Estimation of dynamic friction and movement history of large landslides

We performed seismic waveform inversions and numerical landslide simulations of deep-seated landslides in Japan to understand the dynamic evolution of friction of the landslides. By comparing the forces obtained from a numerical simulation to those resolved from seismic waveform inversion, the coefficient of friction during sliding was well-constrained between 0.3 and 0.4 for landslides with volumes of 2–8 ×10⁶ m³. We obtained similar coefficients of friction for landslides with similar scale and geology, and they are consistent with the empirical relationship between the volume and dynamic coefficient of friction obtained from the past studies. This hybrid method of the numerical simulation and seismic waveform inversion shows the possibility of reproducing or predicting the movement of a large-scale landslide. Our numerical simulation allows us to estimate the velocity distribution for each time step. The maximum velocity at the center of mass is 12–36 m/s and is proportional to the square root of the elevation change at the center of mass of the landslide body, which suggests that they can be estimated from the initial DEMs. About 20% of the total potential energy is transferred to the kinetic energy in our volume range. The combination of the seismic waveform inversion and the numerical simulation helps to obtain the well-constrained dynamic coefficients of friction and velocity distribution during sliding, which will be used in numerical models to estimate the hazard of potential landslides.     

强震作用下顺层岩质斜坡动力失稳机制及启动速度研究

岩质斜坡地震稳定性评价和地震滑坡启动速度计算是边坡地震失稳防治中的难点。结合5•12四川汶川地震诱发的大型高速滑坡,重点以唐家山高速滑坡为例,提出强震作用下中陡倾顺层岩质斜坡动力失稳机制为拉裂－楔劈－滑移－剪断,并着重阐述了拉裂面形成机制、“楔劈”岩块的杠杆作用和碎屑岩块的滚动摩擦效应。对应于该失稳模式,采用弹性力学理论,推导出地震作用下顺层岩体斜坡锁固段的破坏判据和突发剪断时锁固段岩体的形变能公式。考虑锁固段岩体形变能释放的优势方向,运用能量转化原理,给出了更为合理和精确的顺层岩质滑坡突发启动速度公式,进而确定滑坡启程速度。其研究结果为滑坡灾害范围和冲击损害程度提供有效定量计算方法。     

天水市麦积区税湾地震黄土滑坡特征及其形成机制

以天水市税湾地震黄土滑坡为例, 依据野外调查和室内测试结果, 总结天水地区历史地震黄土滑坡特点, 剖析地震黄土滑坡发生的力学机制, 初步提出历史地震黄土滑坡的识别标志。税湾滑坡及柳沟右岸滑坡群属典型的地震黄土滑坡, 具有规模大、滑动面切割深、滑坡坡度小、成群成带分布和高位下滑等特点, 可作为识别历史地震黄土滑坡的重要标志。税湾滑坡及柳沟右岸滑坡群坡体具有明显的黄土/泥岩二元斜坡结构, 极易沿黄土/泥岩接触面滑动。当坡体受到地震力作用时, 地震产生的循环动荷载一方面降低滑坡岩土体的抗剪强度, 另一方面改变滑坡体的力学状态, 坡体应力平衡遭到破坏, 地震力增加坡体下滑力、减小坡体抗滑力, 导致坡体失稳发生滑坡。目前, 税湾滑坡处于欠稳定状态, 遇地震或强降雨有可能再次失稳下滑, 因而有必要进一步开展地震黄土滑坡的成灾模式研究, 为潜在强震区防灾减灾提供科学依据。      

Two-dimensional landslide dynamic simulation based on a velocity-weakening friction law

Surprisingly, hypermobility (high velocity and long run-out) is a remarkable feature of large landslides and is still poorly understood. In this paper, a velocity-weakening friction law is incorporated into a depth-averaged landslide model for explaining the higher mobility mechanism of landslides. In order to improve the precision of the calculation, a coupled numerical method based on the finite volume method is proposed to solve the model equations. Finally, several numerical tests are performed to verify the stability of the algorithm and reliability of the model. The comparison between numerical results and experimental data indicates that the presented model can predict the movement of landslide accurately. Considering the effect of velocity-weakening friction law, the presented model can better reflect the hypermobility of landslide than the conventional Mohr–Coulomb friction model. This work shows that the application of a universal velocity-weakening friction law is effective in describing the hypermobility of landslide and predicting the extent of landslides.     

