基于改进切线角和变形速率的滑坡预警——以湖南省石门县雷家山滑坡为例

为了研究湖南省滑坡监测预警方法,提高预警成功率,以石门县雷家山滑坡为例展开研究。通过对灾害现场进行详细地质调查,对滑坡特征进行了描述,初步阐述了滑坡发生的成因机理。研究结果表明,独特的地形地貌、结构松散的土体是滑坡形成的内在因素,强降雨和工程切坡活动是导致滑坡的外因。基于GNSS系统获取滑坡的全过程变形-时间曲线,并对变形曲线特征进行分析,发现该滑坡具有明显的初始变形、等速变形、加速变形三阶段演化特征,属于渐变型滑坡。将切线角和变形速率阈值作为滑坡预警的重要指标,建立了预警判据,并对接群防群测信息平台,可以为相关部门展开防灾减灾工作和应急响应提供直接依据。雷家山滑坡实现成功避险,验证了该监测预警方法的实用价值。

滑坡的变形破坏行为与内在机理

自20世纪60年代日本学者斋藤借助于蠕变试验成果进行滑坡预测预报以来,人们就一直不停地对斜坡变形破坏行为和滑坡预报方法进行研究和探索,先后提出了数十种滑坡预测预报模型和方法。随着滑坡变形监测实例的不断增多,其变形监测资料越来越丰富,各式各样的变形-时间曲线相继产生。斜坡变形-时间曲线的类型、特征以及形成这些变形-时间曲线的力学条件等诸多问题都是滑坡预警预报必须查明的最基本科学问题。本文通过对各类滑坡变形破坏行为和变形-时间曲线的分析总结,结合岩土体流变试验成果,根据斜坡变形-时间曲线特征,将滑坡分为稳定型、渐变型、突发型3类,并给出了产生这3类变形行为的力学条件。同时,从细观力学的角度分析认为,斜坡产生宏观变形破坏行为的主要原因是岩土体细观尺度颗粒的"流动"和"微破裂",但在不同岩性组成的斜坡和同一斜坡的不同变形阶段,"流动"和"微破裂"将分别发挥不同的作用。

滑坡变形破坏行为物理模拟研究

不同类型的滑坡具有不同的变形破坏行为,同一斜坡在不同受力条件下也可能表现出不同的变形破坏行为。为了能在室内实际观测到斜坡在不同受力状态下的变形破坏行为,设计制作了可以调整角度的模型试验框架,自主研发了模型位移测量装置,通过大量测试最终选择成都粘土作为滑带土材料,开展了近一年的滑坡变形破坏行为的物理模拟试验研究,共完成7种倾角14组模拟试验,得到了不同受力条件下的滑坡变形-时间线簇,进一步揭示了滑坡变形-时间曲线的特征,为斜坡变形-时间曲线类型归纳提供了依据。

速度倒数法滑坡预警模型流变试验研究

滑坡失稳的预测预报研究是地质工程领域中的一项重要课题,准确地确定预测预报理论模型的参数是实际应用中的难点。在实际滑坡监测中通常可以观察到位移曲线呈现阶梯形,这些阶梯形位移变化点就是滑坡的变形突变点。为研究滑坡变形突变点的变形特征,进行了不同荷载作用下的天然试样以及不同荷载、不同含水率作用下的浸水试样的流变试验,得到了累计位移-时间曲线以及变形速度-时间曲线。依据秦四清的锁固段理论以及速度倒数法滑坡预警模型对试验结果进行分析。研究结果表明:荷载和含水率的变化对模型参数没有影响,模型参数是关于材料属性的函数;变形过程中突变点的变形特征与破坏时的变形特征相似,并且速度倒数法预警模型在突变点和破坏点确定的模型参数基本一致。因此,滑坡监测曲线中早期位移突变点确定的模型参数可以用于确定滑坡破坏时的预警模型。

滑坡时空演化规律及预警预报研究

滑坡预警预报是地质工程界研究的热点,也是目前还没有得到很好解决的一个难点。结合近年来我国数十起重大滑坡灾害监测预警和应急抢险的实践经验和教训,总结并提出斜坡变形时间演化的三阶段规律和斜坡裂缝空间演化的分期配套特性,并对外界因素对斜坡变形演化的影响进行深入细致的分析。通过研究认为:时间上,斜坡变形一般要经历初始变形、等速变形、加速变形3个阶段,正确判断斜坡的变形演化阶段是滑坡准确预警的基础;空间上,滑坡的地表裂缝会随着变形的不断增加逐渐形成完整配套的裂缝体系。将时间–空间演化规律有机结合、综合分析,是进行滑坡准确预警预报的重要保证;进行滑坡变形演化与外界影响因素的相关性和宏观变形破坏迹象分析,是处理阶跃型变形曲线的有效手段。

滑坡失稳阈值预报方法研究

结合前人对滑坡变形随时间变化关系研究结果,分析7个典型滑坡变形-时间曲线发展变化特点,划分为缓变型滑坡、突发型滑坡、趋稳型滑坡,据类型对比提出适宜的预测预报方法。研究发现:①改进切线角模型统一了横纵坐标量纲,以α=80°为缓变型滑坡进入临滑阶段的阈值具较强的普适性;②基于变形速率阈值和变形过程的综合预报判据,在一定程度上解决了突发型滑坡漏报和误报问题,提高了预报精度;③速率比值法适用于趋稳型滑坡的预测预报及边坡工程防治效果评价;④滑坡内外环境不断变化,在一定条件下缓变型、突发型、趋稳型滑坡间可发生形式转变。由此提出针对性防治对策:对需治理的缓变型滑坡,防治的重点应避免滑坡发生;对变形迅速、治理代价很高的突发型滑坡,应及时疏散撤离人员,减少损失。

冷弯薄壁C型钢承重组合墙耐火性能简化理论模型研究

冷弯薄壁型钢组合墙在国内外逐渐应用于低层及多层房屋结构的承重单元,其抗火问题亦得到日益关注。针对该类型承重墙的耐火性能开展简化模型理论研究,提出可考虑墙体各组成层不同热物理特性及墙覆板脱落影响的组合墙隐式差分传热模型,以及组合墙热-力耦合简化模型,并以此进行墙体受火传热、时间-变形曲线模拟,以及破坏模式、耐火极限的预测。所提出组合墙传热及热-力耦合模型均通过前期完成的冷弯薄壁型钢承重墙耐火试验进行验证,模型预测结果与试验结果整体吻合良好。根据组合墙抗火简化模型,进行国内常见低层冷弯薄壁型钢承重墙体耐火性能模拟,提出分别具有30、60 min耐火极限的冷弯薄壁C型钢组合墙横截面形式、荷载水平及其构造措施,实现该类型墙体实用抗火设计。