基于OpenFOAM与PFC耦合方法的水下滑坡数值模拟研究

水下滑坡是常见的地质灾害之一,为解决离散元PFC难以模拟水下流体环境的问题,提出采用计算流体力学OpenFOAM与离散元PFC耦合的计算方法。针对流固耦合中的尺度相似性问题,提出了适用于该耦合方法的相似性方法并验证了其可行性。通过典型案例分析了基于该耦合方法的水下滑坡动力学特性及堆积形态,并与单向耦合水下滑坡和陆上滑坡结果进行了对比。结果表明该耦合方法能够较好地模拟水下滑坡运动规律,主要表现为滑坡体前端厚度较大并呈椭圆面;水下滑坡运动过程和堆积形态与陆上滑坡差异较大,OpenFOAM-PFC双向耦合与单向耦合方法相比具有优越性。     

澜沧江拉金神谷滑坡成灾机理分析

涉水型古滑坡是西南水电工程区常见的灾害类型,揭示这类滑坡的成灾机理有助于降低链式灾害发生风险概率。以云南省德钦县燕门乡拉金神谷古滑坡为例,基于野外地质调查、InSAR监测和数值模拟研究,结合滑坡区工程地质条件,分析了滑坡的变形特征和破坏演化全过程。研究结果表明: ①拉金神谷滑坡成灾过程为前缘局部变形阶段→后缘拉裂阶段→滑坡—堰塞湖阶段→堰塞湖溃决阶段; ②库水位上升和降雨共同作用是诱发滑坡大变形的直接原因; ③若该滑坡的地质环境条件持续恶化,发生滑坡堵溃型链式灾害的风险很高。通过对拉金神谷古滑坡的成灾机理研究,提出了引入InSAR等监测调查技术手段开展类似涉水古滑坡排查的地质灾害早期识别建议,这对防范类似的高位链式地质灾害具有重要实践意义。     

冰雪型地质灾害链高位萌生、动力溃散及物相转化过程剖析北大核心CSCD

受全球气候变暖对高海拔山地区气温放大效应影响,冰雪型地质灾害趋于增多,且普遍呈现链式发育特征,具有灾害类型动态转化、影响范围大、破坏程度高等特点,严重威胁区域内重大工程建设安全。基于实地考察与文献调研方式,将高寒山地区常见冰雪型地质灾害凝练为:冰岩崩、雪岩崩、冰雪型碎屑流、冰碛物堆积滑坡、冰湖溃决、冰川型泥石流6类,并分别剖析各自典型的发育特征;而后,对冰雪型地质灾害3种典型链式组合关系予以剖析,发现:冰雪型地质灾害链普遍存在“高位萌生→动力溃散→物相转化”动态演化过程;据此,对冰雪型地质灾害高位萌生、动力溃散及物相转化三阶段特征及内在机制进行分析,明确了冰雪型地质灾害的“高位萌生→位能转化→侵蚀铲刮→滑移堆积”累积链生放大机理。最后,对冰雪型地质灾害链各演化阶段进行评价模型梳理,认为:新型破碎-扩散模型、Flores接触力模型可用于评价冰雪型地质灾害高位萌生向动力溃散过程;犁切模型可较好描述其侵蚀铲刮与体积放大过程;颗粒流模型、空气润滑模型、超孔隙水压力模型可用于揭示后续的高速滑移堆积特征;而Voellmy流变模型、Bingham流体渗流模型可较好解释其灾害链条的物相转化特征。研究对于科学评价冰雪型地质灾害链动态演化过程具有基础参考价值。     

暴雨诱发滑坡致灾机理与减灾方法研究进展

暴雨滑坡是多发性的地质灾害.阐述了暴雨诱发滑坡致灾机理、风险评估与减灾方法研究的重要意义.分别从暴雨诱发滑坡的地质力学机制、暴雨诱发滑坡的机理、暴雨诱发滑坡演化过程的数值模拟方法、暴雨滑坡动态风险评估方法以及暴雨诱发滑坡灾害的减灾方法5个方面,详细综述了国内外研究的主要成果和进展.在此基础上,指出了目前暴雨诱发滑坡灾害研究中存在的主要问题.最后,提出了在暴雨诱发滑坡灾害的研究中应以暴雨作用下的斜坡演化动力学过程为主线,以暴雨诱发滑坡的地质力学机制研究为基础,以暴雨诱发滑坡机理研究为核心,以暴雨诱发滑坡灾害的风险评估为手段,以最大可能地防灾减灾为目标.     

