黄土-泥岩滑坡渐进滑动失稳的模型试验研究

西北地区的黄土-泥岩滑坡灾害逐渐受到关注,其失稳机理和力学模型成为岩土工程方向的研究热点。以滑动变形为指标来研究黄土-泥岩滑坡的渐进失稳模型,能更好地服务于黄土-泥岩滑坡的监测预警工作。采用土-岩滑动界面处直接渗水的方法,模拟降雨入渗作用下黄土-泥岩滑坡渐进滑动失稳的特征;采用在滑动界面处布置微型孔隙水压力和土压力传感器、在滑坡侧面和表面布置宏观变形观测点的方案,研究黄土-泥岩滑坡的渐进滑动失稳特征。结果显示,黄土-泥岩滑坡在顶部或中部某个位置优先形成拉张式裂缝,随后裂缝逐渐贯通并分割滑坡体,形成“滑移-拉裂-推挤”三段式的失稳模型。黄土-泥岩滑坡渐进滑动失稳模型的建立,对其监测预警和工程防御等方面具有重要科学价值。

山区高等级公路陡坡高路堤滑动失稳类型及机理分析

通过工程地质分析,对山区陡坡高路堤的分类、滑动失稳类型及机理进行了系统研究。将陡坡高路堤按其所处自然斜坡坡体结构分为完整岩体边坡、破碎岩体边坡等5类;系统总结了陡坡高路堤滑动失稳类型,将破坏模式分为填筑体内类均质体弧型滑动、填筑体与原坡体交界面折线型滑动等7类模式;对各类破坏模式的破坏机理进行了分析。应用本文的滑动失稳分类方法,对云南一高速公路典型陡坡高路堤滑动破坏原因进行了分析。本文研究结果可为我国山区高等级公路陡坡高路堤修建提供参考。

岩石摩擦滑动失稳前断层区的波速变化

对岩石摩擦滑动失稳前断层区的波速变化进行了实验研究。实验表明，岩石摩擦滑动失稳前沿断层一侧的测线上观测不到波速变化，沿着跨断层的测线可观测到波速下降的前兆，因此，在尝试用波速异常预报断层带粘滑型地震时。

坡度对海底斜坡瞬态波浪响应及其滑动失稳特征影响研究

波浪作用下海底斜坡滑动稳定性分析中,一般未考虑海底坡度引起的波浪浅水效应,即不考虑波浪在斜坡面上的变形导致的波压力变化,降低了其计算结果的可靠性。本文基于沿斜坡面传播的线性波浪理论,考虑波浪的浅水效应,利用波浪与重力作用下海底斜坡的有效应力场,计算海底斜坡滑动稳定性安全系数。在验证海底斜坡滑动稳定性计算结果可靠性的基础上,分析了坡度对海底斜坡瞬态波浪响应及其滑动失稳特征的影响。结果表明,由于波浪沿斜坡面传播的浅水效应,相对于水平海床,波浪作用下斜坡最大瞬态应力和孔隙水压力随着坡度的增加基本呈线性增加趋势,最大水平位移呈非线性增加趋势;相比于坡底水平段海床的滑动区,斜坡面上滑动区的深度和水平方向滑动范围均有所增加,且坡度越大,这种效应越显著;相比于饱和海床,非饱和条件下,坡度对斜坡体滑动特征的影响程度有所降低。

基于速率-状态摩擦准则断层滑动失稳的数值模拟研究

文章基于FLAC有限差分程序,利用Fish语言在FLAC程序中引入了速率-状态的摩擦准则,系统研究了断层活动速率对断层滑动失稳时产生的应力降及能量释放的影响规律,为进一步探索断层滑动失稳机制打下了基础。

冲击地压的摩擦滑动失稳机理

论文通过对冲击地压矿井煤层的结构分析认为，煤岩层的层状结构及煤岩层间的薄软层结构的存在，是导致冲击地压发生的主要结构因素。在此基础上。分析了煤岩层摩擦滑动的基本形式，探讨了粘滑的产生机理，并以此解释冲击地压的发生机理。

沿海山区变电站多年填方边坡滑动失稳原因分析及治理

已竣工投产20余年的福建山区某500kV变电站填方边坡出现了坡顶贯通长裂缝开裂、坡脚护脚发生了较大侧向倾斜变形等失稳先兆。基于工程地质及变电站实际运行情况调查的基础上,采用Geoslope软件分析不同工况下边坡滑移变形过程,分析滑坡发生的机理,对比分析并优化边坡加固方案。分析结果显示,①排水系统失效是填方边坡整体稳定最大、最不利的影响因素;②坡脚设置的大截面排洪沟在一定程度上降低了边坡的安全性,当护脚提供的刚度不足时,会造成边坡整体变形;③相比于在滑动边坡的被动区域坡体进行加固,在坡脚设置抗滑灌注桩或者较大刚度的挡土墙,可系统提高边坡的安全系数,其中又以坡脚设置抗滑桩对边坡现状的扰动较小、对坡顶建(构)筑物影响最小,是类似工程治理的优选。

