基于颗粒识别分析系统的碎屑流堆积物颗粒识别和统计方法研究

碎屑流堆积物颗粒识别和统计是碎屑流灾害的研究重点。文章基于图像处理孔隙（颗粒）及裂隙图像识别与分析系统（PCAS）,以贵州纳雍普洒村崩塌-碎屑流为例,结合纳雍崩塌堆积物粒径实测结果,通过阐释识别过程中阈值、孔喉封闭半径、最小孔隙面积的参数意义,研究PCAS软件在碎屑流颗粒识别与统计中的应用,并提出了颗粒识别时这些参数的选取方法。分析结果表明:（1）PCAS能自动准确地识别碎屑流堆积物颗粒与孔隙,相比人工计数更精细,所识别堆积物各区小颗粒比重较大,0～2 m颗粒粒径各区占比都在50%以上;（2）当阈值为170（像素）时能获得精细的二值图像,颗粒与孔隙得到了准确地区分;（3）不同参数取值下获得堆积物颗粒粒径分布结果不同,碎屑流堆积物颗粒识别宜采用较大的孔喉封闭半径和较小孔隙面积,当二者比值为3/30（像素）时能更好地反应颗粒粒径分布情况;（4）PCAS具有较高的可行性,统计结果显示,各粒径含量变化趋势与人工统计相近,两种统计方法各粒径占比、分布规律基本吻合,说明利用PCAS可以实现对崩塌碎屑流颗粒粒径分布的高效便捷分析。     

滑坡-碎屑流的堆积特征及机理分析

滑坡-碎屑流是一种沿着斜坡表面作远程运动的岩石碎屑流动体。碎屑流体在远程运动过程中会出现粒径分选,并在堆积体中呈现出一定的层序特征。本文通过开展碎屑流滑槽试验,观测了碎屑流运动过程中的粒径分选过程,并重点研究了碎屑流堆积体的垂向和滑移方向层序,采用分层和分段筛分法,对不同粒径的颗粒含量进行了分析,揭示出碎屑流堆积体内部不仅在垂向上具有反粒序结构,还在滑移方向上具有双峰分布形态。这两种堆积特征在6.24茂县新磨村滑坡和8.28纳雍普洒村崩塌堆积体的块石分布规律中得到验证,它们是滑坡-碎屑流体运动过程中块石之间相互作用的宏观反映,是分析碎屑流远程运动机制的重要现场证据。通过室内滑槽试验和实例分析,得到以下结论:碎屑流运动过程中产生的弥散压力和振动筛分是导致碎屑流堆积体中形成垂向反粒序以及滑移方向双峰堆积形态的重要原因。其中振筛作用的动力来源为碎屑流滑移区的不规则起伏引起的碎屑体振荡,以及由粒径差异造成的动量不均衡碰撞。     

碎屑流堆积物粒度分布与运动特性的关系——以贵州纳雍普洒村崩塌为例

对碎屑流堆积物的研究能反应碎屑流动能的变化。文章在普洒村崩塌现场调查的基础上结合崩塌堆积体高分辨率数字地表模型（DSM）,对崩塌碎屑流部分粒径进行统计分析,再结合谢德格尔公式估算崩塌碎屑流运动速度,对碎屑流运动过程进行初步分析,得到如下结论:（1）统计堆积体沿主滑方向的13个连续矩形区（A1~A13区）表面块石粒径,总结其规律为:越远离崩塌源区,小粒径含量越多,大粒径含量越少。（2）堆积物粒径和碎屑流运动动能有关,速度越大,其携带块石的能力越大,反之,块石含量越少。（3）根据块石堆积的不同特点,将堆积区域划分为初始堆积区、集中堆积区、平稳堆积区以及堆积减弱区。     

