川藏铁路线V形深切河谷地形地震放大效应数值模拟

V形河谷场地能产生地震动放大效应,并加剧地震的破坏作用和灾害效应。基于高性能离散元软件MatDEM,对规则V形河谷以及真实河谷地形下的放大效应进行数值模拟研究。结果表明,对于规则V形河谷,在地震波水平入射的情况下,背波坡面产生明显的地震动加速度放大效应,并在临近谷底处最为强烈;随着河谷坡角的增大,放大效应增大。数值模拟结果和解析解具有一致的趋势和规律,并符合现场观测现象。将模型进一步应用于川藏铁路线日扎深切河谷的分析,发现地形微小的转折将会影响到波的传播,临近谷底处的加速度放大效应与规则地形较为一致。离散元法能有效地模拟河谷中地震波的传播、反射、散射等现象,可用于川藏铁路沿线复杂条件下的动力作用灾害效应分析。     

基于离散元数值模拟的四川薛城南沟滑坡形成机制分析

根据南沟滑坡的地质背景及堆积体工程地质特征,结合离散元数值模拟技术,分析南沟滑坡的失稳类型及其成因机制。研究得出如下结论:(1)地震波在经过地形效应放大后,斜坡滑源区竖直峰值加速度PGA最大放大5.1倍,水平峰值加速度PGA最大放大3.97倍。(2)运用离散元数值模拟技术,验证了该斜坡体在地震力作用下的滑坡类型为拉裂—溃滑型。(3)在强震作用下,地震波在坡体内不连续结构面处会发生透射和反射现象,从而导致岩体沿层面发生震动溃裂破坏,形成潜在统一滑面,并伴随有坡体的松弛、甚至解体;在强震持续作用下,坡体沿滑面产生整体的溃滑,形成滑坡。     

汶川地震触发文家沟高速远程滑坡-碎屑流成因机理分析

文家沟高速远程滑坡-碎屑流位于映秀—北川断裂带与灌县—安县断裂带夹持的文家沟向斜断块中,地震断裂的强烈活动引起的振动效应是形成滑坡的先决条件。滑坡源区顶端与文家沟沟口高差约1360m,突兀山体下临深切峡谷的地形使地震动荷载在山脊部位的放大效应显著,并直接导致坡体破坏;滑坡源区的地震动加速度3分量峰值分别为aEW=2.4g,aNS=2.3g,aUP=1.2g。D2gn观雾山组石灰岩斜坡具有强度渐进式分层结构,坡体表层以下约50m内的结构相对松散的残坡积层～新鲜岩体上部无法抵抗地震纵横波的周期性拉压与剪切耦合作用,被切割成为初始滑体;滑体在第八级台地边缘高位剪出后,在文家沟上游地区最高滑移速度约介于93m.s-1～122m.s-1之间。滑体上部的干碎屑流在两处路径转折端瞬间压缩沟谷内的圈闭气体,形成明显的"气垫效应",滑体下部泥石流底层液化和颗粒有效动摩擦系数随剪切速度增大而减小的效应都是导致碎屑流体高速远程滑移的关键;同时,碎屑物流通过程中还伴有明显的岸坡铲刮与翻越效应、以及树木摧削效应。汶川地震后截至2009年9月,降雨诱发碎屑堆积物形成多次泥石流,反映了地震地质灾害的链生性和长期性。     

