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降雨和地震条件下浅层黄土滑坡三维稳定性评价

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工程科学学报 2022年第3期44卷 440-450页

作者：李泊良张帆宇兰州大学土木工程与力学学院兰州730000

以兰州市大沙沟流域浅层黄土滑坡为研究对象,整合降雨渗透模型到黄土斜坡三维确定性模型,评价不同降雨和地震耦合效应下浅层黄土滑坡稳定性,并用混淆矩阵法和受试者工作特征曲线法(ROC)评价稳定性评价预测的结果.研究结果发现,耦合降雨... 详细信息

以兰州市大沙沟流域浅层黄土滑坡为研究对象,整合降雨渗透模型到黄土斜坡三维确定性模型,评价不同降雨和地震耦合效应下浅层黄土滑坡稳定性,并用混淆矩阵法和受试者工作特征曲线法(ROC)评价稳定性评价预测的结果.研究结果发现,耦合降雨入渗和地震的三维确定性模型,对流域尺度浅层黄土滑坡稳定性评价具有较好效果,能作为降雨和地震诱发黄土滑坡灾害评价和早期预警的工具,对加强不同尺度极端事件下黄土滑坡灾害时空灾害评价和预测具有重要参考价值.

关键词：浅层黄土滑坡地震降雨渗透模拟稳定性评价

基于内外功率比的非直线坡面型边坡的稳定系数研究

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地质科技通报 2022年第6期41卷 189-199页

作者：程云祥张彤炜兰恒星张帆宇张虎元兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000 兰州大学土木工程与力学学院兰州730000 长安大学地质工程与测绘学院西安710064 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

在边坡稳定性上极限分析中,由于考虑了材料的理想弹塑性本构关系与相关流动法则,相比极限平衡法更符合岩土材料的特征。在以往的二维边坡极限分析上限法中,要求坡面形态为规则的直线,而无论是天然边坡还是人工边坡,边坡的坡面形态往往... 详细信息

在边坡稳定性上极限分析中,由于考虑了材料的理想弹塑性本构关系与相关流动法则,相比极限平衡法更符合岩土材料的特征。在以往的二维边坡极限分析上限法中,要求坡面形态为规则的直线,而无论是天然边坡还是人工边坡,边坡的坡面形态往往并非规则的直线。此外,以往的边坡极限上限分析中得到的稳定数N_(s)=c/γH主要针对土坡的临界高度计算,且未考虑孔压等外力对边坡施加的外功率。不同于传统极限平衡法采用静力学的平衡条件,本研究针对非直线型坡面边坡稳定性问题,假定滑动面为对数螺旋线,基于极限分析上限定理和虚功原理,提出了一种边坡发生旋转破坏时旋转中心的确定方法,推导出了非直线型坡面边坡的重力虚功功率和能量平衡方程的解析解,并提出了基于内、外功率之比的稳定系数K用以评价边坡的稳定性。通过算例比较了不同形态天然边坡的稳定性和人工削坡对边坡稳定性的影响,并分析了边坡的坡度(β)、土体的内摩擦角(φ)、黏聚力(c)以及孔压系数(ru)对稳定系数K的影响规律。对于坡度较大的边坡,通过削坡改变坡面形态提高了边坡的稳定系数K。稳定系数K随黏聚力的增加而非线性增大,随孔压系数的增加而降低。当黏聚力相对于孔压系数对边坡稳定性影响更大时,稳定系数K随内摩擦角的增加而增大;反之,稳定系数K则随内摩擦角的增加而减小。以上结果符合对边坡稳定性分析的普遍认知,验证了模型的合理性。另外,通过将该方法与传统的Bishop法的计算结果进行对比,发现安全系数F_(s)=1与稳定系数K=0的临界状态物理意义相同,稳定系数K随黏聚力非线性增加,更符合边坡的渐进破坏过程。

关键词：土质边坡非直线坡面极限上限分析虚功功率稳定系数

三维确定性模型在浅层黄土滑坡稳定性预测中的应用

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工程科学学报 2018年第4期40卷 397-406页

作者：辛星张帆宇兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000 兰州大学土木工程与力学学院兰州730000