西南岩溶山区特大滑坡成灾类型及动力学分析

我国西南岩溶山区位于上扬子地台,经过多期构造运动,形成了特有的强烈褶皱地貌形态,特大型滑坡灾害频发。通过资料收集、现场调查以及统计分析,讨论了岩溶山区典型滑坡后破坏的成灾模式和形成条件,并得出以下结论:（1）我国西南岩溶山区普遍呈现上陡下缓的地形地貌特征和上硬下软的地层结构特征,岩溶地貌和溶蚀岩体结构加剧了滑坡后破坏的成灾规模;（2）研究区的滑坡成灾模式主要分为岩质崩塌、高位远程滑坡-碎屑流和高位远程滑坡-泥石流三种类型;（3）岩质崩塌灾害类型剪出口高差通常小于50 m,等效摩擦系数通常大于0.6,堆积体破碎比在5～20之间;高位远程滑坡-碎屑流灾害类型剪出口高差通常在50～200 m之间,等效摩擦系数通常在0.33～0.60之间,堆积体破碎比在20～100 之间;高位远程滑坡-泥石流灾害类型剪出口高差通常大于200 m,等效摩擦系数通常小于0.33,堆积体破碎比区间大于100;（4）西南岩溶山区的“高位滑坡”剪出口高差通常大于50 m,具有高速远程运动特征,运动过程中具有冲击铲刮、破碎解体、气垫和流化四种动力学效应。滑坡后破坏成灾模式的提出,可以为滑坡运动动力学机理和成灾反演预测研究提供重要分析模型。     

茂县新磨特大滑坡-碎屑流的发育特征与运移机理

2017年6月24日茂县叠溪镇新磨村发生体积近800×104 m3的灾难性特大型滑坡-碎屑流灾害。通过现场调查、遥感解译和资料分析,本文对灾害发育的地质环境条件,崩滑危岩体及运移堆积特征,降雨及地震对崩滑的触发作用等进行了研究,探讨了影响碎屑流运动性的主要效应及其致灾机理,并评价了类似灾害的监测预警新方法。研究认为:（1）新磨村位于1933年叠溪M_S7.5地震前已经存在的大型老滑坡堆积体上,多次历史强震和历年降雨循环使滑源区砂板岩坡体表层卸荷带失稳剥离,内部岩体完整性和强度进一步损伤劣化,滑源区在2003年之前已经发育了多条宽大裂缝,并存在显著滑前变形前兆,新磨滑坡本质上是一次后地震机制的灾难性高速岩质滑坡-碎屑流。（2）新磨基岩顺层滑坡体积约150×104 m3,但有约600×104 m3沟道老崩坡积体被刮铲、裹携。滑坡体高位撞击使老堆积体内“土拱效应”快速丧失并获得加速,“刮铲-裹携效应”促进了滑坡-碎屑流的流动性和扩散性,但大规模的裹携也限制了碎屑流运移得更远。这种冲击加载-刮铲裹携的破坏机制与1986年新滩滑坡、2000年易贡滑坡和2004年贵州纳雍左营滑坡等类似。（3）滑坡-碎屑流产生的地震信号分析可再现整个滑坡、冲击、运移、停积等全过程,震前InSAR形变资料分析则揭示了显著的变形前兆,两者结合应是未来这类超视距崩滑-碎屑流灾害早期识别、评价和预警的新方法。（4）鉴于滑后新磨流域仍然存在大量新老裂缝及其切割而成的危险块体,建议立即开展详细的灾害调查、风险评价和监测预警工作,避免类似灾害重复发生。     

新疆维吾尔自治区乌恰县康苏红层崩塌运动学特征研究

以新疆维吾尔自治区乌恰县康苏红层崩塌为例, 基于DAN-W运动学模型进行了红层崩塌碎屑流空间预测评价, 同时根据无人机航拍图和野外地质现场调查, 结合崩塌研究区的工程地质要素, 分析该崩塌的形成特征和失稳模式。结果表明:该崩塌为拉裂式崩塌, 主要受危岩体岩性组合和坡体结构面组合控制, 其孕灾模式为差异风化阶段→岩体结构变形破坏阶段→悬挑危岩阶段→崩塌失稳落下阶段, 具有典型的碎屑流运动特征。同时利用动力学模型软件DAN-W对该崩塌碎屑流的运动过程进行计算, 得到崩塌碎屑流的运动时长约为50 s, 堆积体平均厚度达到2 m, 最大速度为11.5 m·s-1, 冲击最远距离达到315 m, 与实际情况相符。表明DAN-W模型可以用来分析红层崩塌碎屑流的动力学灾害效应, 为红层地区类似的潜在崩塌碎屑流灾害的形成特征和运动效应分析提供借鉴。     