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8 900 kJ,铲刮体积达46×104 m3,最终体积为116×104 m3,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。      

一种流动性滑坡涌浪动力学模型

滑坡涌浪是入水滑坡引起的一种次生灾害,其致灾范围远大于滑坡的运动区域,准确预测其演化过程是防治这类灾害的关键。现有预测模型多将滑体简化为刚体,而实际滑坡多表现出流态运动的特征。为更合理地描述滑体和涌浪的耦合运动,将滑体视为流态物质,在此基础上推导了滑坡与水体耦合运动的控制方程,利用有限差分法对控制方程求解,建立了一种可模拟流动性滑坡涌浪演化过程的动力学模型。使用该模型对三峡库区的龚家方滑坡涌浪的演化过程进行模拟,将模拟所得河道纵截面处的最大浪高值与实测值进行对比,结果表明最大浪高值出现在滑坡的主滑动方向,且最大浪高沿纵截面两侧快速衰减,模拟结果与实测吻合。     

颗粒粒径对滑坡碎屑流动力特征及能量转化的影响——以四川省三溪村滑坡为例

滑坡碎屑流的能量演化机制涉及复杂的碰撞、摩擦和能量转化,对滑坡灾害的防治具有重要意义。以四川省三溪村滑坡为例,采用离散元法建模,研究了不同土颗粒粒径下滑坡的运动堆积特征、能量演化过程及其对建筑物的影响。结果表明,在不同粒径条件下,滑坡的堆积特征变化不大,但它们对能量转换和建筑物的冲击力有显著的影响。粒径越大,滑坡启动速度越快,峰值动能速度越高,碰撞耗散能量越大,摩擦耗散能量越少。粗粒土中颗粒间距越大,颗粒间的碰撞效应越明显,有利于能量传递,因此,对房屋的冲击力越大。因此,在模拟过程中不能忽视颗粒粒径对滑坡碎屑流动力学特征的影响。这些研究结果揭示了不同粒径土粒在滑坡运动过程中的能量演化机制,为能量演化对建筑冲击的影响提供了初步的认识,可为滑坡碎屑流的防治提供指导依据。     

川西雅江地区构造-岩石变形特征及其控灾机制

川西雅江地区发育系列复式背斜、复式向斜及其伴生断裂的褶-断式构造组合样式。受强烈构造改造,岩石变形主要呈现出柔性滑脱、顺层剪切、脆性弯折、沿结构面强卸荷、大位移错动、断层破碎以及褶皱劈理化等7类样式。构造-岩石组合塑造着该区域雅砻江展布与深切河谷的演化,而河谷演化与构造改造共同控制着区域滑坡、崩塌等地质灾害的发育与分布。不同的岩石变形样式孕育不同类型的地质灾害,而岩性组合关系控制地质灾害发育的规模。受砂岩板岩互层弯折变形的控制,斜坡主要产生倾倒弯折→拉裂→滑移→失稳破坏→堵塞河道或阻断道路等多阶段变形破坏模式,形成雅江地区滑坡灾害最主要的成灾模式。     

海底滑坡海啸的颗粒流耦合模型

海底滑坡的运动可能引发海啸,破坏离岸设施,威胁海岸带安全。国内外关于海底滑坡引发海啸的研究方兴未艾。采用Mih颗粒流模型控制具弱黏聚力的砂土滑坡运动,利用两相流模型计算岩土体-水体相互作用及RNG湍流模型控制水体运动,构建了基于颗粒流模型的海底滑坡海啸全耦合数值分析方法。通过简单水槽水下滑坡案例进行了海底滑坡海啸全过程研究。数值分析再现了变形滑体的不均一运动、密度分异流动、水滑机制和以波谷为典型特征的涌浪波等典型海底滑坡及海啸现象,这表明数值模型具有有效性。许多海域（包括中国南海北部）都存在弱黏聚力和无黏聚力的水下滑坡,该数值方法值得推广和进一步研究完善。     

