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第1章 绪论1

1.1滑坡的定义、现象与学科定位1

1.1.1滑坡的定义1

1.1.2滑坡灾害的基本现象1

1.1.3研究滑坡灾害的学科定位1

1.2地质体及其力学特性2

1.3滑坡体的力学分类4

1.3.1滑坡介质的材料特性分类5

1.3.2边界条件的分类7

1.3.3力学状态分类8

1.3.4基本方程的分类8

1.4滑坡灾害防治中的工程问题9

1.4.1现有地质体稳定性判断方法的适用范围9

1.4.2 探测地质体力学特性的方法10

1.4.3滑坡灾害防治的设计依据10

1.4.4水对滑坡的作用及防治措施11

1.4.5 滑坡灾害风险评估12

1.5滑坡灾害防治中的关键力学问题12

1.5.1强度理论的局限性12

1.5.2 固体的渐进破坏过程14

1.5.3连续与非连续模型的耦合15

1.5.4流体与固体的耦合15

1.5.5欧拉与拉格朗日坐标系的耦合16

1.6本章小结16

参考文献16

第2章 滑坡灾害防治的方法论18

2.1钱学森的工程科学思想18

2.1.1工程科学的定义18

2.1.2工程科学的工程性与科学性19

2.1.3工程科学的方法论22

2.2数值模拟是工程科学的重要组成部分25

2.3滑坡研究的方法26

2.4滑坡灾害研究的系统性29

2.5本章小结31

参考文献31

第3章 现阶段滑坡灾害防治的理念与技术框架32

3.1滑坡的基本特性32

3.1.1滑坡的特殊性32

3.1.2滑坡的结构性33

3.1.3滑坡的动态演化性34

3.2滑坡演化的五个破坏阶段34

3.3基于破裂演化原理的工程地质灾害防灾理念35

3.3.1理念一：将地质灾害成灾过程的预测转化为地质体破坏状态的判断36

3.3.2理念二：现场监测和数值模拟相结合，建立可测物理量与内部破坏状态之间的联系38

3.4基于数值模拟的滑坡灾害预警系统技术框架39

3.5本章小结42

第4章 滑坡地质勘探方法及与力学分析的相关性43

4.1踏勘43

4.1.1地形地貌43

4.1.2地质构造45

4.1.3地层岩性46

4.1.4水文地质条件46

4.1.5地表地质现象47

4.2勘探50

4.2.1地层50

4.2.2岩体结构52

4.2.3地下水54

4.2.4岩性试验56

4.2.5钻孔取样及土工试验58

4.2.6 探槽61

4.2.7大剪试验62

4.3物探64

4.3.1地层地震波64

4.3.2 地质雷达66

4.3.3电法66

4.4工程地质报告67

4.5本章小结68

参考文献69

第5章 量纲分析方法及在滑坡防治中的应用70

5.1量纲分析中的基本概念与定理70

5.1.1基本概念70

5.1.2 Ⅱ定理的表述与理解71

5.1.3斜面上的滑块启动与运动71

5.2量纲分析的基本方法76

5.2.1确定因变量77

5.2.2 确定自变量77

5.2.3选出主参量，构建无量纲量78

5.2.4给出无量纲函数的一般表达式78

5.2.5 利用量纲分析，寻求基本规律78

5.3量纲分析在滑坡研究中的作用85

5.3.1量纲分析用于学科定位85

5.3.2明确研究目标及研究内容87

5.3.3找出关键问题87

5.4量纲分析在其他分析方法中的作用89

5.4.1在室内试验中的重要作用89

5.4.2量纲分析用于简化基本方程，抽象合理模型93

5.4.3量纲分析在数值分析中的作用96

5.5量纲分析在滑坡及防治中的应用案例102

5.5.1承压水诱发堆积体滑坡试验102

5.5.2 地震作用下顺层岩质边坡的破坏104

5.5.3应用量纲分析法建立桩间距的计算模型105

5.6本章小结106

第6章 描述滑坡灾害体运动规律的基本方程107

6.1基于牛顿定律建立的运动方程107