基于室内模型试验的滑坡碎屑流堆积分布规律研究

本文利用室内物理模型试验,模拟了特定条件下滑坡碎屑流的滑动和堆积过程。获取了滑坡碎屑流堆积物的位置分布,并对其规律进行了分析,且在此基础之上对滑坡碎屑流运动机制进行了简单的分析。结果表明:碎屑流颗粒在滑坡发生后的最终位置分布兼具随机性和规律性;关于坡面中轴对称分布的碎屑流颗粒在滑坡后依然对称分布;堆积体中沿滑坡方向连续分布的颗粒在滑坡结束后最终位置分布在一定程度上并不连续;颗粒滑后位置分布受其滑前在颗粒整体中所处的位置影响较大;在沿坡面下滑过程中,碎屑流颗粒堆积体会发生内部的整体滚动。研究结果为滑坡-碎屑流运动机制的理论研究和复原滑坡初始状态提供了可靠的数据参考。     

贵州关岭县大寨崩滑碎屑流运动特征及成因机理探讨

本文在国内学者对大寨崩滑碎屑流成因机理和运动特征研究的基础上,通过大寨崩滑碎屑流的地质环境背景、堆积体分布特征分析,对其运动特征和成因机理进行了探讨。研究认为:地下水水头对崩滑体失稳破坏起着主要作用,变形破坏过程为岩体松弛—软化—动水压力—崩滑,碎屑流表现为能量转化和冲击液化,运动过程可划为"启动加速—惯性力作用减速—加速—减速停滞"四个阶段。     

强降雨诱发堆积体滑坡模型试验研究

降雨诱发堆积体边坡失稳破坏是一种较为突出的滑坡灾害形式,近些年随着强降雨天气频率增大,诱发的堆积体滑坡问题尤为突出。围绕堆积体边坡在强降雨下的破坏机制,开展相关研究,探究了不同基质含量以及含石量分布对于堆积体边坡破坏模式的影响规律。首先,通过室内大三轴试验确定堆积体边坡试样在固定黏土含量10%,碎石含量分别为30%、50%、70%下的应力-应变关系;随后,开展降雨诱发堆积体滑坡的模型试验,研究强降雨条件下不同级配堆积体边坡的失稳破坏模式,分析坡顶位移以及堆积体内部含水率、土压力、孔隙水压力的变化规律,阐明堆积体不同部位细粒含量变化及细颗粒竖向迁徙过程;最终,揭示降雨诱发不同含石量堆积体边坡的失稳与破坏机制,相关成果能为堆积体滑坡的预警提供科学的理论依据。     

高速远程滑坡裹气流态化模型试验研究

为分析高速远程滑坡运动过程中碎屑流的裹气流态化特性,以汶川地震触发的谢家店子滑坡为原型,运用自行设计的流化床试验装置,开展了一系列高速远程滑坡碎屑流裹气流态化特性的试验研究。结果表明：(1) 对于颗粒粒径变化范围广(0.1～7 mm者均有)、颗粒形状极不规则、且底部细颗粒含量高的类滑坡碎屑,其床层压降随着供风量的增加并非呈线性增长趋势,而是表现出明显的气泡控制性特征,随堆积体内部气泡和气垫层位置的不同,堆积体各部位床层压降相差较大;(2) 当供风量较低时,碎屑堆积体整体稳定性较好,在堆积体表面仅可见有限气体逸散孔的分布;当供风量达到一定值后,堆积体内部流态化特性增强,可见砂质密云、气孔、纵向脊等一系列与高速远程滑坡实例中相类似现象的出现;(3) 对于滑坡类不规则颗粒,其间容易形成架桥现象,增强碎屑流整体稳定性,使气流不易扩散,在堆积体下方形成高压气垫层,产生空气擎托现象。     

河北宣化赵川地区矿渣碎屑流工程特性及其启动机制

张家口宣化地区存在大量具有潜在危险的松散矿渣堆积体,文章以该地区具有代表性的响水沟松散矿渣堆积体为研究对象,对矿渣的颗粒组成、矿物成分、力学性质等进行详细的室内试验研究,结果表明:矿渣堆积体属砾质砂土,粘粒含量少,且级配不良,松散易流动。同一干密度下,随含水率增加,矿渣抗剪强度先增大后减小,当含水率为15%时,其粘聚力最低,表明响水沟矿渣堆积体失稳启动下滑的界限含水率可能在15%左右。综合以上分析结果,拟合得到粘聚力与含水率关系公式,初步预测矿渣碎屑流启动下滑的临界含水率。这一认识对该区矿渣堆积体的稳定性评价及碎屑流灾害预警有重要意义。      

