高位远程地质灾害研究:回顾与展望

在全球范围内,高位远程地质灾害造成了多起群死群伤事件和特大经济损失,是特大型地质灾害防灾减灾科技攻关的难点。文章系统回顾了高位远程地质灾害的研究历程,认为常规的“高速远程滑坡”研究难以适应高山、极高山区复合型地质灾害防灾减灾的要求,提出了从高位失稳、远程成灾和风险防控全链条的高位远程地质灾害研究思路,探讨了高位崩滑启动源区的易灾地质结构特征和早期识别技术、高速碎屑流远程链动机理和边界层效应以及风险评估和防灾减灾问题。通过对青藏高原高山、极高山区的高位远程地质灾害研究,揭示了高位滑坡碎屑流势流体链动传递机理,以及紊流体和犁切体的边界层效应,提出可以通过改造高势能碎屑流体的边界层底坡、增大湍流边界层内湍动能的生成与组合障桩前死区范围的消能降险方法。最后,针对铁路、公路、水电工程、边疆城镇和国防建设的发展,讨论了复合型高位远程滑坡灾害的防灾减灾将面临的新挑战,提出了易灾地质结构孕灾机理、高位远程链灾动力过程和风险防控理论与技术等3方面亟待加强的研究方向。

地质灾害监测复杂场景下压电式雨量计精度标定及适宜性分析

降雨尤其是局地集中强降雨是诱发滑坡、泥石流等突发地质灾害的主要因素之一。据中国历史灾情统计,局地短时集中强降雨是泥石流的最主要诱发因素,同时降雨诱发型滑坡数量也约占滑坡总数的70%。目前,中国南方的春汛、梅汛提前和北方的秋汛延后,造成地质灾害数量增加、防范区域扩大、防御时段延长。因此开展雨量监测对滑坡、泥石流预警预报具有十分重要的意义。受野外监测场地地形地貌、植被和局地小气候等影响,雨量监测设备的精度、灵敏性、稳定性以及安装位置的科学性是精准预警预报的前提。文章基于翻斗式和压电式两种类型雨量计测定原理、技术参数、安装方法和运维方式的对比,开展室内模拟降雨环境和野外复杂场景试验,进行压电式雨量计精度测定及适宜性分析。结果表明:压电式雨量计误差范围在4%以内。在野外地质灾害监测复杂场景下,压电式雨量计无论是量程大小、测量精度,还是安装方式和后期维护,均较翻斗式雨量计更为适宜。

地质灾害承灾载体脆弱性评价方法研究

中国地质灾害严重,地质灾害承灾载体的脆弱性直接决定着灾害造成损失的严重程度,开展脆弱性定量评价方法研究具有重要意义。(1)本文构建了地质灾害承灾载体脆弱性评价指标体系,包括4个一级指标和19个二级指标。一级指标包括生命类、物质类、生态环境类和社会经济类指标。(2)以青川县为例,分别采用TOPSIS模型和加权求和模型,分别以乡镇单元和行政村单元为最小单元,开展了地质灾害承灾载体脆弱性评价,将青川县承灾载体脆弱性分为高、较高、中等、较低和低5个脆弱性等级。(3)两种模型评价结果对比显示,总体一致性较好,73%的区域脆弱性结果完全一致,27%的区域存在一个等级的差别;高、低脆弱性等级区两种模型结果一致,吻合度100%;较高和中等脆弱性等级区两种模型结果吻合度分别为86%和73%;较低脆弱性区两种模型结果吻合度略差,为54%。(4)两种单元评价结果对比显示,在总体规律上保持了较好的一致性。半数以上的乡镇单元与行政村单元脆弱性等级完全相同或总体一致;以行政村为评价单元的评价结果明显更加精细,原因在于不同行政村的各类指标值具有明显的差异性,而乡镇单元消除了各个行政村之间的差异。