南海北部海底滑坡的特征、灾害评估和研究展望

海底滑坡及其触发的海啸是海洋地质灾害的重要组成部分。随着海洋工程设施及沿海地区人口及经济的快速增长,海洋地质灾害研究和评估变得越来越重要和紧迫。根据高精度地球物理资料(地震和多波束),在南海北部主要含油气盆地(珠江口盆地和琼东南盆地)中发现大量的海底滑坡。这些海底滑坡形成于上新世至第四纪,它们多以杂乱或空白的地震反射为特征,部分海底滑坡含有大量滑塌块体;这些海底滑坡的规模从数平方千米至上万平方千米不等。本文梳理了南海北部海底滑坡的特征;并对包括西沙隆起在内的海底滑坡所造成的直接灾害和次生灾害(海啸)进行初步评估;最后,指出了南海北部未来海底滑坡研究中需要解决并有望取得突破的主要科学(海底滑坡的成因机制)和实践(潜在海底滑坡及其触发海啸可能性)问题。     

四川汶川地震-滑坡-泥石流灾害链形成演化过程

2008年“5·12”汶川Ms 8.0级地震之后,地震灾区表现出显著的强震地质灾害后效应。地震造成山体分水岭及山脊部位产生大量的崩塌和滑坡,崩滑体大多散落在山体的中上部,在强降雨作用下大量松散堆积物沿陡峻的沟道汇聚、加速,形成破坏性极大的高位泥石流,从而构成典型的地震-滑坡-泥石流灾害链。在回顾汶川地震灾区同震地质灾害的基础上,调查分析了震后汛期地质灾害的主要类型及其6种表现形式,将地震-滑坡-泥石流灾害链形成、演化过程划分为4个阶段：孕育阶段、地震同震滑坡阶段、震后滑坡-泥石流发育阶段、高位泥石流的动态演化阶段,提出高位泥石流的判识指标,并探讨其分布特征、动态变化趋势及其防治对策。     

重庆市江津区四面山镇头道河危岩带形成演化机制分析

地质灾害严重制约地方经济的发展,正确认识四面山头道河危岩带的形成演化机理,是今后灾害治理的前提.针对危岩带采取地形测量、地质测绘、井探、钻探、物探、同位素14C测年等手段,弄清了危岩带的成因机理.将典型地形剖面进行了地质概化,利用有限元模拟再现了灾害发生的过程,结合近水平软硬互层斜坡变形破坏机制理论,推断了四面山危岩形成演化的历史过程.为今后灾害的治理提供科学依据,同时也为其他类似的地质灾害发生机理认识起到借鉴的作用.     

土质滑坡失稳、运动及冲击压力物质点法模拟研究

大型滑坡灾害往往带来巨大的人员伤亡和财产损失,开展滑坡灾害全过程数值模拟研究对滑坡风险定量评估具有重要意义。本文采用更新拉格朗日控制方程的物质点法,基于Drucker-Prager屈服准则下的理想弹塑性模型,考虑孔隙水压力效应推导等效内摩擦角,建立深圳“12 ·20”滑坡二维物质点法数值模型,再现了该滑坡失稳、运动和冲击过程。采用K均值聚类算法结合物质点的相对位移识别滑裂面,对滑坡运动过程中特征物质点速度变化进行分析,并参考泥石流冲击压力计算方法对滑坡运动物质的冲击压力和冲击荷载进行了初步计算。结果表明,物质点法模拟分析获得的深圳滑坡滑裂面形态、失稳和运动特征、冲击强度和堆积形态等与实际观察结果吻合较好,是再现滑坡稳定—失稳—运动—冲击—停积全生命周期的可靠数值模拟方法。     

