8、工程灾变滑坡演化与控制--唐辉明

唐辉明中国地质大学（武汉）2013年12月8日基于演化过程的滑坡防控理论与方法研究全国地质灾害培训班一、问题的提出二、关键科学问题与研究内容三、研究技术路线四、部分研究成果五、结语一、问题的提出二、关键科学问题与研究内容三、研究技术路线四、部分研究成果五、结语《国家中长期科技发展规划纲要》《国家重大科技基础设施建设中长期规划》《国家“十二五”科技发展规划》《国家自然科学基金“十二五”发展规划》地质灾害过程灾害演化过程项目背景与总体思路一、基础研究问题的提出滑坡演化过程与阶段是防控研究的关键难点；滑坡预警与防治主要依据的是某一时段的位移-时间曲线或特征参量；滑坡具有主导因素控制下的多场演化特征，单纯依据位移-时间关系，在理论上有明显的缺陷。马家沟滑坡监测位移-库水位-时间关系一、基础研究问题的提出不同斜坡的变形特点tε稳定蠕变型非稳定蠕变型渐变型突发型岩土体的蠕变行为岩土体蠕变t—ε曲线滑坡的演化过程也可分为渐变型、突发型和稳定型。一、基础研究问题的提出uu渐变型滑坡变形特性渐变型滑坡滑坡的滑动面是经长时间的孕育才逐渐形成。初始变形等速变形加速变形累计位移ABCFStt0t1t2t3一、基础研究问题的提出推移式滑坡滑坡后缘壁前缘鼓胀裂缝滑坡后缘台坎前缘鼓胀隆起裂缝的发育与斜坡演化阶段相对应，不同变形阶段裂缝出现的性质、位置、规模是不同的；位移-时间曲线或特征参量无法反映这种空间演化规律。渐变型滑坡空间演化规律一、基础研究问题的提出12341234牵引式滑坡渐进后退仅是斜坡变形时空演化的宏观和阶段性表现。存在局部牵引和整体推移、先“牵引”后“推移”的时空转化过程。渐变型滑坡空间演化规律一、基础研究问题的提出88-09-2888-12-2789-03-2789-06-2589-09-2389-12-2290-03-2290-06-2090-09-1890-12-1791-03-1791-06-1591-09-1391-12-1292-03-1192-06-0992-09-0792-12-0693-03-0693-06-0493-09-0293-12-0194-03-0194-05-3094-08-2894-11-2695-02-2495-05-2595-08-2395-11-2196-02-1996-05-1996-08-1796-11-1597-02-1397-05-1497-08-1297-11-1098-02-0898-05-0998-08-0798-11-0599-02-0399-05-0499-08-0299-10-3100-01-29时间（年月日）015304560759010512013515016518019510101025104010551070108511001115113011451160117511901205库水位（m）位移（m）图18金30＃孔滑面处历年累计位移与时间及水位的关系过程线平均位移速率2.0mm/月平均位移速率13.7mm/月蓄水前位移速0.29mm/月滑面位移库水位水库水位变动对斜坡变形过程的影响水库蓄水对滑坡变形的影响水库水位变化对不同滑坡类型、不同变形阶段的变形的影响明显不同。水库水位变化引起滑坡演化进程的改变。一、基础研究问题的提出0200400600800100012001400160003-8-103-10-103-12-104-2-104-4-104-6-104-8-104-10-104-12-105-2-105-4-105-6-105-8-105-10-105-12-106-2-106-4-106-6-106-8-106-10-106-12-107-2-107-4-107-6-107-8-1累计位移(mm)根据时间—位移曲线，易将白水河滑坡误判为在2007年7月进入临滑阶段。