应力波作用下隧洞顶板围岩块体失稳滑动解析理论研究

由于地质结构和开挖面的影响,隧洞围岩通常被切割成不同形状和尺寸的块体.其中,一些关键块体在开挖卸载后仍然保持稳定,但当受到应力波(如爆破振动和地震等)的干扰时可能会失去稳定性并滑动.基于应力波传播理论推导了隧洞围岩顶板矩形关键块体动力失稳滑动解析模型,在计算块体滑动位移过程中,考虑了块体间节理的不同闭合-张开模式,并采用线弹性模型和库仑滑移模型来描述节理的法向和切向行为.通过UDEC数值模型验证了解析模型的有效性和可靠性.随后,基于解析模型探讨了可能影响块体失稳滑动的参数.研究结果表明:在应力波作用下,隧洞围岩块体间节理面会闭合-张开,在张开过程中节理面的摩擦力会逐渐降低,甚至为零,块体间节理面的超低摩擦和无摩擦阶段对块体滑动位移的影响最大;当应力波垂直作用于围岩块体结构面且强度足以诱使节理面张开时,影响块体滑动位移较大的参数是节理面初始法向应力、应力波振幅、频率和块体岩性,单周期正弦应力波下块体滑动位移的变化在0.659~1.502 mm之间;其次为节理初始法向刚度、块体尺寸,块体滑动位移的变化在0.15~0.168 mm之间.

动态扰动下顶板块体失稳冒落研究综述

巷道、采场等地下开挖空间周边围岩的次生结构面发育,岩体极易被切割成多个独立岩块,并在准静态地应力或外界动力扰动作用下发生滑动冒落.针对准静态条件下的顶板失稳冒落问题,研究的重点在于结构面的扩展分析以及块体系统的受力平衡条件分析.对于动态扰动条件下的顶板岩块滑动失稳问题,不仅涉及到应力波促进下的裂隙扩展问题,还与块体系统中应力波的传播规律和应力波影响下岩块动态受力条件有关.本文分别从静态条件下与动态扰动条件下两个方面总结了顶板岩块稳定性相关研究.目前针对静态条件下的顶板块体稳定性研究已经形成了诸多较为成熟的理论体系;而对于动态扰动条件下的块体稳定性的研究主要还是集中于块体系统内部应力波传播过程的分析,忽略了对顶板岩体受扰过程中裂隙扩展和应力失衡的分析.因此,针对顶板岩块动态失稳问题的研究尚不能揭示冒落机理,而该研究的难点在于“揭示动态扰动诱发块体失稳的本质机理”.最后,介绍了课题组针对动态扰动下顶板块体滑动失稳问题开展的一系列实验与数值模拟研究,揭示了不同方向动态扰动作用诱发顶板块体滑动失稳的机理,为地下矿山冒顶灾害的防控提供一定的理论参考.

地震对边坡失稳滑动面积的影响研究

提出采用SPH方法和极限平衡法计算的边坡失稳滑动面积来量化地震对边坡失稳后果的影响。首先在Geo-Studio软件建立典型边坡模型,然后通过改变折减系数得到不同的最小安全系数,在此条件下对比分析了同一最小安全系数下地震和非地震边坡的最终和最初滑动面积,并进一步考虑了边坡坡高和临界位移取值对边坡失稳后果的影响。结果表明:地震对边坡的初始滑动面积提升幅度较小,对最终滑动面积随最小安全系数的减小而快速增大;随边坡坡高的增加,边坡最终滑动面积急剧增加,而对初始滑动面积增幅不大;临界位移值增大,对非地震边坡失稳后果影响不大,而地震边坡失稳后果随着最小安全系数的减小而愈加严重。因此在考虑地震对边坡失稳后果的影响时,建议综合考虑最小安全系数、坡高和临界位移值的影响。

基于地应力特征的断层滑动失稳评价方法研究

深部开采时高地应力影响着深部断层以及巷道的稳定性。以淮南矿区实测地应力数据为基础,通过分析不同深度的地应力特征,从地应力的角度研究得出了断层滑动失稳判据。结果表明:深部侧压系数KH值总体上大于1,Kh值均小于1,应力场类型主要为σH>σv>σh型,主要受走滑断层控制;结合库伦滑动准则和Anderson断层理论,得出淮南矿区深部逆断层滑动摩擦系数临界值为0.2,正断层和走滑断层临界值为0.4。最后应用该判据验证了淮南矿区各井田典型断层的稳定性,结果与实际情况一致,均处于稳定状态。