基于高分影像与InSAR解译的西藏林芝则隆弄高位链式地质灾害发育特征分析

则隆弄沟位于西藏林芝米林县雅鲁藏布江右岸,属于震后影响区,因沟内地形陡峻、物源充足以及水源充沛,1950—2020年期间沟内高位地质灾害活动频繁,沟口村庄和桥梁长期遭受其严重威胁。根据现场调查与无人机航拍,结合多期遥感影像和InSAR数据,对则隆弄沟形成区高风险物源类别、数量以及流通区、堆积区的松散堆积物运动堆积特征进行解译,结果显示:目前则隆弄沟内形成区与流通区陡缓坡交界区域多级多期堆积有大量冰碛物松散物源,流动性较强,区域地质条件、地震活动、气象水文等因素为则隆弄高位链式地质灾害发生提供不稳定的物源结构、良好的临空条件和储藏平台、充足的势动能转换条件以及水动力条件。总结出则隆弄高位地质灾害链形成及演化过程为:高位冰崩(岩崩)-碎屑流-泥石流-堵江堰塞坝(湖)-洪水灾害,其长期具备高易发性和高危险性,后期应加强则隆弄沟高位地质灾害链的监测预警与风险防控。

西藏嘉黎断裂带沿线高位链式地质灾害发育特征分析

西藏嘉黎断裂带沿线高位链式地质灾害十分发育,多次在易贡藏布、帕隆藏布及雅鲁藏布江下游造成流域性灾害链破坏,如易贡高位滑坡灾害链、古乡高位泥石流灾害链、尖母普曲高位崩塌灾害链、米堆冰湖溃决灾害链等。本文基于实地调研,并结合前人资料,总结了嘉黎断裂带沿线高位链式地质灾害的成灾模式,认为其可划分为“高位崩滑-碎屑流-堵江-洪水灾害链”、“高位崩滑-堵江-洪水灾害链”、“高位泥石流-堵江-洪水灾害链”、“冰湖溃决灾害链”等4种类型。本文还从地质构造与地震、地貌与水系、冰川、气象等4个方面分析了高位链式地质灾害的孕灾条件,并对其成因及发展趋势进行了探讨,认为在当前条件下,随着全球变暖加剧和人类工程活动增强,嘉黎断裂带沿线高位链式地质灾害的发生将更加频繁。

西藏波密茶隆隆巴曲高位地质灾害类型及发育特征

茶隆隆巴曲位于帕隆藏布右岸,陡变地形孕育了大量高位地质灾害,威胁下游线性工程。采用多源、多期次高分辨率遥感数据,建立高位地质灾害遥感解译标志,厘定了研究区高位地质灾害类型,并详细阐述了其发育特征。结果表明,研究区主要地质灾害类型包括高位冰崩、高位崩塌、高位滑坡。其中高位冰崩发育3处,均位于沟谷上游南坡海拔5000 m斜坡,面积在15×104 m2以上。高位崩塌体发育19处,多分布于沟谷中游及上游主沟两侧高陡岸坡,北坡多于南坡。高位滑坡发育2处,位于沟谷上游,滑体以冰碛物为主。上述高位地质灾害在强震或强降雨作用下,极易发生失稳、堵沟,且堵沟后极易诱发洪水、泥石流等次生灾害链,对下游帕隆藏布造成堵江风险。

印度查莫利“2·7”冰岩山崩堵江溃决洪水灾害链研究

2021年2月7日,印度查莫利北部里希恒河发生高位冰岩山崩堵江溃决洪水灾害链,造成下游20 km外的水电站和桥梁设施破坏,死亡、失踪人口近200人。文章运用多期高分辨率遥感影像,对比分析了印度查莫利里希恒河流域高位冰岩山崩灾害发生前后滑源区、堆积区变化特征,初步探讨了山崩的运动过程。结果显示:2013年以前,崩滑体蠕滑位移量较小,其表面冰雪覆盖层裂缝发育不明显;2013—2017年,崩滑体蠕滑位移量显著增加,冰雪覆盖层可见多达62处大小不一的冰裂缝,最长513 m;2021年2月5日卫星影像显示这些冰裂缝已发生连接、贯通,最大宽度为15 m,并于2月7日发生失稳、破坏。据滑后遥感影像,该崩滑体由4组不同方向的大型结构面切割而成,面积约0.32 km^(2),平均厚度约为70 m,体积约23×10^(6)m^(3)。崩滑体失稳、解体后以碎屑流沿沟谷向下高速运动,受地形拦挡,部分碎屑颗粒在地形急变带堆积且形成堰塞坝。堰塞坝体溃决后,形成山洪灾害。

