东河口高速远程滑坡-碎屑流全程动力特性模拟

高速远程滑坡-碎屑流具有速度快、滑程远、冲击破坏力强等特点,是一种危害性极大的地质灾害,往往会造成严重的生命财产损失。汶川地震后,国内学者对高速远程滑坡-碎屑流的研究取得了大量前瞻性成果,但由于此类滑坡自身的复杂性,目前为止尚未取得公认的研究成果。为了进一步揭示高速远程-碎屑流效应机理,本文以汶川地震触发的青川东河口滑坡-碎屑流为例,通过滑坡动力分析软件DAN-W分别建立了摩擦模型、Voellmy模型和F-V等3种不同的滑坡数值模型,对东河口滑坡-碎屑流的运动距离、不同时刻运动速度特性、堆积物分布规律及滑坡堆积体积进行了模拟,同时对滑坡运动时间进行了估算。模拟结果表明:根据高速远程滑坡-碎屑流不同运动阶段选择不同的流变模型分析的结果更加合理。摩擦流变模型对运动距离的模拟结果小于滑坡的实际滑程,适于模拟滑体整体性好的启程和近程运动阶段; Voellmy 流变模型对滑体的运动距离模拟效果很好,但对速度的分析结果偏大,适合模拟滑坡远程碎屑流运动阶段; F-V双流变模型对滑坡运动特性模拟效果最佳,并给出了选取东河口滑坡-碎屑流数值模型的最佳流变参数,摩擦角φ=18°,摩擦系数μ=0.1,湍流系数ξ=400m·s-2。     

灾难性地震和降雨滑坡的体积与运动距离研究

为预测和评价灾难性滑坡的致灾机制,基于国内近年来地震和降雨诱发的灾难性滑坡资料,对地震和降雨滑坡的等价摩擦系数H/L、最大水平运动距离L、最大垂直运动距离H与滑坡体积V的关系进行分析。研究灾难性地震和降雨滑坡的远程运动特征以及不同规模滑坡最大水平运动和垂直运动的优势距离。研究结果表明,滑坡的H/L、L、H与V具有幂律关系,其中H/L与V具有负幂律关系,L、H与V具有正幂律关系。同一规模等级的地震和降雨诱发灾难性滑坡的水平和垂直运动距离不同。以H/L＝0.42作为滑坡远程运动的标准,地震诱发的灾难性滑坡与滑坡远程运动的关系较小,而降雨诱发灾难性滑坡与滑坡的远程运动的关系较大。根据滑坡运动距离的累积分布表,以80%滑坡的运动距离所分布的范围,建立了滑坡不同规模等级的优势运动距离区间,同规模等级的地震滑坡和降雨滑坡在水平和垂直运动的优势距离区间上存在差异。灾难性滑坡的运程不仅受滑坡体积的控制还与其诱发机制相关,其研究成果可为由地震和降雨诱发的灾难性滑坡的致灾区域和致灾强度的预测和评价提供参考依据。     

浙东南山区高速滑坡形成原因和致灾方式研究

为加强浙东南山区滑坡灾害防治工作,在分析该区山外高速滑坡和南充高速滑坡的物质结构和和运动特征的基础上,总结该区高速滑坡的形成原因、致灾原因和致灾方式.高陡原始地形伴随人工切坡,岩体超深风化,台风引起超强降雨.以及峰残强度降差形成滑坡;高速和远程是致灾的主要原因;致灾方式包括堆积掩理、抛洒冲击和气浪推掀.     

