高位远程古滑坡既有变形特征和后续变形发展规律研究

为准确掌握特殊类滑坡的变形规律,基于滑坡变形监测成果,先通过统计分析掌握其既有变形特征,再利用SOA-MKELM-GRNN模型、M-K检验和Spearman秩次检验分别开展累积变形、变形速率及变形加速度的后续发展特征分析,旨在通过各类变形序列信息的深入挖掘来充分掌握高位远程顺层岩质古滑坡的变形规律。分析结果表明,在既有变形特征分析方面,各监测点的累积变形具有持续增加趋势,最大累积变形量已达205.51 mm;变形速率波动范围较大,且在1.0~2.5 mm/d区间的分布比例略大;加速度序列值则是前期相对较大,后期略小,即该滑坡在监测前期变形加速更强。在滑坡后续变形发展特征分析方面,累积变形仍会进一步增加,但变形程度存在一定差异,即后续变形速率与加速度的发展规律不一致,以C1和C3监测点的后续变形更为不利,后续可侧重于该段的变形监测。

青藏高原重大滑坡动力灾变与风险防控关键技术研究

青藏高原是全球地质环境最脆弱的地区之一,地质条件复杂,地壳隆升、高地应力、地震、冻融、暴雨等内外动力强烈,重大滑坡频发,链生灾害剧烈。滑坡问题已严重影响川藏铁路、水能资源开发等国家重大工程建设,威胁区域居民人身与财产安全。2018年金沙江上游连续发生的白格“10.10”和“11.3”滑坡堵江事件即为典型案例。然而,目前理论上对青藏高原重大滑坡的孕灾环境与成灾机制认识不清,技术上不能对重大滑坡进行早期识别和有效风险防控,不能有效地为该地区重大滑坡灾害的灾前防控、灾后救灾提供科技支撑。针对上述问题,以地质条件最复杂、内外动力作用最强烈、滑坡灾害最频繁的青藏高原东南三江流域为重点研究区,采用多学科综合交叉融合的方法,从滑坡的成因机制入手,破解其链生演化难题,提出早期识别与风险防控体系;通过解决青藏高原重大滑坡孕育的内外动力耦合作用机制、青藏高原重大滑坡及其灾害链的动力学机制等科学问题,以及青藏高原重大滑坡的遥感早期识别与监测、基于重大滑坡动力过程的动态风险评估与防控等技术问题,最终形成青藏高原重大滑坡成因理论、防控技术和综合减灾技术示范。

贵州关岭大寨高速远程滑坡—碎屑流研究

2010年6月28日,贵州关岭因突降暴雨发生高速远程滑坡,滑程约1.5km,体积约174.9万m^3,两个村组被毁,99人遇难。滑坡区位于西南地区常见的煤系地层区,上部为灰岩、白云岩,中部为相对较缓的砂岩地层,下部为页岩、泥岩地层,局部含煤,具有上硬下软的山体地质结构和上部富水下部隔水的水文地质结构,极易形成滑坡地质灾害。从地形上看,斜坡上陡下缓,形似＂靴状地形＂,上部陡峭地形导致山体易于失稳,而中下部开阔伸展良好的沟谷提供了远程的运动条件,较大的势能向动能的转化,容易形成高速远程滑坡—碎屑流。6月27日和28日的降雨是触发此起特大灾害的主要原因,其24h降雨量达310mm,超过了当地近60a来的气象记录,分析表明,降雨产生的沟谷径流量是平时强降雨（100～150mm·d^-1）的沟谷径流的2倍之上,一是在滑源区砂岩裂隙岩体中形成静水压力和渗透压力,触使滑坡的失稳下滑;二是在沟谷中产生地表径流,为碎屑流远程流动形成饱水下垫面,导致了碎屑流流动距离和速度的显著增加。近年来随着极端强降雨等灾害性天气的重现期缩短,高速远程滑坡造成的群死群伤特大地质灾害在我国呈逐渐增加趋势,应加强对这种灾害类型的调查与防范,特别是要进行滑坡安全避让范围和逃逸速度的研究。

