高速远程黄土滑坡预测预报方法研究

论文摘要

针对高速远程黄土滑坡频繁发生的现实,在目前经济和技术条件还不足以彻底治理的情况下,开展对滑坡灾害的预测预报研究具有重要的现实和理论意义,也是当前国际上滑坡灾害研究的热点和难点问题。本文在已有研究的基础上,以陕西关中盆地滑坡灾害最为严重的滑坡带之一—泾阳县泾河南塬高速远程黄土滑坡带为研究对象,通过对滑带土特征强度参数的试验分析,运用统计模型、运动学模型、以及蠕变模型等,对泾阳南塬高速远程黄土滑坡的强度特性和时空预测预报方法进行了系统的研究。获得以下几个方面的成果:(1)滑带土在高速远程黄土滑坡的形成和发育规模等方面具有控制性作用。本文运用多种试验方法,从滑带土的峰值强度、残余强度、软化强度、长期强度和启动强度五个层面,对滑带土的抗剪强度特性进行了综合研究,提出了“属性强度”和“状态强度”的概念,论证了滑坡各特征强度的属性问题及其相互关系;认为:滑坡的峰值抗剪强度是一种“状态强度”,它与非饱和黄土的结构强度及含水量等因素有关;滑坡的完全软化强度和残余抗剪强度是一种“属性强度”,它主要与表征滑带土属性的粘粒含量、矿物成分及塑性指数等指标有关,并建立了属性强度与各属性间的相关关系,通过它们能较好地利用常规测试指标来获得抗剪强度。对滑带土微观结构的研究分析(SEM),验证了所得滑带土强度规律性的认识。(2)提出了滑坡“启动含水量”的概念。黄土滑带土的峰值强度特性表现为在一定的低含水量范围内,随含水量的增高强度降低较为缓慢,当达到一定含水量时,随含水量的增加强度骤降,滑坡获得高速启动的条件,它所对应的峰值抗剪强度就为滑坡的启动强度;测试与反演分析表明泾阳滑坡滑带土的塑限含水量为滑坡启动含水量。在此基础上分析了泾阳地区滑坡高速远程的力学机理,为强度骤降高速启动、滑带液化、以及“滚轴效应”等的综合反映。(3)在滑坡的空间预测方法上,通过对泾阳南塬黄土滑坡带的实地测量,得到了滑坡滑动前后的各项特征参数;建立了基于特征参数的高速远程黄土滑坡滑距预测的一元和多元统计模型;论证了Scheidegger公式和森胁·宽公式在本质上都为“架空坡(”H/L)理论,它在黄土地区的预测结果也具有很好的线性相关性,并得到了适合泾阳地区的修正模型。(4)建立了两个基于功能守恒和考虑滑带土强度参数及滑动液化的运动学模型:基于能量守恒、考虑滑坡运动特点和滑带土强度特性的滑距预测简化运动学模型,该模型充分考虑了滑坡运动阶段的强度特性,给出了具体的计算公式和预测方法;考虑滑动过程孔隙水压力影响和滑带液化,在前人提出的速度和滑距预测公式基础上,得到了其修正的预测方程。(5)对滑带土的蠕变特性进行了研究,建立了该区滑带土的蠕变经验方程,探讨黄土蠕变特性与滑坡失稳之间的内在联系,探索Saito模型在黄土滑坡时间预报方面的可行性,并提出了一种基于蠕变理论的滑坡时间预报估算方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 相关研究综述
• 1.2.1 滑坡的空间预测研究
• 1.2.2 滑坡的时间预报研究
• 1.2.3 滑带土的研究
• 1.3 本文研究目的、主要内容及技术线路
• 第2章 泾阳高速远程黄土滑坡及滑带土的工程地质特征
• 2.1 泾阳地区高速远程黄土滑坡的工程地质特征
• 2.1.1 研究区概况
• 2.1.2 地形地貌特征
• 2.1.3 地层岩性特征
• 2.1.4 水文地质条件