高速远程滑坡运动堆积过程中的能量传递机制

高速远程滑坡往往引发灾难性事故,开展运动堆积过程定量研究,对于探究滑坡发生机理及预测致灾范围具有重要意义.基于室内物理模型试验,通过PIV技术分析高速摄像机在试验过程中拍摄的照片,获取了运动过程中滑体颗粒的水平速度、竖直速度与位移等运动参数.从滑体颗粒群和不同位置处单体颗粒角度,分析高速远程滑坡的运动演化规律.结果显示:（1）滑体颗粒前端出现高速区,该高速区随着滑坡停止具有一定的保持性.颗粒间存在明显的碰撞现象;（2）从不同位置单体颗粒来看,前部颗粒位移量最大,速度波动频繁,碰撞频次最高,能量多次补充;中部颗粒位移量其次,速度有波动过程,但不及前部频繁;后部颗粒位移量最小,速度基本呈递降趋势,能量逐渐减小.结合重庆鸡尾山滑坡以及Black Rapids Glacier滑坡实例分析,揭示了高速远程滑坡运动堆积过程中滑体颗粒间存在碰撞及能量传递现象,从而进一步探究高速远程滑坡形成机制,在监测预防、灾害治理等方面具有现实指导意义.      

元阳梯田滑坡泥石流灾害链致灾模式研究

以元阳梯田滑坡泥石流灾害链为研究对象,以野外精细化调查为基础,结合室内试验模拟,对试验中滑坡泥石流演化过程和基质吸力变化进行分析,对灾害链致灾模式展开研究。试验共设置两种工况共3组试验,其中暴雨工况试验共进行了两次,挑选试验结果较好的一次工况进行分析,试验结论为灾害治理和区域减灾提供依据。研究结果表明,滑坡泥石流灾害链致灾过程极为复杂,降雨使得坡面碎石块大量出露之后,地表水流速也会逐渐降低,更有利于地表水入渗,梯田边坡受持续强降雨影响发生滑动后演化为泥石流继续沿梯田区运移,上部坡体形成巨大临空面,不稳定性增加,相比于持续暴雨而言持续中雨诱发坡体滑动所需时间更长,滑坡破坏力相比暴雨偏小,该灾害链致灾模式分为滑坡致灾和泥石流致灾,前者破坏力较大,后者影响范围较大,且不同区域致灾程度差别较大。     

安徽怀宁县崩塌、滑坡和泥石流孕灾地质条件特征研究

本文以安徽省怀宁县崩塌、滑坡和泥石流孕灾地质条件为研究对象,在分析怀宁县以往地质灾害调查成果基础之上,进行总结性分析研究,阐述了崩塌、滑坡孕灾地质条件和泥石流孕灾地质条件的基本特征,初步分析了地质灾害的形成机理.研究认为,不同地质条件对地质灾害的控制方式和影响程度不同,区内崩塌、滑坡孕灾地质条件按影响程度由大到小为地形地貌、易崩易滑地层、致塌致滑构造、工程地质岩组、斜坡结构、风化程度和大气降水等七类,泥石流孕灾条件为局部特殊汇水地形地貌条件、山坡中下部松散堆积物物源条件和持续大暴雨带来的水源条件等三类.本文研究成果可为后期怀宁县地质灾害风险调查评价工作提供重要依据,同时也为同行在孕灾地质条件调查和研究方面提供一定价值的参考.     

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。     

四川泸定昔格达组滑坡灾害运动过程模拟分析

四川泸定昔格达组以半成岩为主,工程地质特性复杂,在高陡斜坡中常发生浅层蠕滑变形,在强降雨作用下失稳后可转化为泥石流。本文以四川省泸定县海子坪环环村滑坡为例,基于遥感解译、地面调查、数值模拟等方法,对滑坡发育特征、潜在失稳模式和滑坡-泥石流运动过程进行分析。结果表明,环环村滑坡主要发育于昔格达组内,以深度3～5 m的浅层变形为主,整体处于蠕滑变形阶段。滑坡平面上分为强变形区(A区)和弱变形区(B区),体积分别约为5.5×10⁴m³、5.8×10⁴m³,在不同降雨条件下,存在仅有A区下滑和A区牵引B区一起下滑并转化为沟道泥石流2种致灾模式。当仅有A区失稳下滑时,最远运动距离可达1325 m,最大堆积厚度为5.2 m,最大运动速度41.6 m/s,滑坡破坏沟口居民区及道路。当A区和B区同时失稳下滑时,最远运动距离可达1345 m,最大堆积厚度为7.7 m,最大运动速度为44.3 m/s,滑体最远能够冲至河流对岸,形成高约3 m的滑坡坝。研究结果对于深化浅层滑坡-泥石流远程致灾效应的认识和防灾减灾具有一定的...     