西藏加查拉岗村巨型古滑坡发育特征与形成机理研究

青藏高原地质构造活跃,内外动力作用强烈,加之气候异常变化,区内大型滑坡发育。以雅鲁藏布江断裂附近新发现的拉岗村古滑坡为研究对象,在现场调查、槽探揭露、地质测年和工程地质分析等基础上,对其发育特征及成因机制进行了分析研究。研究表明,(1)拉岗村滑坡属巨型岩质滑坡,体积达3.6×107 m3,最大水平滑动距离约3050m,滑坡后壁与堆积体前缘高差达965m,最大运动速率达78.1m/s,具明显高速远程特征;(2)受冷冻风化和冰体"楔劈"作用影响,滑坡后部岩体崩裂,全新世以来气候变化冰川逐渐消退,融雪降水入渗加剧劣化岩体结构,降低岩体强度;(3)根据14 C和10Be测年结果,拉岗村古滑坡形成于距今4140~9675a,沿雅鲁藏布江断裂发生的强震可能是该滑坡的直接诱因,岩体受到地震抛掷力作用,原有节理裂隙和新生破裂面发生张剪-拉裂破坏迅速贯通,首先沿断裂附近碎裂结构岩体发生破坏,上部岩体随之失稳并高速下滑。该研究可为认识青藏高原断裂带内大型古滑坡的形成机理提供借鉴。

高速远程崩滑及其形成条件初探

高速远程崩滑所造成的地质灾害极为严重,波及范围大,早已引起国内外工程技术人员的关注。2008年5.12汶川8级地震所诱发的崩塌和滑坡数以万计,其中高速远程崩滑数量虽不多,但是灾害严重。与一般崩塌和滑坡相比,高速远程崩滑的形成条件究竟有何差异?为了预测高速远程崩滑灾害的严重性和波及范围,以便为国土规划和防治对策设计提供依据,作者依据本人的工程实践经验并搜集分析了国内外所发生的高速远程崩滑实例,在前人研究的基础上,总结了高速远程崩滑的特征,系统地分析了影响高速和远程的因素。本文在考虑地震、降雨、地下水、采矿活动等因素作用导致斜坡失稳启动前提下,从崩滑体特征及其所处地质环境出发,提出形成高速远程崩滑必须同时具备以下3个条件:(1)崩滑体规模巨大,体积在106 m3以上;(2)剪出口高悬,高差达数十至数百米;(3)存在有利于动体运动的地形条件。这为进一步预测高速远程崩滑的空间分布提供了重要的研究内容。

贵州省六盘水水城高位远程滑坡流态化运动过程分析

高位远程滑坡是中国西南山区常见的一类灾难性地质灾害,其发生往往伴随有碰撞解体效应,导致滑体碎裂化,转化为碎屑流或泥石流,具有流化运动堆积的特征。2019年7月23日发生于中国贵州省六盘水市水城县的鸡场镇滑坡是典型的高位远程流态化滑坡,滑坡前后缘高差430 m,水平运动距离1340 m,堆积体体积200×10^4m^3,导致21幢房屋被掩埋,51人遇难。基于野外详细调查和滑前滑后地形对比,采用DAN-W软件对水城滑坡的整个运动堆积过程进行了模拟,结果显示:水城滑坡在滑源区残留堆积体厚度最大为27 m,堆积区最大堆积厚度为15 m,滑坡碎屑流前缘最大运动速度为27 m/s,最大动能为6.57×10^6J;滑坡高位剪出,由于势能转化为动能,滑坡快速达到速度峰值,并铲刮地表松散土层;由于强降雨,滑体高速运动使基底孔隙水来不及排出,导致基底摩擦力下降,降低能量损耗,滑体解体促进颗粒流化运动,减少了摩擦,也是滑坡远程运动的重要原因。