排水抗滑桩技术研究现状及展望

排水抗滑桩技术一方面可以克服传统抗滑桩不利于坡内渗流排水这一问题,另一方面也减少了竖向排水、抗滑等结构单独施作时的开挖工程量,并可充分提供水化热散热面,确保整体结构的质量,因此成为现代滑坡防治工程中重要的技术手段,也是近年来地质灾害、水文地质及地下工程等学科持续关注的新型技术。排水抗滑桩技术涉及流体力学和固体力学,以及水动力模型、结构模型、工程地质模型等,理论体系尚不够成熟,且存在空间结构组合相对复杂、施工技术难度较大等问题,其进一步推广应用受到制约,需要开展有针对性的现状总结研究。在查阅大量国内外相关文献、专利和实际工程应用的基础上,对现有排水抗滑桩结构(抗液化桩、空心排水抗滑桩、箱型排水抗滑桩等)特征及分类进行系统归纳,发现:结构上通常与集排水结构形成“渗-集-排”抗滑组合立体结构系统,主体抗滑形式多为桩型或键型,“渗-集-排”结构通常包括透水孔、辐射状渗水孔和排水花管;通过对典型应用实例的综合分析,指出排水抗滑桩虽已具有显著提高稳定性的优势,但距离其广泛应用和多元化发展还有一定距离。据此提出目前排水抗滑桩研究中施工工艺复杂、力学性能和排水特性不明晰、抗滑稳定性计算理论不完善、平面布置优化方法待加强等是今后该领域需要关注的重要科学问题和主要发展趋势,这些科学问题的解决不仅有利于完善排水抗滑桩力学和排水理论,而且有利于提升排水抗滑桩整体应用水平。

基于地面三维激光扫描的三峡库区危岩体监测

三峡水库周期性蓄水改变了岸坡内的地下水渗流场和应力场,降低岩土体的剪切强度,对库岸边坡、岩体稳定性影响很大。以往库区岸坡岩体形变监测主要通过设置固定点进行观测,难以发现岩体整体变化情况。地面三维激光扫描方法能获取岩体整体表面厘米精度的点云数据,具有无需接触目标、获取速度快、精度高等特点,非常适合库区高陡危岩体表面三维形变监测。以巫山箭穿洞危岩体为例,采用地面三维激光扫描方法对箭穿洞危岩体进行了为期2年(2017—2018年)共3期监测,以第一期观测目标周围稳定岩体数据为基准,对数据进行重叠点云迭代配准,点云配准精度优于±2.7 cm。针对箭穿洞危岩体在观测时段内的变化情况,构建危岩体区域的基准不规则三角网模型,以点到基准面最近距离法结合危岩体变化区间分析其变形。通过对比分析箭穿洞危岩体3期观测数据,发现相对于2017年,2018年箭穿洞危岩体左侧岩体有变形趋势;在库区蓄水阶段,危岩体局部多处存在明显凹陷变化,局部因蓄水影响发生约-0.03~-0.07 m变形。结果证明三维激光扫描技术在库岸高陡边坡形变监测中的有效性,为三峡库区高陡危岩体形变监测及地质灾害防治工作提供了参考。