6.1.1质点及刚体运动的运动方程108

6.1.2固体介质的基本方程109

6.1.3流体介质的基本方程114

6.1.4流体弹塑性116

6.2基于分析力学建立的运动方程117

6.2.1质点-刚体运动的运动方程118

6.2.2固体介质的基本方程119

6.2.3流体介质的基本方程120

6.3基于分析力学的连续-非连续介质力学122

6.3.1拉格朗日坐标系122

6.3.2欧拉坐标系122

6.3.3力学问题与描述之间的关系122

6.3.4新的描述方法123

6.3.5 连续-非连续介质力学124

6.3.6 拉格朗日方程用于具体数值方法126

6.4力学方程表达中的本构关系和强度126

6.4.1线性弹性本构关系127

6.4.2塑性本构关系127

6.4.3莫尔-库仑强度准则128

6.4.4基于代表性体积单元的本构关系129

6.5滑坡中常用的数值解法130

6.5.1有限差分法130

6.5.2有限单元法132

6.5.3离散元法135

6.5.4刚体极限平衡方法135

6.5.5融合了离散和连续描述的方法137

6.5.6 各种方法的适用范围139

6.6本章小结139

参考文献140

第7章 应变强度分布本构模型的基本理论142

7.1地质体的非连续、非均匀特性与两尺度力学模型143

7.1.1建立两尺度模型的必要性143

7.1.2宏观尺度模型143

7.1.3表征元尺度模型145

7.1.4两尺度模型与材料本构关系之间的关系146

7.2传统的理论本构模型及存在的问题146

7.3应变强度分布本构模型的概念和基本假设147

7.4界面应变强度分布本构149

7.4.1界面力学行为149

7.4.2基本概念和假设149

7.4.3 界面的破裂度与完整度149

7.4.4界面拉伸破裂度与完整度150

7.4.5 界面剪切破裂度150

7.4.6 界面拉剪联合破裂度151

7.4.7几类常用分布下的破裂度和完整度152

7.4.8 界面拉伸应力-应变关系破裂度和完整度曲线155

7.4.9 界面拉伸应力-应变关系156

7.4.10界面剪切应力-应变关系158

7.4.11界面在拉剪联合作用下的应力-应变关系159

7.4.12界面在拉剪联合作用下的应力-应变关系160

7.5块体应变强度分布本构模型161

7.5.1微元体均匀破裂损伤模型161

7.5.2正交各向异性损伤模型164

7.5.3八面体剪切破裂损伤模型166

7.5.4三阶段损伤破裂模型169

7.6 应变强度分布模型的参数确定方法176

7.6.1试验曲线反演分布参数176

7.6.2 数值模拟与试验数据联合反演分布参数178

7.7考虑初始破裂场的应变强度分布模型180

7.8本章小结181

参考文献181

第8章 弹簧元的基本模型与计算方法184

8.1弹簧元方法的基本概念与理论基础185

8.1.1探索弹簧元方法的技术途径185

8.1.2弹簧元方法物理模型及位移模态选取187

8.1.3弹簧元方法的理论基础及特点198

8.1.4弹簧元单元的构建及标定步骤205

8.1.5弹簧元方法的实用性206

8.2 常应变单元弹簧元模型206

8.2.1三节点三角形单元206

8.2.2 四节点四面体单元209

8.3双线性单元弹簧元模型212

8.3.1四节点矩形单元212

8.3.2八节点长方体单元216

8.3.3任意四节点四边形单元218

8.4其他单元弹簧元模型221

8.5 弹簧元的程序实现223

8.5.1弹簧元求解静力问题的过程223

8.5.2弹簧元求解线弹性动力问题的过程224

8.5.3强度准则及人工边界处理227

8.6弹簧单元法的算例验证229

8.6.1波场模拟中计算波速的验证229

8.6.2时空离散对波动模拟的影响测试229

8.6.3动力吸收边界测试230

8.7弹簧元结构层231

8.7.1结构层的概念231