贵州水城“7.23”高位远程滑坡冲击铲刮效应分析

以2019年贵州水城“7.23”滑坡为例,采用现场调查、无人机航测和数值模拟技术,分析了滑坡的运动过程和冲击铲刮特征,结果表明:(1)水城“7.23”滑坡属典型的高位远程滑坡,滑体高位启动后冲击下方凸起山脊,铲刮地表残坡积土层,并解体形成碎屑流,最大铲刮深度可达11 m;(2)模拟结果显示,滑坡运动最大速度为30 m∙s^-1,最大动能达8900 kJ,铲刮体积达46×10^4 m^3,最终体积为116×10^4 m^3,灾害放大效应明显;(3)水城滑坡的冲击铲刮过程可分为冲击嵌入→剪切推覆→裹挟混合三个阶段。

陕西泾阳南塬蒋刘4~#滑坡运动堆积特征及流动性成因分析

自1976年引水灌溉以来,泾阳南塬黄土滑坡频发。2016年3月6日发生的蒋刘4~#滑坡呈近流体状高速远程运动,并呈长带状堆积于前缘平坦地面。其独特的运动堆积特征与该区其他类型滑坡差异显著,具有一定的特殊性。本文基于野外地质调查,通过无人机航测、现场含水率试验以及室内试验等手段,对蒋刘4~#滑坡进行分析研究。结果表明:(1)滑坡呈高速远程运动、长带状堆积,堆积体天然密度表现出从斜坡坡脚至前缘陡坎先增大,越过陡坎后明显减小的趋势;(2)滑源区黄土以粉粒为主、黏粒含量较少的粒组成分以及黄土中次生矿物含量较高是蒋刘4~#滑坡形成的物质基础;(3)大面积灌溉以及引水渠漏失严重造成大量水体下渗,该区S5古土壤层形成的相对不透水底板为上层滞水聚集创造了条件,使近底板上覆黄土处于饱水状态,导致斜坡稳定性降低;(4)地貌上剪出口位置较高,滑体潜在势能大,坡脚人工开挖的多级陡坎为滑坡高速远程运动创造了有利条件。蒋刘4~#滑坡规模较小但流动性显著,作为近年来蒋刘一带滑坡发展演化的主要类型,研究其运动堆积特征及流动性成因,为科学防治滑坡具有一定指导意义。

考虑滑床摩擦弱化的大光包滑坡运动机制DDA数值模拟研究

2008年汶川发生M S8.0级地震,此次地震触发了大约20万处滑坡,其中大光包滑坡是汶川地震触发的最大规模的滑坡,其复杂的高速远程运动机理引起了国内外学者的广泛关注。本文结合热分解及动态结晶将地震中断层间摩擦弱化机制(闪速加热导致热分解及粉末润滑)运用于大光包滑坡高速远程运动的模拟。本文通过修改非连续变形分析(DDA)程序中强度参数的输入方式,以基于速度变化的强度参数取代原DDA程序中的常数强度参数,进而实现了摩擦系数随接触两侧相对速度变化的动态调整。运用修改后的DDA对大光包滑坡的运动过程进行模拟。模拟结果表明滑床摩擦弱化是导致大光包滑坡高速远程运动特征的重要原因,修改后的DDA由于考虑了滑床摩擦弱化能够更加合理地模拟滑坡的高速远程运动特征,本文模拟的大光包滑坡在地震作用下失稳后,由于滑床摩擦弱化,更多的能量转化为动能,高速滑体掠过黄洞子沟后,爬上对面的平梁子,最终由于平梁子的“急刹车”作用,滑体停止运动。与修改前DDA相比,修改后的DDA对大光包滑坡运动过程和最终堆积形态的模拟结果与已有文献记载和野外调查结果相吻合。这也间接证明了大光包滑坡滑动过程中由于白云岩间摩擦闪速加热导致热分解及粉末润滑造成的摩擦系数降低,可能是造成大光包滑坡高速远程运动的重要原因。