黄河上游阿什贡滑坡群发育期次及演化过程分析

黄河上游贵德盆地滑坡泥石流灾害制约着该地区河谷城镇化建设。文章在野外调查和室内研究的基础上,首次划分了尕让河阶地序列,分析了阿什贡滑坡群的发育期次及与河道演变的宏观地质作用过程和机制,主要取得以下认识:(1)尕让河至少发育了7级阶地,根据阶地与滑坡堆积体的披覆关系,厘定了滑坡发育的时间先后顺序;(2)阿什贡滑坡演化过程分为二期,Ⅰ期滑坡为巨型滑坡并触发了前缘革匝滑坡,发生时间为16 ka BP以来,阿什贡Ⅱ期滑坡为Ⅰ期的解体滑坡;(3)阿什贡滑坡群发育时间先后顺序为:尕让滑坡→尕让河Ⅲ级阶地形成→阿什贡滑坡Ⅰ期→革匝滑坡→堰塞湖及湖相层发育→尕让河Ⅱ级阶地形成→阿什贡滑坡Ⅱ期→现代河道;(4)阿什贡滑坡群目前总体处于稳定状态,但Ⅱ期滑体发生局部解体的可能性较大,须加强滑坡灾害防治。     

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。     

南海典型海底滑坡的触发机制及其潜在海啸灾害评估

综合调查数据揭示南海域内发育大量海底滑坡,尤其是大陆坡区域。由海底滑坡触发的碎屑流、浊流和海啸等链生灾害,严重威胁深海基础设施及沿海地区人民生命财产安全,亟待进行研究。选取南海域内4处典型海底滑坡,研究其潜在的海啸灾害。在总结各滑坡构造背景和触发因素差异的基础上,提取各滑坡体的特征参数;使用NHWAVE与FUNWAVE-TVD模型组合模拟了滑坡体动态过程及海啸波的产生和传播过程。模拟结果显示,初始水深和坡度差异导致体积相近的白云滑坡和曾母暗沙滑坡触发海啸能力差异巨大。白云滑坡在源区可产生最高约12 m的海啸波,潜在灾害主要危及南海北部区域,尤其是华南沿海;位于较浅初始水深的曾母暗沙滑坡可产生高达约38 m的海啸波,危及整个南海中南部;中建南滑坡可产生近10 m的海啸波,影响范围主要局限于南海西部越南沿岸;西沙海槽北部陆坡滑坡产生的海啸波波高相对较小,约0.9 m。通过分析比较最大波高分布和海啸波传播特点等,发现海底滑坡触发海啸能力受到滑坡几何参数与运动学特性控制,复杂海底地形和海岸线改变了海啸波的能量分布,增加了沿岸海啸灾害评估难度。在南海开展典型滑坡—海啸模拟,建立滑坡—海啸数据库具...     

则木河断裂带活动特征和地质灾害对地貌演化的影响——以鹅掌河流域为例

则木河断裂带具有构造活动强烈、地震活跃、次生地质灾害严重的特点。本文以鹅掌河流域为例,通过对断裂的活动特征,地质灾害的分布规律、长期活动性与成因机制和地貌演化进行分析,研究得出:（1）则木河断裂带活动特征影响地质环境的演化。新构造运动引起断裂带局部应变失衡,断裂活动诱发频繁地震;隆起和断陷断块的差异性活动,加剧地貌演化与地表过程;沉积建造环境的不同,影响岩土体的剥蚀与沉积;断裂的掀斜运动,改变地表水系格局与地热运移。（2）活动断裂对地质灾害的控制作用,表现为灾害具有时空效应。空间上,灾害沿断裂带呈带状分布,沿水系呈线状分布,具有地层倾向性,集中于断裂破碎带的软岩,微地貌效应显著;时间上,现有地质灾害在多次地震扰动和强降雨触发下形成,鹅掌河形成高频泥石流。（3）断裂活动影响灾害成因机制和灾害类型及破坏模式,脆弱的地质环境在地震持续扰动和极端降雨的耦合作用是灾害频发的根本原因;依据灾害成灾机制,将灾害分为3大类,7小类,具有震裂斜坡的典型破坏模式。（4）活动断裂与地质灾害相互作用决定地貌演化。鹅掌河泥石流影响邛海的地貌变迁,通过计算构造隆起量与灾害剥蚀量,表明鹅掌河处于隆起区,邛海处于淤积区。由此可见,则木河断裂活动特征通过影响区域地质环境演化,诱发大量的地震地质灾害,最终由地震构造作用驱动的隆起和断陷,地表灾害过程驱动的剥蚀和淤积,两者相互作用决定现有地貌的演化。     