地形地貌对地震波放大效应数值模拟研究

采用FLAC3D 软件进行大量数值模拟,研究了地形地貌对地震波放大效应规律。结果表明:对于单面坡模型,斜坡较低时,坡体对天然地震波和简谐波的峰值加速度在竖直向和顺坡面向产生线性放大效应。斜坡较高时,若坡角低,两种波形的加速度等值线近似平行于坡面,天然地震波坡顶正下方极值性不明显,但随坡角增大而明显,坡面正下方可见若干条与坡面相平行具节律性的极小值条带,随坡角增大向一条极值带转化,简谐波在高低坡脚时坡顶面正下方区域内都出现等间距相间分布具节律性的极值条带,坡面正下方的极值带状性不如天然地震波明显,随坡角增大而消失; 若坡角高,两波形加速度放大系数顺坡面呈相间的极值圈分布。双面坡坡顶宽度越小,山脊越单薄,加速度放大效应越强烈,随坡顶宽度增大,坡肩加速度放大系数趋于稳定,双面坡对加速度放大效应强于单面坡。对加速度放大效应,多峰形双峰形单峰形,坡顶越不规则,加速度放大效应越强烈。V形河谷坡面上半部分加速度放大效应要强于U形河谷,U形河谷的谷底中部对地震波动力响应要强于V形谷。坡面局部不规则性只影响到坡面局部范围内的峰值加速度分布,坡高、坡角、坡顶几何特征为整个峰值加速度分布的控制因素。     

孙水河流域阿坡洛滑坡成灾机理分析

阿坡洛滑坡位于四川省凉山州喜德县境内孙水河上游一级支流阿坡洛沟右岸,为暴雨诱发的大型滑坡。研究揭示,该滑坡发育于攀西红层区内,受褶皱构造影响,区内岩体破碎,产状多变。河谷下切过程中,斜坡在重力作用下坡体沿缓倾坡外的结构面,发生滑移和拉裂,导致滑坡前缘弯曲变形。地表水的不断入渗导致坡体中软弱夹层进一步弱化,坡体容重不断增加,坡体稳定性进一步降低,为坡体大规模的滑动失稳奠定了基本条件。2012年8·31特大暴雨最终触发了阿坡洛滑坡的发生。     

川藏铁路某车站泥石流群发育特征及对线路的影响

川藏铁路某车站位于藏东南冻错曲沟谷内,处于泥石流集中暴发区。采用现场调查、遥感解译等方法对影响车站的泥石流群孕灾环境和发育特征进行了深入研究。结果表明:该区以发育包括10条暴雨型泥石流与2条冰湖溃决泥石流在内的泥石流群为特征,地形地貌、水源动力和物源对泥石流群的发育起主要控制性作用。泥石流沟的流域形态完整系数集中在0.15～0.55之间,多为长条形与栎叶形,沟床的纵比降整体偏大,有利于泥石流的水源汇聚和发生。而泥石流流域内的沟道岸坡坡度多为20°～40°,相对有利于泥石流物源的补给。对该泥石流群中的12条泥石流沟进行动力学参数计算,分析其运动特征和发展趋势,认为该泥石流群的堆积扇普遍比较明显且未修建防治工程,在极端暴雨条件下,再次暴发较大规模泥石流的可能性大。最后评价了单沟暴发及冻错曲两岸对冲暴发场景下泥石流群对线路的潜在工程影响并给出了防治对策,建议线路在穿越泥石流沟部位布设排导槽或停淤堤进行束流归流,并对桥墩做好迎水面防块石撞击措施。研究结果对川藏铁路泥石流防治工程规划设计具有一定指导意义,也可为山区交通干线的合理选线提供科学依据。     

四川丹巴梅龙沟“6·17”泥石流成灾机理分析

2020年6月17日丹巴县梅龙沟爆发了一次大规模泥石流,一次性冲出固体物质42.7×104 m3,形成泥石流-堰塞坝-溃决洪水-滑坡灾害链,造成5100余户2.12万余人被迫转移,直接经济损失达8亿元。根据现场调查、无人机航拍以及遥感解译,分析梅龙沟泥石流的成因及致灾机理,阐述了“物源成因”、“降雨激发”和“地形促进”对泥石流形成产生的影响。结果表明:（1）梅龙沟泥石流是在前期累计降雨和短时强降雨共同作用下形成;（2）梅龙沟泥石流源头为大石堡沟,起动模式为“沟岸垮塌-泥石流”;（3）泥石流沟内持续的物源补给以及东风棚子、梅龙村、大邑村三处大型滑坡产生的级联堵溃效应,致使泥石流流量不断放大,最终导致大量固体物质冲出沟口;（4）沟口形成的堰塞坝-溃决洪水-阿娘寨滑坡灾害链进一步增强了泥石流的致灾能力;（5）现阶段梅龙沟内物源丰富,临界启动降雨阈值降低,极易在雨季发生大规模泥石流,建议及时采取综合防治措施。     

