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。     

坡脚型与偏转型地震滑坡运动距离及地形因素作用

运动距离作为滑坡防灾减灾的主要评价指标之一,不仅受到滑坡体积和落差的控制,还与滑坡的下垫面场地的地形作用相关。通过分析坡脚型和偏转型两类典型的地震滑坡运动特征,研究了滑坡体积V、落差 、坡度差 和偏转角度 对最大垂直运动距离H、水平运动距离L以及坡脚以下或偏转后的水平运动距离 的作用。由于偏转型滑坡受偏转前、后坡度和偏转角度对运动距离的共同影响,导致 指标小于坡脚型滑坡,而两类滑坡的 的均值较为一致,表明地形因素对不同类型滑坡的水平运动参数的作用具有一致性特征。分别建立了体积、落差与地形参数的坡脚型和偏转型滑坡运动距离拟合方程。拟合方程的参数指标表明：体积对H的作用指数较小,体现了高位滑坡的运动特征; 对 的影响指数较小;坡脚型滑坡的坡度 对运动距离的影响指数都较为显著,偏转角度 对偏转型滑坡的 的影响较为显著。研究结果为滑坡运动距离的预测和地形因素控制提供了参考,并且对于坡脚型和偏转型滑坡运动距离的模拟和机制研究而言,不应忽略坡脚坡度差和偏转角度的作用。     

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。     

坡脚型滑坡运动特征分析及运动距离预测

为了分析地形因子对坡脚型滑坡运动参数（最大水平运动距离L_max、坡脚运动距离L、等效摩擦系数f）的影响,建立不同滑坡规模的运动参数非线性统计模型进行反演分析,分析结果表明:（1）不同滑坡规模下,最大运动距离L_max、坡脚运动距离L、等效摩擦系数f均主要受滑坡高差（H）和斜坡坡度（α）的影响。（2）随滑坡规模的增大,L_max、L受β的影响逐渐减弱,表现为坡脚阻止效应的减弱;f受β的影响逐渐增大,表现为滑坡运动能力改变。（3）随滑坡规模的增大,L_max、f受γ的影响逐渐增大,表现为堆积场地的微地貌效应显著增强。最后,基于主要地形参数（H、α、β、γ）和滑坡规模（V）建立的最大水平运动距离预测统计模型,具有较好的预测精度和一定的适用性。     

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。      

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。     

岩石碎屑流运移堆积过程数值模拟

岩石高速远程崩滑是一种特殊的、危害性很大的地质灾害,崩滑后期形成的高速岩石碎屑流具有很高的运移能力,破坏力极强。以岩石碎屑流为研究对象,重点模拟岩石碎屑流形成后,碎屑流的运移堆积过程和最大运移堆积距离。利用二维颗粒离散元数值模拟方法,建立碎屑流二维运动堆积模型,分析了岩石碎屑流初始高度、体积、加速斜面坡度、堆积底面摩擦系数以及堆积底面地表起伏程度对于岩石碎屑流最大运移堆积距离的影响。实验结果显示:岩石碎屑流运移堆积过程体现出了碎屑流物质的离散性和流动性; 碎屑流最大堆积距离随高度、体积、斜面坡度增大而增大; 随堆积底面摩擦系数、堆积底面地表起伏程度增大而减小。     

大型厚层崩滑体运动特征模拟研究:以重庆武隆县羊角场镇大巷危岩为例

高速远程滑坡-碎屑流是大型危岩体失稳破坏的主要成灾模式之一,它具有启动速度快、运动距离远、覆盖范围广的特点,具有极强破坏性,预测分析大型危岩体的运动特征具有重要的研究意义。文中选取重庆武隆县羊角场镇大巷危岩为研究对象,通过调查危岩体所处的地质地貌条件和危岩体发育特征,分析总结其潜在失稳模式和失稳后运动过程,利用DAN3D动力分析软件,参考鸡尾山滑坡反演分析的流变模型和参数,对危岩失稳后形成滑坡-碎屑流的运动学特征进行预测分析。模拟结果表明:(1)大巷危岩失稳后运动过程可分为启动、偏转抛出、碰撞铲刮和远程堆积4个阶段,运动时间约为220s,形成滑坡-碎屑流的滑程为2 500m;(2)大巷危岩滑体方量530×104 m3,滑后堆积体方量790×104 m3,堆积体水平长约1 680m,平均厚度约为6m,铲刮最大厚度为8m,碎屑流运动过程中最大速度为60m/s;(3)碎屑流可穿过羊角场镇城区抵达乌江,说明羊角场镇城区在大巷危岩的危害范围内;(4)文中的模拟计算结果可为高速远程滑坡-碎屑流的危险性定量评价研究提供依据。     