融雪诱发型黄土滑坡活动特征与应急响应模式——以新疆伊犁则克台滑坡为例

2019年4月30日,在新疆的伊犁地区一个高位黄土滑坡复活启动,并远距离掩埋公路和阻塞河道。大约5.04×105 m3黄土体高位滑移剪出冲击铲刮沟道及两侧岸坡。滑坡不定时复活启动机理难以琢磨。本文基于实地详细调查、遥感影像判识、气象数据分析和黄土特征试验等方法,以试图确定黄土滑坡的演变历史、运动过程和复活机理。研究表明,该滑坡曾发生两次大规模滑动破坏,且伴随着坡体地裂缝发展,每年黄土坡体发生不同程度的累积变形破坏。春季温度升高导致积雪快速消融入渗是黄土滑坡变形演化的最重要影响因素,春季融水和暴雨的耦合是控制黄土滑坡发生的根本原因。基于本次灾害发生后成功灾害应急响应过程,提出一种基于早期预警多部门联动的公路灾害应急响应模式。随着区域放牧活动增加和气候变暖加剧,该黄土滑坡将具有极大潜在复活滑动风险。研究可为寒冻区滑坡形成演化和破坏机理提供了新的视野,为服务新疆一带一路区域交通建设具有重要意义。     

基于地震动信号分析的地质灾害过程重构方法研究与应用

地质灾害启动及演进过程中对途经的村庄、植被、基础设施等均会造成不同程度的破坏,而深入研究灾害的演进过程有助于灾害预警和防治工作,能减少灾区人员伤亡、降低经济损失。然而由于地质灾害的强破坏性和突发性,使得现场的监测仪器和设备易受灾害的影响,甚至被破坏,导致难以完整且准确地监测到灾害过程,这限制了对地质灾害过程的深入研究,因此亟需一种新的方法来进行灾害过程的重构。随着科技的发展,现有高精度地震仪能够记录伴随地质灾害而产生的地震动信号,并且已有不少研究者进行了基于地震动信号的灾害分析研究。基于现有研究的基础,本文提出一套基于地震动信号的地质灾害重构研究思路和方法体系:通过运用带通滤波器(BP-filter)、经验模态分解(EMD)、快速傅里叶变换(FFT)、短时傅里叶变换(STFT)、功率谱密度计算(PSD)等方法对灾害过程产生的地震动信号进行处理和分析,然后结合灾害现场调查结果进行对比分析以反演灾害的基本特征,进而与数值模拟结果进行耦合,最终实现灾害过程的重构。本文基于地震动信号对堰塞湖、滑坡、泥石流等不同灾种进行案例研究与分析,旨在为地质灾害演进过程的研究提供一种新的研究思路和方法体系。     

新疆伊宁县皮里青河滑坡成灾机理分析

2017年3月24日,受冰雪消融影响,新疆伊犁哈萨克自治州伊宁县喀拉亚尕奇乡喀拉亚尕奇村发生滑坡灾害,滑坡堵塞皮里青河,形成堰塞湖,未造成人员伤亡。通过现场调查分析和数值模拟,结果表明:(1)皮里青河滑坡成灾过程为:河流冲刷坡脚,前缘局部滑动→发生蠕滑-拉裂,坡体强烈变形→在冰雪融水入渗作用下发生整体滑动→堵塞河道,形成堰塞湖→堰塞体溃决;(2)因气温升高,冰雪消融入渗是滑坡形成的直接诱因,雪水入渗后并转化为地下水,黄土含水达到饱和,孔隙水压力增高,滑坡稳定性系数降低,在重力作用下发生整体高速下滑;(3)分析了新疆地区冰雪消融引起滑坡灾害链的成灾模式,为进一步科学地指导防灾减灾提供技术支撑。