全国地质灾害实时监测与风险早期预警系统应用示范

我国地形地貌和地质条件复杂,构造与地震活动强烈,气候类型多样,地质灾害突发、频发,截至2020年底,全国登记地质灾害隐患点32万余处,涉及威胁人口1,300余万,地质灾害监测预警是地质灾害防治工作核心的一环,2018年11月,既地质灾害监测预警科技创新研讨会后,国家启动了地质灾害监测预警技术研发攻关工作.在此背景下,中国地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心)牵头组织近30家企事业单位开展地质灾害监测预警实验工作,解决地质灾害智能监测预警"感-传-知-用"各环节中存在的"卡脖子"技术难题,形成系列具有自主知识产权的核心技术,并在全国2.5万处地质灾害隐患点进行运行实验,取得显著防灾成效.全国地质灾害风险早期预警系统技术框架如图1所示.

西藏笨多高位变形体遥感解译与危险性预测分析

以易贡藏布上游笨多高位变形体为例,结合野外地面调查、无人机综合摄影调查、光学遥感动态调查和数值模拟预判等方法,对笨多高位变形体的发育特征及其可能形成灾害链的危险性进行预测分析。研究结果认为:(1)笨多高位变形体位于断层内,岩体破碎、岩体结构面发育、强度较低。目前笨多高位变形体内强烈变形的小型崩塌体12处,裂隙64条。(2)根据InSAR解译结果发现笨多高位变形体共有两处变形区,其中BX1变形区域规模较大,且最大形变速率达到85 mm/a,一旦失稳下滑具有较高的堵江风险。(3)对变形体失稳后危险性预测分析可知,笨多高位变形体发生失稳后会堵塞易贡藏布,堆积体平均厚度为90 m,形成堰塞湖回水长度达25 km。坝体堵塞形成的回水区域对上游的忠玉村溃决后对下游村镇的威胁程度均较高。(4)根据堰塞体的风险特征,探讨了开挖泄洪洞排泄洪水的处理方案。

德钦县城直溪河泥石流成灾模式及运动过程模拟

云南省德钦县曾多次暴发较大规模的泥石流,是云南遭受地质灾害最严重的地区之一。根据直溪河泥石流的分区、物源、流体和堆积等特征,首先确定了直溪河泥石流的5种成灾模式:崩塌-碎屑流、岩质滑坡-碎屑流、土石混合体滑坡-碎屑流、松散堆积层-基岩接触面滑坡-碎屑流和松散堆积层内滑坡-碎屑流;其次,采用FLO-2D模型对直溪河在10年、20年、50年和100年一遇暴雨周期下发生泥石流时的运动情况进行模拟,定量分析了不同降雨重现期的最大流速、最大堆积深度、冲出沟口堆积距离和体积规模。结果表明:该泥石流暴发时具有启动加速度大、流速快、破坏力强、流通区长的特点;当100年一遇的泥石流发生时,其最大流速达到了3.07 m/s;最大泥深为2.27 m;泥石流冲出方量为84419 m^(3);致灾面积达到91600 m^(2)。研究结果可为直溪河泥石流灾害防治与治理提供数据参考,为德钦县防灾减灾工程设计提供依据。

黄河上游曲哇加萨滑坡“9·20”动力学过程模拟与分析

位于黄河上游的曲哇加萨巨型滑坡1985—2020年间发生多起不同程度的局部滑动,严重威胁国道G227及下方村民生命和财产安全。以2019年9月20日发生于曲哇加萨老滑坡东北段中前缘的H1滑坡为例,在野外调查、形变数据以及稳定性分析的基础上,研究了该滑坡的变形破坏特征,并通过动力学模拟进一步分析了滑坡的成灾范围,反演分析验证了1号滑面浅层滑坡按照摩擦流变模型运动后,将运动堆积到挡墙至军功路段国道G227和居民区,而预测分析发现欠稳定状态的2号滑面浅层滑坡运动后,将运动堆积到军功路至黄河段居民区,但不至于引起堵塞黄河灾害发生。研究结果可为黄河上游巨型滑坡的运动预测评价方法提供一定参考。