未受河流阻止的滑坡水平运动距离与滑坡堵江判别

滑坡堵江是滑坡诱发的次生灾害之一,常导致堰塞湖、洪水等次生的灾害链,其根本原因在于滑坡与河流的空间区域小于滑坡运动的距离。如果滑坡的运动未受河流的显著阻止,滑坡的水平运动距离主要受控于滑坡的诱发机制、滑坡体积和滑坡的垂直运动距离。因此,根据未受河流明显阻止的地震和降雨滑坡的水平运动距离与滑坡体积和垂直运动距离的相关性以及预测模型,可对滑坡堵江的危险性进行判别。由此,根据我国西南地区降雨和汶川地震诱发的无明显受阻的滑坡数据,在分析了滑坡等效摩擦系数与体积关系的基础上,分别建立地震和降雨滑坡水平运动距离的预测模型。研究结果表明在不同体积等级滑坡水平运动距离的预测分布图上,地震和降雨诱发的堵江滑坡都明显的偏离其对应的体积曲线,根据建立的经验关系可对滑坡堵江的危险性进行判别。     

贵州都匀马达岭滑坡碎屑流形成泥石流特征

2006年5月18日,贵州都匀市马达岭发生滑坡,滑坡体位于马达岭沟上游采煤区,部分滑坡体滑入沟内并碰撞解体形成碎屑流堆积在沟道中上游,形成约800m长的淤积段,沟道内固体物质总量约16×104m3。滑坡后采煤区内老窑水迅速释放汇流至沟道启动沟道内物源形成泥石流运动至下游,从流通区下游逐渐淤积并少量冲出沟口,沟道内淤积长350m,堆积区体积约0.7×104m3。马达岭沟泥石流呈滑坡—碎屑流—水作用形成泥石流的连续性过程,具有典型的滑坡碎屑流形成泥石流特征。由于沟道内仍有较多物源,同时沟道内形成两处巨石淤塞形成的堰塞坝,后期强降雨作用下仍可能形成泥石流。     

基于统计分析和数值模拟方法的滑坡视摩擦系数影响因素及特征研究

滑坡视摩擦系数即最大垂直运动距离H和最大水平运动距离L的比值(H/L)能很好地衡量滑坡的运动能力。作者采用数理统计方法分析了藏东南区滑坡及地震型滑坡中影响因素(滑坡体积V、斜坡角度θ、滑坡最大垂直运动距离H)及试验因素(H/L值)的水平特征,进一步分析了3个影响因素对该试验因素的影响特征,并采用基于连续介质力学法的数值模拟方法,模拟了滑坡运动的时空演化过程。得到以下结论:θ是H/L值的显著影响因素且主要集中在20°~40°。随着θ的减小、V的增大和H的减小,H/L具有减小的趋势。藏东南滑坡H/L值普遍大于地震型滑坡H/L值,地震型滑坡的远程特征显著,地震作用会弱化θ、V、H与H/L值的相关程度。在坡脚附近滑坡的运动速度往往达到峰值,同时坡脚对滑坡的运动具有显著的阻止效应。研究结果对于滑坡运动特征研究及防灾减灾具有一定参考意义。     

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。     

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。     

降雨型滑坡危险性区划方法

降雨诱发的滑坡等地质灾害分布广、危害大,开展地质灾害危险性区划是减轻地质灾害损失的有效途径之一。以湖南省为例,根据地质灾害调查成果,选取3 412处滑坡,分析了区域降雨型滑坡的发育特点和分布规律,建立了危险性区划指标体系,利用不确定性推理中的确定性系数法,对滑坡与工程地质岩组、坡度、坡向、植被和年均降水量5个评价因子进行了相关性分析,建立了Logistic多元回归模型;采用不规则网格单元划分方法,形成了湖南省滑坡灾害危险性区划图。     

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。     

汶川地震滑坡-碎屑流致灾距探讨

为了阐明地震滑坡的运动特性并对其进行致灾距的预测,基于遥感影像解译和野外调查数据,借助经验公式法,分析了汶川地震滑坡水平最大运移距离L与前后缘高差H之间的相关性,给出了经验公式;探讨了不同滑坡之间滑程的差异与异常。结果表明:若已知H,可用L=aH+b或L=aHb对总位移进行预测初探;将视摩擦系数H/L=0.45作为汶川地震高速远程型滑坡的上限较合适;滑坡体积、源区破裂面积与L呈正相关,与H/L呈负相关;地震滑坡易发生在山脊线平行于断裂带、垂直于地震波传播方向的山体两侧;崩塌型滑坡易发前后缘高差范围在10~100m之间,大型高速远程型滑坡易发前后缘高差大于200m;滑坡源区易发坡度分布在25°~51°之间,滑床坡降变化范围为0~58°,高速远程型滑坡的滑床坡降主要在8°~20°之间;分析认为滑程差异和异常是距离效应、能量传递与岩体挡板效应、滚动润滑与气垫效应、体积与破裂面积效应、地质因子、地形因子、颗粒级配与颗粒流效应等因素综合作用的结果,考虑上述因素有益于滑坡-碎屑流致灾距的预测分析。     