浅层黄土滑坡是黄土高原广泛分布和频繁发生的地质灾害,造成了巨大的人员伤亡和财产损失.尽管二维确定性模型已被广泛用于浅层滑坡稳定性预测,但不能充分考虑岩土性质、地层结构、地下水等条件的三维空间变化,这可能与实际的斜坡稳定性... 详细信息

浅层黄土滑坡是黄土高原广泛分布和频繁发生的地质灾害,造成了巨大的人员伤亡和财产损失.尽管二维确定性模型已被广泛用于浅层滑坡稳定性预测,但不能充分考虑岩土性质、地层结构、地下水等条件的三维空间变化,这可能与实际的斜坡稳定性不相符.因此,利用能考虑复杂斜坡环境的三维确定性模型评价滑坡稳定性,对获取更真实的评价结果以及指导滑坡防治工作具有重要意义.本文利用Scoops3D三维确定性模型评价了在浅层黄土滑坡稳定性预测中的适应性和可靠性.首先,模型计算参数敏感性的分析发现黏聚力、滑动视倾角和栅格单元重量对安全系数准确度影响较大,并用于指导获取详细的关键参数.然后,选取不同分辨率的数字高程模型（DEM）数据,利用Scoops3D模型对典型黄土沟壑中的浅层黄土滑坡稳定性进行预测,并通过详细的点状和面状滑坡分布图与预测结果的对比发现,该模型对黄土沟壑区的浅层滑坡稳定性预测准确度较高,且点状滑坡分布图可能更适合模型适应性的检验.最后,混淆矩阵法和成功率曲线法对不同分辨率数字高程模型预测结果可靠性的检验显示,该模型能够有效地预测黄土浅层滑坡的稳定性,且在高分辨率数字高程模型数据下可以获得可靠的预测精度.

关键词：浅层黄土滑坡三维确定性模型稳定性预测数字高程模型分辨率精度检验 Scoops3D

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钻孔原位剪切测试系统设计

交通运输工程学报 2023年第4期23卷 154-164页

作者：刘鑫兰恒星晏长根董忠红包含伍宇明张帆宇祝艳波张军长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710064 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 长安大学公路学院陕西西安710064 长安大学工程机械学院陕西西安710064 兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000 长安大学公路养护装备国家工程研究中心陕西西安710064

为了解决传统原位土体强度测试探测深度浅与过度依赖经验公式等问题,提出了钻孔原位剪切测试系统构想,并设计了样机,整个测试系统由孔内切削子系统和孔内变径剪切子系统组成,前者能够在钻孔内任意位置锚固并切削土环,后者能够对土环进... 详细信息

为了解决传统原位土体强度测试探测深度浅与过度依赖经验公式等问题,提出了钻孔原位剪切测试系统构想,并设计了样机,整个测试系统由孔内切削子系统和孔内变径剪切子系统组成,前者能够在钻孔内任意位置锚固并切削土环,后者能够对土环进行剪切试验,并通过传感器记录剪切力和剪切位移;基于模型箱钻孔剪切试验和室内直剪试验,进一步检验了钻孔原位剪切测试系统的可靠性。研究结果表明:模型箱钻孔剪切试验的剪切面平行于剪切力的方向,应力-应变曲线符合基本规律;黄土在模型箱钻孔剪切试验和室内直剪试验中均出现应变软化现象,且黄土的峰值剪切强度随含水率升高而下降;在室内直剪试验中黄土发生了脆性破坏,而在钻孔剪切试验中黄土表现出塑性破坏,在相同的孔隙比、含水率与加载压力下,钻孔剪切试验的峰值强度比室内直剪试验大,原因在于室内直剪试验剪切面的应力分布不均匀,而钻孔原位剪切试验的剪切面受力稳定且保持不变,与室内直剪试验相比,钻孔原位剪切测试系统具有更高的测试准度。

关键词：岩土工程剪切强度室内直剪试验钻孔原位剪切地质灾害

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钻孔原位剪切测试系统研制及应用

交通运输工程学报 2023年

作者：刘鑫兰恒星晏长根董忠红包含伍宇明张帆宇祝艳波张军兰州大学土木工程与力学学院长安大学公路学院长安大学工程机械学院长安大学地质工程与测绘学院长安大学公路养护装备国家工程研究中心中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室