• 2.2 泾阳高速远程黄土滑坡的滑体变形特征及滑带土的物理特性
• 2.2.1 滑坡变形特征
• 2.2.2 滑带土的微观结构特征
• 2.2.3 滑带土的物理指标差异特征
• 2.2.4 滑带土的电阻率特性
• 2.3 本章小结
• 第3章 黄土滑坡滑带土的抗剪强度特性
• 3.1 滑带土特征强度参数
• 3.2 峰值强度
• 3.2.1 关于“属性强度”和“状态强度”
• 3.2.2 不同试验方法对峰值强度的影响
• 3.2.3 剪切速率对强度的影响
• 3.2.4 含水率对峰值强度的影响
• 3.2.5 峰值强度与结构强度关系
• 3.2.6 泾阳南塬滑坡滑带土的峰值强度特征
• 3.3 软化强度
• 3.4 残余抗剪强度
• 3.4.1 试验仪器与试验结果
• 3.4.2 残余强度与物性指标的关系
• 3.4.3 粘粒含量对残余强度的影响
• 3.4.4 滑带土矿物成分对残余强度的影响
• 3.4.5 反复剪后滑带土的微观结构特征
• 3.5 滑坡启动强度
• 3.5.1 反算法确定滑坡启动强度
• 3.5.2 “启动含水率”与启动强度
• 3.6 滑带土特征强度的相互关系
• 3.6.1 泾阳南塬滑带土各特征强度的相互关系
• 3.6.2 对工程实践的指导意义
• 3.7 本章小结
• 第4章 黄土滑坡滑带土的蠕变特性
• 4.1 黄土蠕变特性研究概述
• 4.2 黄土滑坡滑带土的三轴蠕变试验研究
• 4.2.1 仪器与试验条件
• 4.2.2 试验加载方式与试验方案
• 4.2.3 滑带土的蠕变特性分析
• 4.2.4 滑带土的等时应力应变特性
• 4.3 黄土滑坡滑带土的直剪蠕变试验
• 4.3.1 直剪蠕变仪的研制
• 4.3.2 直剪蠕变试验要求
• 4.3.3 滑带土的剪切蠕变特性
• 4.4 本章小结
• 第5章 黄土滑坡空间预测的统计模型
• 5.1 已有滑距预测方法评述
• 5.2 滑坡野外调查与滑坡特征参数的确定
• 5.2.1 滑坡原始地形的恢复
• 5.2.2 滑坡特征参数的确定
• 5.3 空间预测的一元统计模型
• 5.3.1 泾阳黄土滑坡滑距与特征参数的相关关系
• 5.3.2 一元回归模型
• 5.4 空间预测的多元统计模型
• 5.4.1 多元线性回归模型
• 5.4.2 多元非线性回归模型
• 5.5 不同统计模型滑距预测对比
• 5.6 本章小结
• 第6章 黄土滑坡空间预测的运动学模型
• 6.1 泾阳高速远程黄土滑坡运动机理
• 6.1.1 黄土滑坡相关运动机理分析
• 6.1.2 泾阳南塬高速远程黄土滑坡运动机理
• 6.2 滑距预测的运动学模型
• 6.2.1 运动模型
• 6.2.2 公式推导
• 6.2.3 滑距预测图解法
• 6.2.4 实例验证
• 6.3 考虑滑带运动液化的滑距预测方法
• 6.4 本章小结
• 第7章 黄土滑坡失稳时间预报方法探讨
• 7.1 黄土滑坡蠕变特性与预报模型分析
• 7.2 SAITO 模型的发展
• 7.2.1 Saito-1 模型
• 7.2.2 Saito-2 模型
• 7.3 基于SAITO 模型的黄土滑坡失稳时间预报
• 7.3.1 预报思路
• 7.3.2 黄土滑坡滑带土的蠕变经验方程
• 7.3.3 滑坡失稳时间预报估算方法
• 7.4 本章小结
• 结论
• 主要结论
• 创新点
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