火后泥石流形成过程的物源启动模式研究

火后泥石流是火烧迹地最为严重的次生地质灾害,相对于传统泥石流和震后泥石流,其物源启动模式及致灾机理呈现出特殊性。通过对四川省乡城县仁额拥沟火烧迹地沟道不同时间尺度下的累积侵蚀量统计分析,将火烧迹地物源启动分为3个阶段:坡面侵蚀阶段、高含沙水流沟道侵蚀阶段和泥石流沟道刨蚀阶段,其中面蚀到沟蚀转变所需的汇流面积与斜坡倾斜度和火烈度呈负相关,高含沙水流转变为泥石流后常常造成沟道侵蚀率的激增;火烧后2 a的坡面侵蚀量相当于火烧前10~30 a的侵蚀总量,且主要发生在中度及严重火烧区;火烧区的滑坡发育率远高于未火烧区,但未发现火烈度对滑坡体积有明显影响,其主要受临空面高度影响,并呈幂函数正相关,滑坡物源启动模式为坡脚切坡触发的逐级牵引后退式补给。     

川藏交通廊道林波段冰川泥石流发育动态演化分析及监测预警方案

川藏交通廊道沿线山高谷深,地层岩性多变,新构造运动活跃,气候恶劣复杂,导致滑坡、崩塌、泥石流、冰湖溃决洪水等灾害极其发育,对铁路施工及运营带来严重影响.林芝-波密段就是典型地质灾害高发区域,常年受到冰川泥石流的影响,是川藏交通廊道重大灾害防治的难点区段.虽然目前在单沟尺度上对冰川泥石流的形成条件、影响因素、物源性质取得了一定的认识,但对于川藏交通廊道沿线不同类型的冰川泥石流诱发因素、区域发展演化规律及灾变指标的研究还较为初步,尚未构建完善的监测预警体系.借助多源长时序遥感影像、气象监测数据,结合野外实地验证和历史数据分析发现:川藏交通廊道周边区域冰川泥石流沟谷共99条,主要分布于恰青冰川-易贡乡、加拉贝垒-南迦巴瓦峰和古乡沟-嘎隆寺冰川一带;过去40年冰川经历了复杂的流动速度变化,表现为较小高海拔悬冰川活动性增强,大型沟谷冰川活动性减弱;自1973年以来,研究区冰川泥石流呈现频率增高、规模增大的特征.此外,从冰川泥石流发育沟道比降来看,发生高陡地形的滑坡、冰-岩崩诱发的泥石流频率增加.未来,冰川持续退缩,促使冰川源区冰瀑消失,发育更大规模的悬冰川,会增加这类冰川泥石流的风险;冰川泥石流形成及演化过程具有明显的灾变指标,如悬冰川裂隙密度增加、冰川速度增强、冰湖面积快速增加等.因此,基于以上认识,建议针对不同类型的冰川泥石流地建立完善的监测预警指标,并提出了融合卫星、航空遥感平台,气象、水文地面监测平台,地震动监测平台的冰川泥石流“空-天-地”立体监测框架,针对不同类型冰川泥石流进行灾变信息监测与预警判识,为川藏交通廊道安全施工运营提供技术参考.      

拉萨市堆龙德庆区地质灾害发育特征及孕灾背景研究

堆龙德庆区位于青藏高原腹地,水系发育,新构造抬升强烈,地质环境条件复杂,地质灾害调查工作程度较低.为摸清地质灾害发育情况和孕灾背景,通过1:50000地质灾害详细调查,发现区内地质灾害种类齐全,现有地质灾害143处,主要为泥石流、崩塌、滑坡、不稳定斜坡和河岸坍塌.研究发现地质灾害的发育与地形地貌、地质构造、水系、岩土体...     