青藏高原高位远程滑坡动力学研究的新问题

高位远程滑坡动力学机理的研究一直是国际地质灾害领域的难点问题。在青藏高原,由于地质条件复杂,高位远程滑坡表现出更为复杂且强烈的动力作用,出现超高位超远程的链式成灾模式。文章针对青藏高原高位远程滑坡所表现出的三种突出动力学效应--—动力破碎效应、动力侵蚀效应以及流态化效应,从地质特征调查、物理模型试验、数值分析三个层面进行了系统性的综述。针对青藏高原高位远程滑坡目前的研究现状提出了下一步要解决的三个关键科学问题:极端地质环境下高位远程滑坡机理研究、基于尺寸效应的模型试验新方法研究和高位远程滑坡流域性灾害链研究。这些问题将为高位远程滑坡动力学机理的研究和服务工程建设中高位远程滑坡灾害的防灾减灾提供科学依据。

贵州省水城县“7·23”灾难性滑坡形成机制研究

2019年7月23日21时20分,贵州省水城县鸡场镇发生灾难性山体滑坡,造成21幢房屋被埋、43人遇难、9人失联。查明该滑坡的特征和形成机制,是解决此类灾难性滑坡早期识别问题的关键。本文采用野外调查和数值分析等手段,在分析了滑坡基本特征和滑坡体结构的基础上,计算公路切坡和持续强降雨因素对滑坡稳定性的影响,进而探讨其形成机制。研究表明:水城滑坡为高速远程滑坡-碎屑流,分为滑源区、铲刮-堆积混合区和主堆积区;滑坡孕育地质体为玄武岩强-全风化层和部分中风化玄武岩,其特殊岩土结构是滑坡发生的内在因素;强降雨和公路切坡为滑坡的关键诱发因素;滑坡主要为强风化层整体失稳,同时存在岩质锁固段的被剪切破坏,为岩土复合型滑坡,其突发性体现为岩质锁固段的突然剪断;滑坡启动机制为滑源区上部牵引滑动-下部推移剧滑。

强降雨条件下碎屑岩滑坡远程运动模拟分析--以牛儿湾滑坡为例

中国西南砂泥岩地层山区在强降雨条件下频发远程滑坡灾害,是防灾减灾领域亟待解决的关键问题。以2020年7月13日重庆武隆牛儿湾滑坡为例,通过无人机航飞、野外调查和地质条件分析等手段,运用PFC 3D模拟,对中国西南砂泥岩地层山区强降雨条件下流化滑坡远程运动成灾模式开展研究。研究结果显示:独特的地层结构(上部为第四系残坡积土,下部为砂泥岩)是导致滑坡顺层失稳,并远程流化运动的根本原因;强降雨条件是导致滑坡深层失稳、整体下滑,同时使表层残破积土层饱水流化远程运动的关键影响因素;顺层滑坡远程流化成灾模式主要表现出下层整体滑移、中层粗细颗粒混合和上层饱水流化的特征,流化过程可分为整体高位失稳—混合加速—运动流化堆积三个阶段。基于以上研究,认为砂泥岩地层山区的远程流化滑坡风险调查与预测过程应当充分基于滑体远程流化运动的成灾特点进行调查与评价,以此为防灾减灾提供定量化科学依据。