河北高阳低凸起深部热储层回灌注水诱发断层失稳危险性探讨

近年来,注水诱发断层活化引发地震已成为深部地热资源安全开采面临的突出地质安全问题。河北高阳低凸起深部岩溶热储丰富,区内分布多条隐伏断层,研究旨在探明未来大规模开发高阳低凸起深部地热资源是否会诱发区内隐伏断层失稳破坏。研究基于华北地区综合地应力场,利用莫尔-库伦准则计算热储区及邻区主要隐伏断层的初始稳定状态;选用Hsieh and Bredehoeft水文模型计算代表性地热井回灌注水10~40年产生的超孔隙水压力值;在初始稳定状态的基础上叠加该孔隙水压扰动,采用断层滑动失稳概率评价方法,分析长期回灌注水对断层稳定性的影响;讨论断层走向与最大水平主应力夹角变化对断层滑动失稳风险的作用规律。结果表明:高阳低凸起及邻区代表性地热井在170 m3/h注水速率条件下,持续注水40年产生的超孔隙水压力值最大不超过11 MPa,该扰动以注水井为中心向四周呈幂函数规律递减,其影响范围不超过8 km;持续回灌注水对高阳低凸起代表性地热井附近2 km范围内隐伏断层的稳定性影响显著,部分断层滑动失稳概率超过85%,具有极高的活化风险;距离注水井2 km范围内不同走向的断层,在单井回灌注水50年的作用下,滑动失稳概率随断层走向与最大水平主应力夹角的减小而迅速增加。文章研究方法及相关成果可为国内外深部地热资源安全开发利用提供地质科学支撑。

岩石断层失稳滑动能量释放特征分析

基于双向摩擦法实验,对岩石断层失稳滑动能量释放特征进行研究。研究结果表明:在断层临近失稳滑动时,断层两盘相对滑动位移增量呈现逐渐减小的趋势;断层失稳滑动过程中的应变能密度迅速降低,应变能密度的降低量与围压有关,随着围压的增加,应变能密度降低的量值也增大。断层不同区域的应变能密度释放量值不同,且断层失稳滑动时某些区域能量释放具有一定滞后性。

强降雨诱发缓倾堆积层边坡失稳离心模型试验研究

2011年9月16日,南江县普降大暴雨,引发了大量沿基覆界面滑动的堆积层滑坡。为研究强降雨诱发沿基覆界面滑动的浅表层堆积层滑坡形成机制,利用自主研制的离心场降雨模拟设备,通过大型离心模型试验,再现了强降雨引起红层地区堆积层边坡滑动失稳的全过程,获得了边坡变形破裂的特征参量,阐明了边坡的滑动失稳机制。研究表明：（1）在0～50 g加载过程中,土压力和孔隙水压力随加速度的增加而逐渐增大,坡体的含水率缓慢降低,滑带土的含水率缓慢升高;（2）在第1次降雨过程中,SP1、SP2土压力计测值继续增大,SP3、SP4土压力计测值变化不大,说明滑体前缘及中部已承受来自滑体后部的推力。4个孔隙水压力计测值逐渐增大至最大,停雨后,4个孔隙水压力计测值均减小,说明在降雨过程中,孔隙水向基覆界面逐渐汇聚,雨停后,基覆界面的孔隙水逐渐消散。滑体中MC3含水率传感器测值逐渐变大,过20 s后,滑带中MC2含水率传感器测值也逐渐增大。（3）在第2次降雨90 s时,4个土压力计、4个孔隙水压力计测值变化大,两个含水率传感器测值迅速降低,说明此时边坡呈现整体滑动。之后,SP1、SP2和SP3土压力计测值缓慢增大到最大。SP4土压力计测值一直下降;4个孔隙水压力计测值缓慢增大至最大,第2次雨停后,4个土压力计、4个孔隙水压力计和2个含水率传感器测值逐渐减小。（4）最后,通过模型和原型的综合对比分析,该边坡的滑动失稳机制为推移式蠕滑-拉裂-整体滑动。

黏性土坡地震失稳机制及其在黄土斜坡地震稳定性分析中的应用

基于地震作用下黏性土坡失稳滑动特点,以土体应力状态及其变化分析边坡失稳过程。通过分析地震作用下边坡不同部位土体应力状态和剪应力变化,结合实际地震边坡失稳破坏特征,提出黏性土坡地震三段式滑动失稳机制。在分析该滑动失稳机制与有限元强度折减法之间应力关联的基础上,将两者结合应用于实际黄土地震滑坡动力稳定性分析。依据此考虑得到的动力安全系数相比较其他方法,与极限平衡法得到的结果更为接近。