基于岩体结构特征的高速远程滑坡致灾范围评价

高速远程滑坡的演化机制与运动过程受控于岩体结构.以重庆市武隆县鸡尾山滑坡为例,采用地面激光扫描技术,获取岩体结构面几何信息,基于离散元数值模拟方法,考虑岩体结构特征,分析高速远程滑坡演化过程及其致灾范围.研究结果表明:(1) 岩体结构特征由岩体内部发育的结构面所决定,针对点云数据开展空间几何计算与聚类分析,可以快速精细地获取岩体结构面产状信息,从而进行岩体结构面识别与组别划分;(2) 将岩体结构特征评价结果导入离散元模型中,能够实现高速远程滑坡致灾范围的快速评价目的,并且取得了与实际滑动距离较为吻合的结果.      

论崩塌滑坡—碎屑流高速远程问题

高速远程崩塌滑坡—碎屑流具有规模大、速度快、滑程远、多态化、常转向、冲程多、冲击性和摧毁性等特征。崩塌或滑坡高速远程实质上是其解体后的碎屑流运动形式。碎屑流高速远程与崩塌滑坡规模、物质成分结构、地形高差、沟道形态和引发因素及运动路经的环境等因素密切相关。崩塌滑坡变形破坏形式一般显示为蠕动—拉裂—剪断—滑移—冲出—解体—碎屑流化的过程。崩塌滑坡形成机理主要基于残余强度、蠕变作用和孔隙水压力等理论认识进行解释。碎屑流运动机理主要立足于势能动能转化传递、气体浮托和颗粒流运动理论予以解释。动势能转化、气体浮托作用和颗粒流运动三种解释是层次不同、相互补充的关系,不是彼此独立的。基于成年人在复杂地形下能够奔跑逃生,崩塌滑坡—碎屑流前锋的运动速度5m/s作为高速运动的下限值是比较合理的。崩塌滑坡—碎屑流区域的前后缘高差(H)与前后缘水平距离(L)的比值小于0.4或L/H值大于2.5可作为其远程运动的判据。崩塌滑坡—碎屑流成灾模式包括直接压覆、解体推挤、碰撞冲击、气浪吹袭、激流涌浪、堰塞湖淹没与滑坡坝溃决—洪水泥石流等多种形式。     

沟谷地形参数对滑坡运动距离的影响研究

滑坡运动场地上的沟谷地形,对滑坡运动产生约束、偏转、导流、阻止等作用,导致了滑坡运动距离的差异。根据滑坡滑源区、运移区的运动方向与沟谷堆积区延伸方向的夹角,将沟谷型滑坡划分为沟谷顺直型和沟谷偏转型两种类型。通过建立滑坡体积、沟谷地形参数与运动参数的非线性回归模型,分析体积及地形参数变化率对沟谷型滑坡运动距离变化的影响特征。研究表明:随体积增加,沟谷顺直型和沟谷偏转型滑坡的运动距离差异逐渐增大。体积作为滑坡运动距离的显著性因素,其原因在于滑坡体积在数量级上的差异,而在同一数量级内,体积变化仅对沟谷型滑坡最大水平运动距离变化的影响最大;滑源区和沟谷堆积区坡度的变化对垂直运动距离和堆积区水平运动距离影响大于滑坡体积。偏转角度对沟谷偏转型滑坡运动距离的影响较小,其原因在于沟谷区地形坡度显著影响了偏转角度对滑坡运动距离的作用。研究结果为沟谷型滑坡的致灾程度评估提供了参考依据。      