白水河150J图12510075例ⅠⅡ'Ⅲ'Ⅳ'ⅡⅢ1212BX01BX02BX03BX05BX06BX07BX08BX09BX10BX11ⅡⅡ'三峡库区白水河滑坡一、基础研究问题的提出0.005000.0010000.0015000.0020000.0025000.0030000.0035000.0040000.0045000.002007/1/102007/1/152007/1/202007/1/252007/1/302007/2/42007/2/92007/2/142007/2/192007/2/242007/3/12007/3/62007/3/112007/3/162007/3/212007/3/262007/3/312007/4/52007/4/102007/4/152007/4/202007/4/252007/4/302007/5/52007/5/102007/5/152007/5/202007/5/252007/5/302007/6/42007/6/92007/6/142007/6/192007/6/242007/6/292007/7/42007/7/92007/7/142007/7/192007/7/24累计位移（mm）时间白什乡滑坡在2006年12月就开始出现大规模破坏。白什乡滑坡一、基础研究问题的提出一、基础研究问题的提出土质滑坡崩塌碎裂岩体的滑移斜坡变形破坏机理不同，时间—位移曲线含义差别很大。楔形体滑坡一、基础研究问题的提出地表位移曲线类型物质组成力学机制成因类型发育阶段岩石碎裂岩推移式牵引式顺层切层初始蠕变阶段匀速蠕变阶段加速蠕变阶段临滑阶段稳定型●●●●●●振荡型●●●●●多阶梯型●●●●●突变型●●●●●●趋势型●●●●●●●●地表变形监测曲线分类与地质模型要素对照表一、基础研究问题的提出深部位移曲线类型滑面/潜在滑面位置变形发展过程V型无明显滑面蠕滑，存在潜在滑动可能B型—蠕滑，存在潜在滑动可能D型较深失稳破坏r型较浅失稳破坏钟摆型无明显滑面相对稳定深部变形监测曲线类型与滑动特征0204060801001201401601802005年2月10日2005年2月17日累计位移（mm）治理前镜6Verhulst预报曲线复杂环境条件下滑坡多场信息是正确确定滑坡演化进程的依据。我们提出：滑坡演化多维多传感器综合监测，构建多维信息综合监测新体系。一、基础研究问题的提出0.05.010.015.020.025.030.035.0日期2005-1-222005-1-242005-1-262005-1-282005-1-302005-2-12005-2-32005-2-52005-2-72005-2-92005-2-112005-2-132005-2-152005-2-172005-2-192005-2-21滑坡演化过程与阶段——滑坡多场特征信息——滑坡控制一、基础研究问题的提出基于演化过程的滑坡控制理论滑坡区域孕灾模式典型主控动力因素滑坡演化过程与致灾机理滑坡治理滑坡演化过程与阶段滑坡演化机理滑坡预警预报滑坡控制滑坡演化进程滑坡控制基本思想自然历史模型、工程地质类比模型滑坡多场特征信息监测技术和预警新体系常规滑坡位移监测一、基础研究问题的提出一、问题的提出二、关键科学问题与研究内容三、研究技术路线四、阶段性研究成果五、结语学前沿滑坡多场演化与致灾机理滑坡-防治结构体系相互作用机理滑坡演化阶段判识与过程控制关键科学问题二、关键科学问题与研究内容关键科学问题一：工程典型主控因素是降雨－库水位波动、高地应力条件下的开挖卸荷。滑坡演化过程和关键控制因素，是滑坡演化过程控制理论的基础。重大工程灾变滑坡演化与致灾机理重大工程灾变滑坡演化与致灾机理全国滑坡危险性预测图二、关键科学问题与研究内容关键科学问题二：“滑坡体+防治结构”演化过程和关键控制因素，关系滑坡防治效果及其工程长期安全性。滑坡-防治结构协同工作模型，滑坡-防治结构体系长期安全性评价理论，是工程灾变滑坡演化过程控制理论的基础理论与方法。