高速远程滑坡沿程速度演化与冲击力分布研究——以三溪村滑坡为例

滑坡的运动速度是研究其致灾机制的关键因素,滑坡对建筑物的冲击力是评判其致灾强度的重要指标。对于灾难性高位远程滑坡而言,速度和冲击力是导致建筑损坏和人员伤亡的关键因素,由于灾难性滑坡的突发性、隐蔽性,以及目前现场监测技术的局限性,对其运动速度和冲击力的实时监测存在较大的难度。本文以三溪村为例,利用三维离散元软件PFC,结合无侧限单轴压缩试验进行参数标定,模拟三溪村滑坡启动、下滑、堆积和冲击山区房屋的整个过程。研究结果表明:(1)受地形影响,前缘右侧、中部、左侧岩土体峰值速度存在差异,中部岩土体呈现最大的峰值速度;(2)前缘右侧岩土体滑坡初始阶段呈现最大的加速度,前缘左侧岩土体减速阶段呈现最大的加速度;(3)滑坡冲击力时程关系呈现为单峰特征,冲击过程可划分为动态冲击阶段和准静态堆积阶段,且峰值冲击力与房屋距滑源区距离成反比。在三溪村滑坡的堆积阶段,山区房屋主要承受滑坡岩土体的静态堆积作用。建立的冲击力-时程演化关系、峰值冲击力-运程分布关系和峰值冲击力-速度的关系,可为山区建筑防灾减灾治理工程提供参考。

藏东南高位远程滑坡动力学特征及研究难点

藏东南地区地理位置特殊、地形地貌独特、水力资源丰沛、战略地位重要,规划建设有诸多重大战略性基础设施和建设工程。受构造性隆升、地震活动、海洋性冰川、立体气候和人类工程活动等内外动力因素影响,该区域内密集发育高位远程滑坡地质灾害,严重威胁重大工程的安全运营。高位远程滑坡具有隐蔽性强、冲击力大、致灾范围广等特点,使得当前的研究面临“起滑机制不清、灾变机理不明、运动预测不准”的挑战,亟需解决复杂地质环境下高位远程滑坡具有的超高起滑势能、超强运动特性和超大致灾能力3个方面的科学问题,有待揭示藏东南地区孕灾环境特征和滑坡分布规律、高海拔脆性岩体起滑机制、高位崩滑体运动形态转化机制和崩滑体流态化远程运动机制等研究难点。基于这些成果构建的高位远程滑坡动力学将有助于指导藏东南重大工程规划建设中地质灾害风险防范的理论依据,对藏东南地区可持续发展具有重要的现实意义。

洪雅县柳江镇赵河村13组铁匠湾突发高位远程崩滑灾害链成因机制分析

洪雅县柳江镇赵河村13组铁匠湾突发“高位远程崩滑”,本文结合调查和监测结果,对灾害链成因机制及成灾模式进行分析,认为该灾害是在高陡地形、破碎岩体、降雨等作用下形成“高位远程崩塌→块石冲击→加载诱发斜坡形成滑坡→块石在斜坡表层滚动、铲刮斜坡解体形成碎屑流→降雨汇流后水流对松散堆积体冲刷、挟裹和运移形成泥石流→泥石流淤堵主河形成堰塞湖”灾害链模式。

陕西泾阳南塬多序次黄土滑坡演化特征及成灾模式

陕西泾阳南塬自1976年引水灌溉以来黄土滑坡频发,调查发现,塬边黄土滑坡表现出明显的多期次滑动特点,且随着灌溉的持续,滑坡类型也在发生变化。以野外详细地质调查为基础,结合无人机航拍等技术手段,重点研究了蒋刘滑坡和庙店滑坡2个具代表性的多序次黄土滑坡,依据滑坡的运动堆积特征将泾阳南塬黄土滑坡划分为低位挤推式、高位堆积式和高位滑出式黄土滑坡3种类型,并详细阐述其成灾模式。结果表明:低位挤推式黄土滑坡大多是在20世纪80年代大面积引水灌溉的基础上,黄土层底部长期浸水形成软弱基座从而产生的较大规模的黄土滑坡,因剪出口多低于地表,滑坡高速运动推挤前缘阶地在地表形成波浪状地形,内部则形成复杂的逆冲推覆等小型构造;高位堆积式黄土滑坡大多为第一期滑坡后壁的浅表层滑动或崩塌,受第一期滑坡后缘平台或凹陷的阻挡,具体积小、滑距短等特点;高位滑出式黄土滑坡为近年来蒋刘村一带滑坡发展演化的主要类型,受该区S5古土壤层形成的相对不透水底板影响显著,该类滑坡具有剪出口较高、高速远程运动、流动性显著等特点,后两类滑坡可随着地下水文条件的改变而交替出现。