利用地应力资料分析首都圈区域潜在断层失稳可能性

首都圈是人口稠密,政治、经济、文化高度发达的地区,该区位于张家口—渤海构造带和华北平原NE-NNE向构造带交汇部位,也是我国东部新构造活动最强烈的地区。鉴于首都圈地区特殊的地质构造位置和新构造活动背景,加强该区现代构造应力场与断层滑动失稳可能性研究,具有时代紧迫性和现实必要性。首先依据首都圈地区的历史地震目录,分析该区地震的时空分布特征;其次利用首都圈地区的原地应力测量资料,研究该区域地壳浅层应力积累水平。最后结合安德森断层准则、摩尔库仑理论及拜尔利定律,分析首都圈地区断层强度及在区域应力场作用下断层失稳的可能性。

路堤荷载下CFG桩复合地基失稳破坏特性离心模型试验

掌握路基工程CFG桩复合地基失稳破坏特性是建立稳定分析方法的基础。针对路堤荷载作用下深厚软黏土地基,开展了3组CFG桩复合地基离心模型试验,采用自行研制的空中泄砂装置模拟路堤分层填筑过程,设计制作砂浆包裹石墨芯的模型桩监测桩体破坏时序,通过摄影测量技术获取地基土位移场云图,分析复合地基的承载与变形特性及失稳滑动形态。试验表明,随路堤荷载增加,位于坡脚附近的桩体首先发生破坏,并逐渐向路堤中心发展,呈现渐进破坏特点,复合地基发生整体失稳后滑面近似呈圆弧状;桩体破坏形态与桩周土体变形特性密切相关,地基发生隆起变形的坡脚附近桩体呈现拉弯破坏特征,承受路堤荷载较大的路肩附近桩体以压弯破坏为主;桩帽对桩土荷载分担影响显著,桩身轴力增大可提高桩体抗弯拉能力,有利于复合地基稳定性提高。

公路工程岩土边坡稳定性研究

本文探究公路工程岩土边坡稳定性。在掌握公路工程项目基本情况的基础上,绘制公路工程岩土边坡结构的简图,构建公路工程岩土边坡剖面结构模型、边坡圆弧状滑动失稳模型、平面滑动失稳模型、前缘剪切滑动失稳模型;根据滑坡段的向下滑动作用力,计算边坡稳定性系数,掌握岩土边坡的稳定性。对边坡进行分级,边坡1、2、11、12级的稳定性安全系数<1.15,3~6级的稳定性安全系数在1.15~1.25范围内,7~10级的稳定性安全系数>1.25。研究表明设计的方法可以实现对边坡稳定性的分析,通过此种方式,掌握边坡上容易出现滑坡的位置,以便于工程方及时根据工程需求,进行边坡的加固与稳定施工。

预加固高填方边坡滑动破坏的离心模型试验研究

2009年10月3日,攀枝花机场260×104m3万方的高填方预加固边坡整体失稳,沿基覆界面下滑,并超覆于其下方的易家坪老滑坡之上,使易家坪老滑坡再次复活。这一填方边坡失稳事件最终导致机场停航两年。通过大型离心模型试验,再现了攀枝花机场预加固高填方边坡的滑动失稳过程,获得了边坡变形破裂的特征参量,阐明了边坡的滑动失稳机制。研究表明:天然工况下,边坡变形以坡顶沉降和沿基覆界面软弱层的蠕滑为主,坡体总体处于蠕滑变形状态;降雨和地下水工况下,坡体中后部拉张破裂和中前部挤压变形显著,具有塑性流动及推移式破坏特征,并最终产生溃滑失稳;预加固抗滑桩承受较大的边坡变形推力,且越靠近坡体后部的桩推力越大,最终从后向前逐排产生累进性剪断破坏,说明该填方边坡多排抗滑桩的平面布置和受力确定欠合理;降雨和地下水工况下,坡体的最大孔隙水压力是天然工况下的3.7倍,孔隙水压力对坡体失稳有重要作用;通过模型和原型的综合对比分析,该边坡的滑动失稳机制为推移式蠕滑-累进性折断-溃滑与超覆。

堤防失事风险分析和风险管理研究

基于堤防渗透破坏和岸坡滑动失稳风险的数学模型,提出了场地砂土地震液化和堤防失事综合风险分析的数学模型,以及堤防风险管理的概念;以南京市板桥河左岸堤防加固工程为例,应用风险分析理论和方法对该段堤防渗透破坏风险、岸坡滑动失稳风险、场地砂土地震液化风险以及堤防失事综合风险进行了分析研究;通过1995年板桥河左岸堤防典型破圩实例建立整个板桥河堤防渗透破坏风险率监界值、岸坡滑动失稳风险率临界值以及堤防失事综合风险率临界值;同时基于风险分析的结果和所建立的风险率临界值,根据风险管理的理论,针对板桥河左岸堤防加固工程提出降低风险的措施,对堤防汛期洪水位运行管理提出建议。其理论、方法、思路和结论可供同类工程借鉴。