为了解决传统原位土体强度测试探测深度浅、过度依赖经验公式等问题,提出了钻孔原位剪切测试系统构想,并研制了样机,整个测试系统由孔内切削子系统和孔内变径剪切子系统组成,前者能够在钻孔内任意位置锚固并切削土环,后者能够对土环进... 详细信息

为了解决传统原位土体强度测试探测深度浅、过度依赖经验公式等问题,提出了钻孔原位剪切测试系统构想,并研制了样机,整个测试系统由孔内切削子系统和孔内变径剪切子系统组成,前者能够在钻孔内任意位置锚固并切削土环,后者能够对土环进行剪切试验,并通过传感器分别记录剪切力和剪切位移;基于模型箱钻孔剪切试验和室内直剪试验,进一步检验了钻孔原位剪切测试系统的可靠性.研究结果表明:模型箱钻孔剪切试验的剪切面平行于剪切力的方向,应力-应变曲线符合基本规律;黄土在模型箱钻孔剪切试验和室内直剪试验中均出现应变软化现象,且黄土的峰值剪切强度随含水率升高而下降;在室内直剪试验中黄土发生了脆性破坏,而在钻孔剪切试验中黄土表现出塑性破坏,在相同的孔隙比、含水率及加载压力下,钻孔剪切试验的峰值强度比室内直剪试验高,分析上述差异的原因在于室内直剪试验剪切面的应力分布不均匀,而钻孔原位剪切试验的剪切面受力稳定且保持不变,和室内直剪试验相比,钻孔原位剪切测试系统具有更高的测试准度.

关键词：交通岩土工程剪切强度室内直剪钻孔原位剪切地质灾害

高密度电法在黄土滑坡结构探测与三维建模中的应用

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地球物理学进展 2022年第4期37卷 1742-1748页

作者：刘栋张帆宇陈立杨桑杰梁昌玉辛鹏王涛兰州大学土木工程与力学学院兰州730000 中国地质科学院地质力学研究所北京100081

黄土高原滑坡灾害频发,严重影响着当地人民的生命财产安全.分析滑坡体稳定性,预防及治理滑坡灾害需要查明滑坡形态特征.近年来,高密度电法作为常规的物探方法来确定滑坡的地质结构和水文条件,已经成为滑坡现场探测的一种便捷技术.本文... 详细信息

黄土高原滑坡灾害频发,严重影响着当地人民的生命财产安全.分析滑坡体稳定性,预防及治理滑坡灾害需要查明滑坡形态特征.近年来,高密度电法作为常规的物探方法来确定滑坡的地质结构和水文条件,已经成为滑坡现场探测的一种便捷技术.本文以宝鸡市中岩山滑坡为例,运用高密度电法探测不同深度地层的电阻率值,通过钻探将电阻率与含水率建立关系,结合反演得到的高密度电法剖面与钻孔岩性资料及地质调查资料,弥补了单纯依靠钻孔信息来确定地层结构及滑移面形态的不足,查明了中岩山滑坡的黄土泥岩地层结构、黄土厚度、富水区分布、滑移面空间特征,构建了详细准确的三维地质模型.实践证明,电阻率能够很好地反应研究区的地质结构与水文特征.从而为滑坡形成机制分析提供依据,同时也给其他类似区域地质调查中的滑坡稳定性评价及预测预报工作提供技术参考.

关键词：黄土滑坡高密度电法水文地质模型三维建模

基于DEM的分布式斜坡稳定性模型在黄土沟壑区浅层滑坡中的应用

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中南大学学报（自然科学版） 2010年第5期41卷 1987-1992页

作者：康超谌文武张帆宇兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室甘肃兰州730000 兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000

为评价SINMAP模型在黄土地区对浅层滑动稳定性分析的适用性和可靠性,基于1-5 000地形图获得数字化高程模型(DEM)和潜在的土壤湿度环境,利用室内和现场实验获取的物理力学参数,结合现场钻探和探槽估计的土层厚度分布,得出地表稳定性指数... 详细信息