岩质滑坡−碎屑流的运动距离计算公式研究

滑坡?碎屑流的远程运动距离是碎屑流体所能够达到的最大堆积距离,是灾害预警和评估的重要指标。通过总结已有碎屑流运动距离研究成果,从岩体势能入手开展研究,并结合量纲分析,首先建立了运动距离与势能之间的基本方程。其后,采用4种颗粒材料开展岩质碎屑流滑槽试验,研究碎屑体体积V、滑移区坡度?、碎屑粒径d以及最大垂直运动距离H等对碎屑流运动距离L的影响,通过逐步拟合回归,建立了基于势能的岩质滑坡?碎屑流最大水平运动距离的计算公式。最后,采用汶川地震触发的38个岩质碎屑流以及17个其他典型岩质滑坡碎屑流数据对计算公式进行了验证,结果表明,考虑该运动距离计算公式具有较好的可靠性,能够为山区滑坡?碎屑流灾害预警工作提供理论指导。     

重庆武隆鸡冠岭岩质崩滑-碎屑流过程模拟

1994年乌江重庆武隆段左侧岸坡鸡冠岭发生大型岩质崩滑,崩塌体碰撞解体后沿沟谷形成碎屑流,碎屑流体高速入江激起涌浪,最终形成堰塞湖,造成重大人员伤亡和经济损失。本文在滑坡现场工程地质调查的基础上,阐述了鸡冠岭崩滑-碎屑流的基本特征,对鸡冠岭崩滑-碎屑流运动过程中碰撞和铲刮等现象进行了分析,并基于DAN3D动力分析软件反演了鸡冠岭崩滑-碎屑流运动全过程,得到了崩滑-碎屑流速度分布规律和堆积体分布特征,模拟结果与滑坡的基本特征与堆积体分布特征基本吻合。鸡冠岭的研究成果较少,本文从数值模拟的角度剖析了鸡冠岭崩滑-碎屑流的动力特性,完善了鸡冠岭崩滑的研究。本文的研究结果为崩滑动力特性及滑坡涌浪效应研究提供了依据。     

丽江干河坝冰-岩碎屑流地貌、沉积特征与成因机制分析

2004年3月12日,云南省丽江市玉龙雪山南坡发生了较大规模的冰-岩碎屑流型高速远程滑坡。位于斜坡顶部（高程为4 337~5 350 m）的岩体和冰川块体沿着高陡岩壁向下滑动,在峡谷地形控制下于干河坝内形成体积约11.2×10⁶ m³的滑坡堆积体。本文通过遥感影像分析和现场调查,对干河坝冰-岩碎屑流的地貌与堆积特征进行了详细研究,初步阐释了干河坝冰-岩碎屑流发生的成因机制和运动过程。研究结果表明,节理裂隙发育、源区冻融作用加剧和历史地震效应是此次地震的诱发因素。地形的坡度变化特征、滑体表面“乘船石”结构及内部岩屑的定向排列表明滑坡的运动过程可分为碰撞破碎阶段和扩散堆积阶段。滑坡堆积区广泛分布的“冰川乳坑”和冰水沉积物暗示堆积体底部松散沉积物减阻或是干河坝冰-岩碎屑流具有远程效应的有利因素。深入理解干河坝冰-岩碎屑流的地貌特征及运动学过程,对揭示高速远程滑坡的超强运动机理具有重要的理论意义,同时对我国西部高寒山区大型滑坡灾害的预测预警亦具有现实意义。     