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。     

基底侵蚀对高速流动性滑坡运动性影响的模拟分析

高速流动性滑坡运动距离远,破坏性强。这类滑坡在运动过程中常裹挟大量的松散物质,导致滑坡的体积和致灾范围增大,该现象被称为基底侵蚀效应。以往的研究指出基底侵蚀效应对这类滑坡的运动性有显著的影响,但却很少有研究考虑其对滑体性质的影响,以及如何对其进行量化。因此,本文基于动量守恒原理建立了考虑基底侵蚀效应的滑坡运动模型,利用有限差分法求解,并依据滑坡的侵蚀深度来计算侵蚀导致的滑坡性质变化。利用改进的模型对陕西泾河南岸的西庙店滑坡进行模拟分析。结果表明,滑坡运动可分为启动加速阶段（0~5 s）和运动减速阶段（5~14 s）。在启动加速阶段,基底侵蚀程度低,对滑体运动的影响较弱。而在运动减速阶段,基底侵蚀效应降低了滑带土强度,对该滑坡的运动产生了明显的促进作用,致使其发生远程运动。此外,对比考虑和不考虑基底侵蚀两种工况的模拟结果还发现,考虑这种影响时,模拟所得的运动范围及地形与实测吻合良好,而未考虑时模拟所得运动范围明显偏小。因此,本文的模型可对这类滑坡的运动过程进行更为有效的模拟。     

滑坡-碎屑流物理模型试验及运动机制探讨

滑坡-碎屑流由于高速、远程的特点常常引发灾难性事故,其复杂的运动机制导致预测致灾范围非常困难。通过开展室内模型试验,研究了碎屑粒径、滑床糙率和挑坎对运动特性的影响。试验结果发现,滑坡碎屑运动距离受控于前端碎屑,且随着碎屑的粒径增大而增加,增加滑床糙率、挑坎均可使碎屑的运动距离减小。在前人研究成果的基础上结合碎屑材料的力学特性探讨了滑坡-碎屑流出现流态化的原因和高速远程机制,即高速运动中颗粒间的作用力远小于完整岩体,因此颗粒间的“黏聚力”不能维持滑坡体的整体性,同时致使滑坡体与滑床接触的过程中传递至滑坡体内部的摩阻力减少,从而导致碎屑滑坡的远程结果。     

陕西泾河南岸大堡子高速远程黄土滑坡运动过程模拟

高速远程滑坡具有速度快、运程远的特点,一旦发生,人员逃离十分困难,往往造成严重灾难,因此对这类滑坡展开研究具有重要意义。对已发生滑坡运动过程进行参数反演和模拟可为潜在高速远程滑坡的预测提供借鉴。因此本文以陕西泾河南岸大堡子高速远程黄土滑坡为例,在野外调查测绘和室内试验的基础上,利用Sassa的滑坡运动模型对该滑坡运动过程进行模拟分析。结果表明,滑坡体最大平均速度为9.56m·s-1,具有高速运动特点,运动持时为24.5s,滑坡运动过程可分为启动加速阶段（0~5.7s）和运动减速阶段（5.7~24.5s）,加速阶段平均加速度为1.68m·s-2,减速阶段加速度为-0.51m·s-2,加速过程比减速快3倍左右。滑坡区高陡地形和黄土高结构强度为滑坡高速运动提供条件,开阔阶地地形以及阶地砂砾石层近饱和含水条件决定滑坡远程运动特点。     