为评价SINMAP模型在黄土地区对浅层滑动稳定性分析的适用性和可靠性,基于1-5 000地形图获得数字化高程模型(DEM)和潜在的土壤湿度环境,利用室内和现场实验获取的物理力学参数,结合现场钻探和探槽估计的土层厚度分布,得出地表稳定性指数等级分布图。通过现场测量绘制的滑坡分布图与模拟结果对比和统计得出:实际滑坡分布多位于不稳定区域;模型的精度主要受DEM数据精度的控制,同时,滑坡检验点的位置对其也产生一定的影响,而空间参数差异变化对模型的影响较小。

关键词： SINMAP模型数字化高程模型(DEM) 黄土地区稳定性浅层滑坡

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袁家湾滑坡在切坡开挖过程中的演化机理

岩土工程学报 2009年第8期31卷 1248-1254页

作者：张帆宇刘高谌文武韩文峰梁收运兰州大学土木工程与力学院甘肃兰州730000 兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室甘肃兰州730000 天津城市建设学院天津300384

袁家湾滑坡是在高速公路修建过程中开挖高陡边坡诱发的顺层岩质滑坡。受边坡自然环境的复杂性以及人类活动边坡改造的多样性的控制和影响,从初始开挖到公路运营期间,滑坡多次滑动而久治不愈,滑动特征具有重复性、继承性、相似性和增大性... 详细信息

袁家湾滑坡是在高速公路修建过程中开挖高陡边坡诱发的顺层岩质滑坡。受边坡自然环境的复杂性以及人类活动边坡改造的多样性的控制和影响,从初始开挖到公路运营期间,滑坡多次滑动而久治不愈,滑动特征具有重复性、继承性、相似性和增大性,破坏形式因人类改造形式的变化具有独立性和多样性。根据其地质条件、工程特征以及滑动特征和滑动历史,采用物理模型试验和工程地质分析的定性分析方法,结合FLAC3D数值模拟的定量分析法,全面系统地分析了该滑坡产生的原因、失稳过程和演化机理。

关键词：袁家湾滑坡人类活动演化机理定性分析定量分析

基于坡表变形分析与降雨响应模拟的立节北山滑坡运动特征

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地质科技通报 2022年第6期41卷 54-65页

作者：丛凯魏洁杨亚兵陈龙张彤炜李生付舟张彤文张帆宇甘肃省地质环境监测院兰州730050 兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000 兰州大学土木工程与力学学院兰州730000

速度倒数法(INV)是基于坡表变形特征的滑坡启滑预测工具,其与滑坡内部多物理场演化的关系仍需进一步明晰。开展了甘肃省舟曲县立节北山滑坡的勘察与坡表变形监测,采用基于速度倒数法、速度阈值法、以非饱和土理论为基础的边坡降雨响应模... 详细信息

速度倒数法(INV)是基于坡表变形特征的滑坡启滑预测工具,其与滑坡内部多物理场演化的关系仍需进一步明晰。开展了甘肃省舟曲县立节北山滑坡的勘察与坡表变形监测,采用基于速度倒数法、速度阈值法、以非饱和土理论为基础的边坡降雨响应模拟3种方法,对该滑坡的运动特征与失稳的内在机制展开了研究。研究结果表明:边坡变形速度倒数-时间曲线有明显的加速起始点。速度倒数在2021年6月3日达到最低值后,进入约60 d的平稳期,在9月20日突然加速,并在20 d内速度达到200 mm/d以上,变形不再收敛。基于速度倒数法得到的滑坡生命周期结束点,与实际的失稳点相差8 d,提前约130 d对该突发性滑坡进行了预报。根据全过程速度时程曲线,存在20,60,100 mm/d的多级速度阈值。边坡应力场、变形场、渗流场的数值模拟结果显示,变形时程曲线的拐点与降雨强度的增加相关,累计降雨量与安全系数呈指数负相关。数值模拟得到的累计变形为2250 mm,变形速度为10~35 mm/d,速度倒数为0.03~0.12 d/mm,与实际监测数据接近。综上所述,速度倒数法对立节北山滑坡的生命周期进行了有效预测,基于速度的预警阈值受长时序变形时程曲线波动的影响,采用以非饱和土理论为基础的数值模拟明晰了立节北山滑坡变形对降雨的响应机制。

关键词：立节北山滑坡变形监测速度倒数法多级速度阈值降雨响应模拟