8.7.2 三棱柱弹簧元结构层231

8.7.3四面体组合弹簧元结构层237

8.8本章小结239

参考文献239

第9章 地质体破裂及运动全过程计算方法241

9.1 CDEM数值计算方法243

9.1.1基本概念及定义243

9.1.2基本控制方程245

9.1.3全域动态松弛求解247

9.1.4时间步长选取248

9.1.5阻尼系数选取248

9.2块体边界破裂计算249

9.2.1离散特征与破裂判断249

9.2.2接触本构描述251

9.2.3数值算例255

9.3块体内部破裂计算260

9.3.1块体破裂判断260

9.3.2 裂纹扩展方式261

9.3.3数值算例263

9.4 基于应变强度分布的可破裂弹簧元275

9.4.1弹簧元应变强度分布描述275

9.4.2弹簧元损伤破裂的实现278

9.5块体运动破坏过程的接触检测方法281

9.5.1接触边-半弹簧的概念282

9.5.2接触边与目标面的几何关系283

9.5.3接触力的计算285

9.5.4数值算例288

9.6本章小结301

参考文献303

第10章 裂隙渗流与孔隙渗流的基本模型与方法305

10.1概述305

10.1.1滑坡滑动与渗流力学305

10.1.2渗流诱发滑坡的力学机理305

10.1.3本章研究内容与技术路线306

10.2滑坡渗流基本理论与模型307

10.2.1滑坡渗流物理参数307

10.2.2滑坡渗流的基本理论308

10.2.3滑坡渗流物理模型309

10.2.4滑坡渗流数学模型310

10.3传统渗流数值求解方法311

10.3.1孔隙渗流有限单元法311

10.3.2裂隙渗流有限单元法314

10.3.3孔隙渗流有限体积法319

10.4非稳态裂隙流的N-S方程有限差分法323

10.4.1非稳态裂隙渗流数值模型324

10.4.2 非稳态裂隙渗流数值方法325

10.4.3自由表面处理326

10.4.4边界条件327

10.4.5算例验证328

10.5二维孔隙渗流弹簧元法332

10.5.1基本原理332

10.5.2算例验证336

10.6孔隙-裂隙耦合渗流中心型有限体积法339

10.6.1基本原理340

10.6.2算例验证344

10.7基于CDEM的渗流-应力-破裂耦合模型与求解349

10.7.1渗流场计算模型349

10.7.2 应力场与破裂场计算模型351

10.7.3渗流-应力耦合模型352

10.7.4孔隙-裂隙渗流耦合模型353

10.7.5 算例研究354

10.8本章小结362

参考文献364

第11章 滑坡试验及现场监测方法研究369

11.1基于等应力边界加载的土石混合体三轴试验370

11.2滑坡物理模型试验系统373

11.2.1滑坡平台起降控制系统374

11.2.2 滑坡平台水动力诱发系统375

11.2.3滑坡平台多物理量测量系统375

11.2.4不同类型滑坡机理研究376

11.2.5案例分析378

11.2.6小结381

11.3土石混合体原位剪切试验系统381

11.3.1实施效果382

11.3.2数值计算结果对比382

11.4基于物联网的滑坡监测系统385

11.4.1传感器子系统385

11.4.2数据采集及传输子系统387

11.4.3监测数据管理子系统389

11.5典型滑坡监测预警应用案例392

11.5.1唐家山堰塞湖坝体变形应急监测392

11.5.2三峡库区凉水井滑坡应急监测预警393

11.6本章小结395

参考文献395

第12章 滑坡灾害的评价方法397

12.1基于破裂度的滑坡危险性评价方法398

12.1.1地裂缝的基本表象与数值模拟中的破裂面积399

12.1.2灾变破裂面积与破裂度399

12.1.3破裂度与强度参数之间的关系400

12.1.4凝聚力对地表破裂度与滑面破裂度的影响402