川藏铁路卡子拉山滑坡发育特征与防灾减灾对策

为查明川藏铁路卡子拉山隧道进口规划建设区地质灾害特征,评价其在川藏铁路建设和运营期间可能遭受的地质灾害风险,采用高精度遥感、机载LiDAR、工程地质勘查等“空-天-地”一体化技术对该隧道进口规划区开展调查研究。结果表明:川藏铁路卡子拉山隧道进口规划区内发育有1#、2#滑坡和俄洛堆不稳定斜坡;1#滑坡规模约32.48×106 m3,2#滑坡规模约10.15×106 m3,均为已发生的特大型岩质滑坡;俄洛堆不稳定斜坡位于2处滑坡中部,规模约35.80×104 m3,下部为强风化岩体,上部为碎石土结构,为中型复合型结构斜坡。评价认为:川藏铁路卡子拉山隧道进口选线从2处滑坡体中部山脊穿过,2处滑坡对铁路选线未构成地质安全风险,但隧道进口穿过的俄洛堆不稳定斜坡存在潜在地质安全风险;1#、2#滑坡体在天然工况下处于稳定状态,俄洛堆不稳定斜坡在天然和地震工况下处于稳定状态,在暴雨工况下处于欠稳定状态。为规避工程建设扰动诱发潜在的滑坡风险,建议将卡子拉山隧道选线进口向东南侧平移,通过边坡开挖的合理设计、施工期间的实时监测及运营期间的针对性治理等措施,从源头上对潜在滑坡风险进行防控,以保证工程建设及运营安全。研究结果可为川藏铁路选线提供科学的地质依据。     

西秦岭北缘断裂宝鸡—武山段活动触发滑坡分布规律与成因机制

西秦岭北缘断裂沿"一带一路"交通廊道展布,是南北活动构造带强震丛集发育的节点之一,地震地质灾害风险极高。基于地质调查、测绘与数值分析,查明了断裂在天水地区触发的地震滑坡分布特征,探讨了断裂触发滑坡的形成机制。研究表明:(1)西秦岭北缘活动触发的巨、大型滑坡为断裂地貌过程的一部分,易在断裂的阶区聚集发育,其枢纽部位也有零星的分布;(2)巨大型滑坡集中于历史极震区内,断裂破裂过程中的近场惯性滑移、远场地震动是主要触发因素,二者耦合作用导致巨大型滑坡在断裂带两侧具有对称分布特征,活动强度由近及远而逐渐变弱;(3)断裂水平滑移、破裂引起的斜坡滑动变形以结构面贯通为主要表现形式,具有强烈的方向效应、近直立断层的区域地震动效应及地震波的山体地形放大效应,这些力学效应在滑坡破坏过程产生断裂结构面、次级羽裂结构面与滑动面,它们协同控制了滑坡的运动;(4)极端降雨触发的泥流是巨大型滑坡堆积体复活运动的主要形式,是现今防灾减灾重点。     

基于贡献率权重模型的川藏铁路沿线大型滑坡危险性区划

川藏铁路工程是国家重大基础设施建设项目,保障铁路的顺利建设和后期安全运营十分重要。铁路沿线发育广泛、危害严重的大型滑坡已成为全线的关键控制性问题,关乎工程建设的成败。以川藏铁路工程沿线大型滑坡作为主要研究对象,采用历史数据分析、实地调查、遥感解译的研究方法,基于ArcGIS平台,采用贡献率权重模型对铁路沿线区域进行了大型滑坡危险性评价,并利用自然断点法对危险性评价结果进行分区及统计分析。研究结果表明:川藏铁路沿线共发育大型、特大型滑坡共147处,其中大型滑坡106处,特大型滑坡41处,主要分布于白玉至江达段、昌都至八宿段、朗县至加查段等区段;铁路沿线处于高中低度三个等级危险区的面积分别为35918.5 km2、95484.3 km2和12039.7 km2,高度危险区大型滑坡分布密度为0.00199处/km?2,约为中度或低度危险区的2倍,高度危险区主要集中在邦达—八宿段、古乡—拉月段、白玉—江达段。根据贡献率权重模型求得的川藏铁路沿线大型滑坡危险度等级与野外实地调查的大型滑坡分布密度是一致的。相关研究成果可以为川藏铁路工程建设提供科学参考与依据。     

