易形成滑坡地质灾害。在地形上,形似"靴状地形",上部陡峭地形导致山体易于失稳,而中下部开阔伸展良好的沟谷提供了远程的运动条件,较大的势能向动能的转化,容易形成高速远程滑动,造成严重的损失。可将滑坡区分成滑坡源区、铲刮与堆积区、滑覆成灾区3部分,其中,高速飞行的滑体直接滑覆了赵家沟村民小组数间民房,同时,其余抛散的滑坡体沿低缓沟谷部位液化滑动冲埋多间村民房屋,成为特大灾害发生的重要原因。有限元模拟结果表明:堆积层斜坡的地下水位上升,可使赵家沟滑坡稳定系数降低10%以上,说明对位于陡坡沟谷中的残坡坡积物来说,持久小雨也可触发滑坡失稳;由于滑坡下部煤层较薄,顶板地层完整且距滑床厚达200多米,在20世纪60～70年代小煤窑开采情况下,对滑坡变形失稳没有明显影响。通过此次特大滑坡引发的社会问题,作者提出了加强特大地质灾害公共危机管理科学应对、加强煤系地层地区高速远程滑坡早期识别与风险管理和加强复杂地质灾害防灾专业知识培训的建议。

复杂滑坡三维离散建模方法及其在茂县滑坡中的应用

针对3DEC软件在建立滑坡模型前处理功能上的不足,本文提出了一种基于MATLAB平台构建复杂滑坡数值模型的前处理方法。以滑坡发生前后的地形数据为基础,通过Distmesh工具箱进行滑坡区域的三角网格剖分与高程插值,生成三棱柱体构建滑床与滑体。同时借助Multi-Parametric Toolbox几何库中的函数生成Voronoi多面体来模拟滑坡路径上的基底物质,编写相应函数以获取块体的拓扑信息,并依据3DEC的语法规则将其转化输出为3DEC可读取的命令文本文件,实现了复杂滑坡模型的快速建立。最后以四川省茂县新磨村滑坡为例,详细叙述了滑坡数值模型的建模步骤。数值模拟结果表明,该方法建立的模型能够较好地重现滑坡运动过程、沿程铲刮现象以及最终堆积形态,验证了该方法的可行性和实用性。