滑坡-防治结构体系相互作用机理滑坡-防治结构体系相互作用机理二、关键科学问题与研究内容关键科学问题三：滑坡演化过程中物质能量状态迁移及其临界特征、复杂环境条件下的滑坡演化多场动态信息识别与演化阶段判识是实现滑坡有效过程控制的基础。滑坡演化多场灾变信息识别模式与判据，滑坡演化过程预测预报理论，滑坡不同演化阶段的关键控制因素和最佳控制方法，是重大工程灾变滑坡有效控制的重要理论支撑。普斯洛沟400-450m硬岩软岩tu弯曲倾倒（1）弯曲倾倒（2）×××下部施工区建议增加的抗滑桩上部施工区|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||L2溶蚀面区Dr2-4Dr2-5区1090平台截水沟1×1m||||||||||||||||||||Dr2-3区溶蚀面预应力锚索绞车房图1-1施工分区布置示意图软弱基座相对硬层中部锁固段前缘蠕滑段后缘拉裂段堆积体不同模式下演化信息识别与演化阶段预测重大工程灾变滑坡演化阶段判识与过程控制重大工程灾变滑坡演化阶段判识与过程控制二、关键科学问题与研究内容主要研究内容1、工程灾变滑坡区地质过程及孕灾模式2、大型工程主控因素作用下滑坡演化与致灾机理3、滑坡-防治结构体系相互作用与长期安全性4、工程灾变滑坡演化多场信息表征与状态判识5、基于演化过程的重大工程灾变滑坡控制理论二、关键科学问题与研究内容滑坡主导地质因素；不利地质条件组合类型；重大灾变滑坡区滑坡孕灾模式。1、工程灾变滑坡区地质过程及孕灾模式塔里木盆地青藏高原印度洋板块二、关键科学问题与研究内容2、大型工程主控因素作用下滑坡演化与致灾机理高地壳应力环境降雨-库水波动联合作用高地应力工程卸荷作用工程灾变滑坡致灾机理典型研究区：长江三峡库区、西南三江地区典型研究区：长江三峡库区、西南三江地区二、关键科学问题与研究内容3、滑坡-防治结构体系相互作用与长期安全性滑坡-防治结构体系协同变形规律和相互作用机理滑坡-防治结构体系长期安全性评价理论典型防治工程结构：抗滑桩、预应力锚锚索（杆）结构典型防治工程结构：抗滑桩、预应力锚锚索（杆）结构二、关键科学问题与研究内容三峡秭归白水河滑坡-500050010001500200025003000350040002005年3月2005年9月2006年4月2006年10月2007年5月2007年11月2008年6月日期位移量（mm）FJ-003FJ-004FJ-005FJ-006FJ-007FJ-008FJ-009FJ-010FJ-011FJ-012FJ-013FJ-014滑坡演化阶段的监测和预测预报4、工程灾变滑坡演化多场信息表征与状态判识滑坡演化过程中物质能量状态迁移及其临界特征。以3S、分布式光纤传感、声发射、同位素示踪监测技术为主要手段，构建滑坡多场特征信息采集技术体系。基于不同演化机理的滑坡多场信息数据融合方法，多场信息多尺度、多分辨率的融合与建模理论。多场耦合作用模式下的灾变滑坡判据体系，划分演化阶段，实现滑坡过程状态判识。二、关键科学问题与研究内容边坡中的场给出了场的定义，它是具有物理作用的空间，且具有空间、物理作用和自然物质三方面的属性，三者不可分割,辩证统一滑坡演化多场分析作用场（Appliedfields）:对基本场产生影响的所有场的总称（stress,seepage,temperature,chemistry……）基本场（Basicfield）:特指地质体结构场（Rockandsoilmass,theirproperties,structureanddistribution）耦合场（Couplingfields）:经过两种以上场的耦合作用后形成的标量或矢量场（e.g.deformation）斜坡中场的分类基本场，这里指的是地质体结构场，具有场的所有特性，它是各种作用场的物质基础和桥梁，它既是耦合场，又是作用场。理由：（1）地质结构体具有场的