岷江上游槽谷曲流段大型古滑坡成因与复活性分析——以松潘县元坝子古滑坡为例

岷江上游靠近分水岭部位的槽谷曲流河段,由于地壳抬升缓慢,河谷宽、岸坡缓,降雨量相对偏少,通常被认为发生大型滑坡的可能性较小。但通过笔者近年来的调查发现,在岷江上游红桥关至西宁关的槽谷曲流段两岸大型滑坡密集发育,且大多具有地震滑坡的特征,同时个别滑坡受后期江水冲刷、工程开挖等因素影响复活。文章选取其中较为典型的元坝子滑坡为例进行解剖,元坝子滑坡位于岷江曲流凹岸,长780 m,宽480 m,体积293×104 m3。通过地质分析、测年鉴定和数值模拟,认为该滑坡是历史地震引发的大型岩质古滑坡,其发展经历了斜坡裂缝、地震滑坡、河流下切和前缘复活等阶段。稳定性计算结果显示,目前滑坡整体天然工况下稳定性好,极端暴雨工况下欠稳定,受江水冲刷、降雨、融雪等因素影响,出现局部变形复活。建议应加强滑坡变形监测,避免整体滑动造成堵江、威胁成兰铁路安全。     

汶川地震诱发大型滑坡分布规律研究

2008年5.12汶川地震由于其超常的地震动力,触发了数百处大型滑坡灾害。本文以遥感解译所获取的汶川地震区112处面积大于50000m2大型滑坡的基本信息为基础,结合代表性大型滑坡实例的现场调绘,对汶川地震诱发大型滑坡的发育分布规律进行了较系统的研究。结果表明,汶川地震大型滑坡分布除表现出与汶川地震诱发区域性地质灾害类似的分布规律之外,因主要源于发震断层瞬间大幅度错动的直接地震动力引发的大型滑坡,其发育分布及滑动、运动方式还表现出自身的特点,具体可归结为以下几种效应:(1)距离效应:约80%的大型滑坡集中分布于发震断裂地表破裂带两侧5km的范围内,距离越远,滑坡分布数量越少;(2)锁固段效应:汶川地震诱发的大型滑坡主要集中分布在与发震断裂的交叉、错列、转换部位及NE段末端等5个集中区段。其中,红白-茶坪段是大型滑坡最为集中发育段,不仅滑坡数量多,而且规模大,汶川地震诱发的最大两处滑坡均分布于此段。其次为断裂NE段末端的南坝-东河口段,该段大型滑坡密集发育,东河口滑坡和窝前滑坡等大型滑坡均出露于此段;(3)上下盘效应:绝大多数(70%)大型滑坡都位于活动断裂的上盘,存在明显的"上下盘效应;"(4)方向效应:在与发震断裂带近于垂直的沟谷斜坡中,在地震波传播的背坡面一侧的滑坡发育密度明显大于迎坡面一侧,存在"背坡面效应"。同时,大型滑坡的滑动及运动方向还与各区段断层的错动方向有一定的相关性。在断层活动以右旋走滑为主的青川境内,有相当数量的滑坡表现出向NE方向滑动和运动的特点。     

长白山天池及邻区次生火山灾害类型、分布及其与火山地质的关系

基于对长白山天池及邻区火山地质和次生火山灾害的编图结果,从岩性、断裂、地形地貌和水系等方面,分析火山喷出物的地质特征与这些火山物质所导致的次生火山灾害之间的相关性。研究表明,崩塌发生在柱状节理发育的硬质岩中,多期火山喷发以及伴生的地震活动剥蚀掏空坚硬岩层间的松散堆积体,使岩体失稳发生崩塌,局部陡崖地貌在地震影响下亦会发生崩塌灾害。软质岩和松散堆积体受流水侵蚀,河谷下切,河流两岸斜坡前缘形成开阔的滑动空间,火山地震引起山体变形,斜坡岩体结构遭到破坏发生滑坡灾害。火山先期喷出的碎屑物和崩塌滑坡产生的碎石是火山泥石流的重要物质来源,火山喷发或强地震引发的洪水灾害以及地形地貌对火山泥石流的形成、搬运和分布范围起关键性作用。     