高速远程滑坡-碎屑流运动机理研究发展现状与展望

高速远程滑坡-碎屑流具有极高的运动速度和超远距离的位移,往往能够引发灾难性事故,造成严重的生命财产损失,因此,它的运动机理,即高速远程效应机理一直是国内外学者研究的热点。目前国外主要存在四种观点:空气润滑模型、颗粒流模型、能量传递模型和底部超孔隙水压力模型。但是,由于高速远程滑坡-碎屑流自身的复杂性,到目前为止,研究还没有取得公认的成果。中国是高速远程滑坡-碎屑流的频发区,因其研究才刚刚起步,研究成果还处于定性阶段。本文在查阅大量文献的基础上,从理论和技术两方面分别阐述了国内外高速远程滑坡-碎屑流运动机理研究的发展现状,对目前纵多的理论和模型进行了归纳与总结,点评了目前研究的难点,并在此基础上提出了今后的研究重点。本文是国内外首次对该领域的研究进行系统的归纳和总结,对今后类似的研究具较高的参考价值。     

高速远程滑坡-碎屑流超前冲击气浪分析

为定量模拟文家沟高速远程滑坡-碎屑流运动过程中所产生的超前冲击气浪的分布和变化规律,采用计算流体力学软件FLUENT,通过用户自定义接口在滑坡运动的不同阶段分别引入Friction和Voellmy流变模型定义滑坡-碎屑流所受的运动阻力,反演了文家沟高速远程滑坡-碎屑流运动的全过程并与滑坡实际运动特征对比的同时,模拟了其超前冲击气浪的速度和相对压力分布,并对其产生机理进行了分析。结果表明:(1)文家沟滑坡-碎屑流共经历约210 s,碎屑流引起的超前冲击气浪主要分布于其前方、上方和两侧,最大速度约35 m/s,最大相对压强约2.2 k Pa;(2)气浪相对压力峰值出现于近地面处并随高度增加迅速减小,当离地面高度超过600 m时趋近于0;(3)地形起伏对于超前冲击气浪相对压力分布有明显影响;当滑体前方出现陡立壁面时,气浪压力陡升。     

基于连续介质模型的滑坡启动机理数值模拟试验

滑坡启动机理研究是滑坡防治的前提条件。应用三维连续介质动态数值模型方法,采用摩擦模型、Voellmy模型2种流变模型,对滑坡启动过程进行分析求解,开展滑坡启动机理数值模拟研究。结果表明,不论是限制坡面(渠道型)还是无限制坡面,在2种流变模型和侵蚀率下,随着坡度逐渐增加,地形所提供给滑坡体的能量进一步增大,物质运动距离进一步增加,其相应的平均速度、最大速度(前端速度)和总动能也会进一步加大,经历了从缓慢蠕变至快速增加的过程。根据不同坡度下滑坡的启动、运动规律、堆积过程及各坡度下动力参数延程变化规律,可以将滑坡的启动坡度设定为25°~30°。该滑坡启动坡度的设定可为地质灾害防治措施和监测预警提供技术参考。     

逻辑回归模型在玉树地震滑坡危险性评价中的应用与检验

2010年4月14日07时49分(北京时间),青海省玉树县发生了Ms7.1级大地震。作者基于高分辨率遥感影像解译与现场调查验证的方法,圈定了2036处本次地震诱发滑坡。这些滑坡受地震地表破裂控制强烈,规模相对较小,常常密集成片分布。滑坡类型多样,以崩塌型滑坡为主,还包括滑动型、流滑型、碎屑流型、复合型等类型的滑坡。本文基于地理信息系统(GIS)与遥感(RS)技术,应用逻辑回归模型开展玉树地震滑坡危险性评价,并对结果合理性进行检验。应用GIS技术建立玉树地震滑坡灾害及相关滑坡影响因子空间数据库,选择高程、斜坡坡度、斜坡坡向、斜坡曲率、与水系距离、坡位、断裂、地层岩性、归一化植被指数(NDVI)、公路、同震地表破裂、地震动峰值加速度(PGA)共12个因子作为玉树地震滑坡影响因子,在GIS平台下将这些因子专题图层栅格化。应用逻辑回归模型得到每个因子分级的回归系数,然后建立滑坡危险性指数分布图。利用玉树地震滑坡空间分布图对滑坡危险性指数图进行检验,正确率达到83.21%。滑坡危险性分级结果表明,在占研究区总面积4.97%的"很高危险度"的较小范围内,实际发育滑坡数量为766个,占总滑坡面积的比例高达37.62%,表明地震滑坡危险性评价结果良好。不同危险性级别的滑坡点密度统计结果表明,滑坡点密度随着危险性级别的升高而非常迅速的升高。