12.1.5破裂度与滑坡稳定性之间的关系404

12.1.6复杂条件下的破裂度演化规律404

12.1.7破裂度计算的网格依赖性409

12.1.8基于破裂度的滑坡危险性评价方法计算步骤409

12.1.9破裂度在凉水井滑坡中的应用410

12.1.10破裂度评价方法与安全系数之间的关系412

12.2基于地表位移和裂缝的滑坡参数及内部破裂状态反演方法412

12.2.1地表位移裂缝反演方法的基本概念和分析步骤413

12.2.2 地表位移裂缝反演方法的可行性验证413

12.2.3地表位移裂缝反演方法的典型案例分析414

12.3基于可靠度的滑坡失稳概率分析418

12.3.1拉丁超立方抽样基本原理419

12.3.2边坡可靠度分析方法421

12.3.3典型案例分析422

12.4本章小结429

参考文献429

第13章 地震诱发滑坡灾害的机理与方法430

13.1地震波及其传播规律431

13.1.1地震波的分类431

13.1.2地震应力波在材料交界面处的透反射432

13.1.3地震应力波在自由表面的反射拉伸作用437

13.1.4地震诱发边坡失稳破坏的原因及过程440

13.2地震下边坡稳定性的评价方法441

13.2.1拟静力法441

13.2.2 永久位移法443

13.2.3基于数值模拟的破裂度评价法444

13.3通过爆炸波模拟地震波的模型试验447

13.3.1试验原理及方法447

13.3.2 基于量纲分析的试验模型设计448

13.3.3顺层边坡的模型试验研究450

13.3.4 基覆边坡的模型试验研究460

13.4地震作用下边坡破坏机理及模式的数值分析466

13.4.1顺层边坡的破坏模式分析466

13.4.2基覆边坡的破坏模式分析472

13.4.3断层触发滑坡模式的数值模拟478

13.5本章小结487

参考文献488

第14章 地质灾害预测的工程案例分析490

14.1武隆鸡尾山滑坡失稳成灾过程再现490

14.1.1工程概况490

14.1.2滑源区启动机制数值模拟研究494

14.1.3高速远程运动特征数值模拟研究504

14.1.4结论507

14.2库水涨落及降雨对云阳凉水井滑坡的影响507

14.2.1滑坡概况507

14.2.2工程地质分析509

14.2.3数值分析内容510

14.2.4循环库水涨落的影响510

14.2.5库水涨落及降雨的联合作用513

14.2.6 不同条件组合下凉水井滑坡的失稳分析515

14.2.7结论516

14.3库水涨落及降雨对茅坪滑坡稳定性的影响517

14.3.1滑坡概况517

14.3.2 数值分析内容518

14.3.3滑坡体当前状态的反演518

14.3.4茅坪滑坡失稳条件分析526

14.3.5结论529

14.4动态开采对白音华露天矿边坡稳定性的影响529

14.4.1工程地质概况529

14.4.2数值分析内容530

14.4.3不同开采深度对边坡稳定性的影响531

14.4.4不同弱层暴露宽度对边坡稳定性的影响534

14.4.5结论536

14.5锡林浩特胜利东二矿的破坏模式及破坏机理分析537

14.5.1工程概况537

14.5.2数值分析的目的及方案539

14.5.3数值分析过程及结果540

14.5.4结论542

14.6强震作用下唐家山顺层滑坡失稳过程再现542

14.6.1工程地质概况542

14.6.2计算模型及参数543

14.6.3计算结果分析544

14.7地震作用下涪陵五中滑坡的稳定性分析544

14.7.1滑坡概况544

14.7.2数值分析内容546

14.7.3滑移过程再现546

14.7.4治理后边坡的静力稳定性分析549

14.7.5治理后边坡的地震稳定性分析551

14.7.6结论556

14.8本章小结557

参考文献557

附录 组成无量纲量的方法558

索引561