考虑颗粒状态转化的高位远程滑坡数值模拟方法

高位远程滑坡运动过程复杂,滑体状态多变,动力学机制和反演预测技术一直是防灾减灾研究中的重点和难点问题。通过调查分析、理论研究和数值技术研发,揭示高位远程滑坡运动过程中基于密集程度的多态转化动力过程,综合SPH和DEM算法提出基于动力学本构转化的滑坡后破坏(LPF3D)数值模拟方法。研究结果显示:(1)通过实际滑坡视频分析和颗粒滑槽试验记录,认为滑坡运动中具有一定空间效应,滑体颗粒呈现了浓密态、稀疏态、超稀疏态,颗粒状态是时刻变化和相互转化的;(2)采用体积分数作为离散颗粒数量和颗粒状态转化的判别标准,提出不同动力学本构求解滑坡运动中不同状态的数值计算方法和临界体积分数取值;(3)基于多态转化理论的宏观连续介质算法反演了重庆武隆鸡尾山滑坡碎屑流实际案例,模拟结果同实际堆积结果基本一致;(4)LPF3D数值模拟方法在计算滑坡后破坏的运动过程,实现了颗粒状态转化和满足实际颗粒数量的高效计算,并提高了计算收敛稳定性,计算优势明显。综上研究,认为在高位远程滑坡风险调查与动力过程研究分析中,应当充分考虑滑体颗粒状态变化和实际颗粒数量的影响,滑坡后破坏LPF3D数值模拟方法为高位远程滑坡的风险评估预测提供了高效和定量化的可选方法。

高位远程岩质滑坡动力解体效应研究

高位远程滑坡具有较大的坠落高差和势动能转化空间,动力解体效应尤为明显,是防灾减灾领域研究中的难点问题之一。通过离散元数值模型试验,深入分析滑体结构面密度、结构面强度对滑体动力解体效应的影响,揭示高位远程滑坡-碎屑流的动力解体机制。结果显示:(1)高位岩质滑体运动过程中动力解体模式主要分为两种类型:差速运动的主动解体和冲击碰撞的被动解体;(2)岩体结构面密度、结构面强度是决定高位岩质滑坡解体向碎屑流转换的根本原因;(3)动力解体过程体现了滑体岩块能量转化和消耗,摩擦耗能、非弹性形变耗能和解体耗能是主要耗能方式,其中摩擦耗能为主导的能量消耗,占比超过50%;(4)滑体解体后前部岩石块体具有显著的速度传递现象,解体程度高的滑体比解体程度低的滑体速度传递现象更加明显。基于上述研究结果,认为在高位岩质滑坡风险调查与预测过程中,应当充分进行岩体结构面特征调查与评价,并在高位远程灾害链风险评估中充分考虑动力解体效应的影响。

分形粒径分布对颗粒流粒径分选的影响规律

高速远程滑坡反粒序及其形成机制是目前研究的热点问题,为进一步探讨该问题,以高速远程滑坡分形粒径分布特征为依据,通过物理模型实验与数值模拟方法,研究不同分形维数颗粒流堆积体的粒径分布特征及其对应的颗粒分选过程,结果表明:随着颗粒流分形维数的增大,细颗粒含量的增加,颗粒流运动过程中不同粒径颗粒的分选作用减弱,导致堆积体中反粒序的发育程度降低;在不同粒径组成条件下,颗粒流前缘及尾部主要呈离散态运动,中部则以密集态为主,仅表面局部颗粒发生离散,颗粒流堆积体中反粒序的形成是多种分选机制综合作用的结果。基于结果分析,高速远程滑坡运动过程中整体不具备颗粒分选的条件,仅在局部范围内可能存在颗粒分选作用。