复合型滑坡固液耦合过程数值模拟分析——以无山坪滑坡为例

固液耦合作用是碎屑流向泥石流转化形成复合型滑坡灾害的关键因素, 会导致成灾范围和规模放大, 是防灾减灾领域研究中的热点和难点问题之一。文中采用自主研发的滑坡后破坏数值模拟平台(LPF3D, Landslides post failure 3D), 以2014年9月强降雨诱发的重庆奉节无山坪滑坡为例, 探讨了滑坡在水动力作用下远程成灾的动力过程, 揭示了固液耦合影响机制。研究结果显示: 水动力作用在滑坡运动过程中主要体现为液化和拖曳两种, 两种力学作用的增程效应明显, 往往使得碎屑流转化为泥石流, 导致远程成灾; 基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的两相耦合计算模型, 考虑流体状态方程、固体黏塑性本构方程和相间作用力的共同影响, 基本还原了强降雨条件下重庆奉节无山坪滑坡两相运动过程; 数值计算结果显示无山坪滑坡最大运动速度为34 m/s, 最大堆积厚度为21.5 m, 堆积面积为0.12 km2, 最远运动距离为1300 m, 模拟结果同实际滑坡的堆积形态基本一致。综上认为, 在高位远程滑坡风险调查与预测过程中, 需充分考虑强降雨工况下孔隙水压力和固液相间作用, 基于LPF3D方法的数值模拟为高位远程滑坡的风险定量评估提供了依据。      

超大型滑坡动力学问题研究

超大型滑坡系指体积在100万m~3以上的滑坡,这类滑坡大多具有极高的滑速和极远的滑程,在平缓的地面上,滑速有的超过100km/h,滑程达到几km、十几km,通过远程和高速及其引起的气浪、水浪和泥石流化将不安全区扩展到滑坡形成区以外极远处,致     

九寨沟震区“6·21”泥石流成因与致灾机制研究

2019年6月20日晚九寨沟普降大到暴雨,导致九寨沟景区内卓追沟、下季节海子沟、则查洼沟等多处发生泥石流。3条泥石流沟分别冲出固体物质2.79×104m3、3.7×104m3,2.67×104m3,造成多处停淤挡墙及拦砂坝损坏,并淤埋了景区内的部分道路,造成了交通的短时间中断。根据灾后地面调查和遥感解译,初步查明了本次泥石流灾害的成因和致灾过程机制。灾害成因:地震引发的崩塌滑坡产生大量的新增松散固体物源与原有的沟坡堆积物(包括老泥石流堆积物)在强降水的作用下形成泥石流,因此本次泥石流是地震和降雨共同作用的结果。通过泥石流发生前后各流域沟道纵剖面和典型横断面调查分析,发现泥石流致灾过程机制主要包括:(1)泥石流冲刷沟道使老泥石流堆积物参与泥石流运动、同时诱发沟岸失稳崩塌,因而增强泥石流规模和冲击力等动力学参数;(2)沟道卡口和崩滑体滑入沟道后导致泥石流堵塞,在后续泥石流的作用下发生级联溃决,进而增大泥石流峰值流量和冲击力等动力学参数。在两种机制的共同作用下,泥石流规模和冲击力等参数可能超出防治工程规划设计指标,进而导致防治工程损毁并淤埋道路。因此,建议充分考虑地震与强降雨复合作用下九寨沟景区泥石流风险评估、防治工程规划设计的合理性和可靠性等关键问题,以保障景区安全。     

粘性泥石流体的应力应变特性和流速参数的确定

文章从粘性泥石流体的组成，应力应变特性和减阻作用的观测试验入手，揭示了粘性泥石流体运动的阻力特性，探讨了粘性泥石流流速公式中的曼宁糙率系数的表征。粘性泥石流体运动的阻力特性主要与沟槽特征以及泥深和粘附层流变特性有关。根据高、低不同阻力的粘性泥石流浆体的泥砂比，浆体介质的流变参数（ηp、τBf）和体积浓度（Cvf)，可获得不同阻力介质状态下统一的阻力糙率系数与它们的相关式，以此来确定曼宁糙率系数。     

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 m3;致灾面积达到91600 m2。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。