碎屑集合体撞击与停积过程的运动学特征研究

青藏高原高山峡谷区常发育崩滑碎屑流,这种灾害具有发育边坡高陡、碎屑流高能且坡脚撞击剧烈等特点。为了解这种碎屑流的运动规律及其堆积特征,设计并建立了自由下落的碎屑集合体撞击与停积过程的模型实验装置。考虑撞击过程对碎屑流运动和堆积的影响,获取不同粒径大小、体积、下落高度条件下,碎屑集合体的运动与堆积图像和定量化数据,并据此观察分析碎屑流的运动规律和堆积特征。主要结论如下:（1）碎屑集合体底部首先撞击地面,随后颗粒挤压形成剪切面,颗粒在剪切面上进行扩散运动并最终堆积。（2）撞击阶段,颗粒之间显著的动量传递作用致使碎屑集合体前缘颗粒运动速度较快、距离更远,并产生离散堆积现象。（3）自堆积重心至边缘,碎屑集合体的堆积厚度逐渐减小;堆积形态在运动初期呈近圆形,最终形态呈近菱形;运动中的力学过程导致出现横向脊和X型共轭脊现象。（4）碎屑集合体的粒径越小,体积越大,其主体运动距离、主体覆盖面积越大以及运动速度越快;体积与最大堆积厚度呈正相关关系;下落高度越小,其最大堆积厚度越大,运动速度越慢,与主体覆盖面积大体上呈负相关关系。（5）体积条件对碎屑集合体的堆积特征影响最大,粒径大小其次,下落高度影响最小。该研究可为川藏铁路沿线的工程结构设计及碎屑流的防治工作提供理论基础。     

四川都江堰三溪村710高位山体滑坡研究

2013年7月10日上午10时,四川都江堰市中兴镇三溪村受极端暴雨影响发生高位山体滑坡灾害,滑坡-碎屑堆积体方量超过150104m3,其中1#滑坡-碎屑堆积体长度1.26km,造成三溪村一组重大人员伤亡。笔者在野外实地调查和室内研究分析的基础上,总结了都江堰三溪村滑坡的基本特征,研究了其启动运动机制和滑动速度,主要认识如下:（1）该滑坡为一处高位山体滑坡,后缘白垩系砂砾岩地层高速滑动后剧烈撞击-铲刮-偏转后铲动坡体上的松散堆积层而形成高位山体滑坡-碎屑流灾害。（2）根据滑坡的运动及堆积特征,将1#滑坡划分为砂砾岩滑动区、碰撞铲刮区和碎屑流堆积覆盖区3部分。（3）7月8日8时至10日8时,中兴镇三溪村的持续强降雨天气过程（都江堰市3d的降雨量相当于该地区年降雨总量的44.1%）,直接触发了滑坡的发生。（4）三溪村滑坡的发生受2008年汶川地震、特殊的岩土体性质、地形地貌条件以及极端暴雨事件的综合影响,地震、地形为其发育提供了基础条件,极端暴雨事件为其直接诱发因素。（5）建议加强高位山体滑坡的研究,尤其是远程滑坡-碎屑流的早期识别和预警。     

考虑降雨条件的堆积体滑坡多场特征研究

重庆市西泉街滑坡于2007年7月中旬遭遇115a一遇的强降雨,导致滑坡产生明显的变形破坏现象,本文在滑坡实际勘察工作的基础上,基于饱和-非饱和渗流理论,考虑降雨入渗的影响,利用有限元分析软件Geo-Studio的不同模块模拟了不同降雨条件下滑坡稳定性的变化情况,进一步对不同降雨条件下滑坡的渗流场、应力场和位移场特征进行了综合分析。研究结果表明:（1）降雨作用下堆积体滑坡体内渗流场和位移场具有很好的相似性,即滑坡体内地下水流速矢量和位移矢量绝对值变化规律具有一致性;（2）滑坡前后缘的位移量与降雨强度和降雨历时均呈正相关性,且滑坡前缘位移量比后缘大;（3）大雨、暴雨和大暴雨持续作用下,XY向最大剪应力在滑坡前缘及前缘陡坎处集中,有局部产生滑动的趋势,而在特大暴雨持续作用下,XY向最大剪应力在滑带附近分布相对均匀,有整体产生滑动的趋势;（4）强降雨作用下堆积体滑坡模拟得到的变形破坏规律主要表现为滑坡前缘首先产生的鼓胀变形破坏牵引滑坡后缘产生拉张变形破坏,破坏规律与实际相符。     