Landslides induced by the April 2007 Aysén Fjord earthquake, Chilean Patagonia

On the 21st of April 2007, the Aysén Fjord earthquake (Mw 6.2) in southern Chile (45.3° S, 73.0° W) triggered hundreds of landslides in the epicentral area along the fjord coast and surroundings. Some of these landslides induced large tsunami waves within the fjord causing fatalities and damaging several salmon farms, the most important economic activity of the area. The landslides included rock slides and avalanches, rock falls, shallow soil and soil–rock slides, and debris flows. The earthquake was the climax of a seismic swarm that began 3 months earlier. The seismicity is associated with tectonic activity along the Liquiñe–Ofqui fault zone (LOFZ), a major structural feature of the region. The earthquake-induced landslides were mapped and classified from field observations and remote sensing analysis. The landslide areas and epicentral distances are within the expected range for the earthquake magnitude according to worldwide data, while the position of landslides on the slopes strongly suggests topographic amplification effects in triggering the failures. The location of the landslides is also clearly related to some of the main fault branches of the LOFZ. The seismic event has configured a new situation of seismic and landslide hazard in the Aysén region and along the LOFZ, where the presence of towns and economic infrastructure along the coasts of several fjords constitutes a potential risk that was not considered before this seismic event.     

川藏交通廊道典型高位滑坡地质力学模式

川藏交通廊道穿越青藏高原东缘高山峡谷区,大型—巨型高位滑坡多发频发,是铁路、高速公路等交通设施规划建设必须考虑的重要因素。在区域成灾地质背景分析和现场调查的基础上,以地貌特征、斜坡岩体结构、促发条件等为基本要素,总结归纳了川藏交通廊道典型高位滑坡的6类地质力学模式,包括:堆积体滑移型、顺层滑移拉裂型、卸荷剪断型、岩溶贯通拉裂型、崩滑溃散型和构造控制型等。结合典型高位滑坡案例,重点剖析了各类滑坡启动的简化力学机制,并给出了相应的成因解析。综合考虑不同类型高位滑坡的控制因素和易发性分区结果,初步圈定了川藏铁路雅安—林芝段高位滑坡易发靶区,对高位滑坡隐患早期识别、重大工程选址选线和防灾减灾具有重要的指导作用。     

地震作用下顺层岩质边坡动力响应和破坏模式大型振动台试验研究

5•12汶川大地震触发了大量的顺层岩质滑坡,对其进行研究很有必要。根据动力模型试验的相似关系,设计制作了1个坡角大于岩层倾角的尺寸(高×长×宽)为1.6 m×1.75 m×0.8 m的顺层模型边坡,并完成了大型振动台试验。试验结果表明,在坡体表面和内部竖直方向上,加速度放大系数随着坡体高程增加而增大,并且随着高程增加,加速度放大系数增大的速度加快;在坡体内同一高程上,坡面处的加速度放大系数大于一定水平深度坡体内部的加速度放大系数,表现出趋表效应;地震波输入频率对坡体动力响应有明显影响,随着频率的增加,越接近坡体的自振频率,加速度放大效应越显著;加速度放大系数随着输入波振幅的增加,总体上表现为递减趋势;通过和均质边坡振动台试验加速度监测数据对比,发现坡体结构对坡体加速度放大系数也有一定的影响,结构面对地震波的反射和折射作用加大了坡体加速度的放大效应。,对试验过程中坡体破坏特征的描述和分析发现,边坡的破坏模式为地震诱发－坡肩拉裂张开－坡面中部出现裂缝－裂缝贯通－发生高位滑坡－转化为碎屑流－堆积坡脚。研究成果对地震灾区滑坡形成机制的认识和减灾防灾有一定的价值。