岩溶山区崩滑灾害变形破坏地质模式分类

岩溶山区特殊的地质结构导致崩塌、滑坡等地质灾害时常发生,带来了严重的人员伤亡和经济社会损失。研究岩溶山区崩滑灾害特征,建立相应的变形破坏地质模式,对于岩溶山区崩滑灾害风险防控与治理工程具有重要理论意义与指导价值。文章以典型地质灾害形成演化过程为例,在系统地分析研究区典型崩滑灾害地质背景、影响因素、动力学与运动学特征的基础上,提出了岩溶山区崩滑灾害变形破坏地质模式,得出以下主要结论:（1）影响崩滑成灾基本因素（崩滑灾害体势能、岩溶结构面、岩组结构、斜坡地貌和斜坡结构）、影响因素（水文地质条件、工程活动、地震、降雨）和变形运动特征（运动形式和变形机制）三个方面,据此建立了岩溶山区崩滑灾害地质分类指标体系。（2）结合研究区特征对模型体系里面的每个要素进行系统分析,崩滑灾害的发生是各个要素相互组合、相互作用的结果。（3）总结了研究区内5种典型崩滑地质模式:高势能反倾降雨型高速远程滑坡—碎屑流模型、高势能斜倾视向采矿型高速远程崩滑灾害模型、超高势能横向陡倾地震型高速远程滑坡、高势能采矿型高速崩塌—碎屑流模型、低势能差异风化崩塌模型。为后续开展物理模拟、数值模拟、稳定性计算和变形破坏预测等工作奠定基础。下一步将更加深入全面地建立研究区的崩滑灾害模式,并进行崩滑灾害的危险性分级工作。      

长白山天池火山千年大喷发火山碎屑流堆积相特征

发生于公元946年的长白山天池火山千年大喷发（Millennium Eruption,ME）形成的火山碎屑堆积物体积高达100~172km³,并可分为大规模的ME-Ⅰ和小规模的ME-Ⅱ两个喷发阶段。通过对围绕长白山天池火山53个典型露头剖面进行火山地质测量（单元构成、垂向堆积序列和堆积特征）,结合筛析法粒度分析、偏光显微镜成分分析,刻画了长白山千年大喷发火山碎屑流堆积物特征,探讨了相和亚相划分,并建立了火山碎屑流搬运和堆积模式。根据火山碎屑的堆积特征,将长白山千年大喷发火山碎屑流堆积分为峡谷充填火山碎屑流相（包括块状峡谷充填亚相和层状峡谷充填亚相）和火山碎屑流冲击扇相（包括扇头亚相和扇体亚相）等两相四亚相。峡谷充填火山碎屑流相主要发育在天池火山锥体周缘距离喷发中心8~23km左右范围内（坡度在15°~60°之间）的火山U型谷中;火山碎屑流冲积扇相主要发育在距离喷发中心23~45km左右范围内,地形相对平缓的熔岩台地处（坡度在5°~15°之间）,火山碎屑流的搬运不受地形限制,一般形成较大纵横比扇状堆积。块状峡谷充填亚相和扇体亚相以块状混杂堆积为主要特征,而层状峡谷充填亚相和扇头亚相则以多火山碎屑流单元垂向叠加为主要特征。多单元叠加现象是由搬运过程中火山碎屑流单元发生分离增生作用形成。根据火山碎屑流的最大分布范围和厚度,如果再次发生与长白山千年大喷发类似规模的普林尼式喷发,至少距长白山天池火山喷发中心45km范围内具有巨大的火山碎屑流灾害风险。该研究有利于进一步深入认识长白山千年大喷发火山碎屑流堆积物的空间分布特征和相变规律,对火山碎屑喷发灾害的预防具有指导作用。     

基于地震信号的贵州纳雍崩塌-碎屑流运动特征分析

2017年8月28日,贵州省纳雍县张家湾镇发生崩塌-碎屑流灾害,导致26人死亡、9人失踪,23栋房屋被掩埋。灾害发生时周边的6个地震台站捕捉到了崩塌-碎屑流产生的地震信号。基于长周期信号建立非线性回归模型,通过多元非线性回归分析确定崩塌灾害的发生位置。对张家湾地震台站记录的地震信号进行地震动强度和时频分析,结果显示崩塌-碎屑流运动过程可分为三个阶段,总持续时间约为60 s。基于受力-时间函数计算得到的动力学参数,确认崩滑体最大运动速度约为31.8 m/s,最大运动距离为774 m。研究结果为西南山区高位远程崩塌-碎屑流灾害的风险评估及防治提供理论和技术支撑。