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。     

马边滑坡运动特征及冲击强度的数值研究

滑坡运动堆积特征及其冲击强度研究对滑坡风险定量评估具有重要意义。通过对四川乐山市马边滑坡基本特征调查,利用支持向量机模型(SVM)和颗粒流方法(PFC),对滑坡岩土体细观强度参数进行反演和标定,结合UAV数据生成滑坡区高精度DEM,在此基础上,重构马边滑坡三维颗粒流数值模型,模拟并研究滑坡的运动堆积和冲击过程。结果表明:马边滑坡运动时长32 s,主滑时间16 s,运动开始5 s后速度达到峰值,为10.2 m/s;滑坡中后部岩土体运动迹线为直线型,中前部运动迹线成扩散状态,最终呈扇形堆积;滑坡在坡脚处的冲击力可达1.5×109 N,并随着坡脚距的增大,冲击力呈现出指数衰减特征。研究结果与滑坡运动过程实际视频解译结果及堆积现状基本一致,相关研究方法为滑坡定量风险评估提供借鉴。      

白龙江流域大型滑坡发育分布规律研究

通过对白龙江流域大型滑坡的现场调查和遥感解译,共调查大型滑坡259处,对流域内大型滑坡的发育分布有了总体的认识;在此基础上,利用GIS技术对大型滑坡的分布与距断裂距离、高程、岩性等因素的关系进行统计分析。研究认为:（1）流域内大型滑坡分布在区域上表现出沿河流水系呈线状分布和沿断裂带呈带状分布的特点;（2）流域内90%以上的大型滑坡分布在距断层距离小于5.0 km的范围内,距断层越远,大型滑坡发育数量越少;同时,集中分布在断裂交叉、错列及交汇部位;（3）流域内大型滑坡表现出与高程和微地貌很好的对应关系,大部分大型滑坡分布在1200~2600 m（上游2200~2600 m、中游1600~2200 m、下游1200~1600 m）以下的河谷峡谷段,尤其是宽谷向峡谷转折部位;（4）流域内软硬相间层状岩岩组最有利于大型滑坡发育,93%以上的大型滑坡与千枚岩、板岩等浅变质岩相关;（5）流域内大型滑坡主滑方向以NE向、W向为主,但是武都区两水镇至舟曲县腊子口乡一带表现出与断层走向基本一致的特征,即SE向和NW向为主;（6）流域内大型滑坡的滑移距离与滑坡体积有关,随着滑坡体积的增大,大型滑坡的运动性摩擦系数呈指数降低,部分大型滑坡表现出强碎屑流特征。     

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。     

Dynamic process of the Wenjiagou rock landslide in Sichuan Province,China

A rock avalanche is a geological event that is always sudden, rapid and with a long run-out, and can result in large loss of lives and property. The Wenjiagou rock avalanche was a high-speed rock landslide caused by a strong earthquake, in Mianzhu, Sichuan Province, southwest China. In this study, we reproduce the movement and deposition processes of the sliding mass by numerical simulation. We analyze the effects of the friction coefficient of each slip surface and the strength of the parallel bonds and contact stiffness between particles on the dynamic process and deposit features using three-dimensional particle flow code (PFC3D). The simulation results agree with the field measurements when the friction coefficient is 0.2, parallel bond strength is 2 MPa, and contact stiffness is 2?×?10⁸ kN/m. The landslide lasted about 115 s from the initial movement to the final deposition at the exit of the valley. The maximum velocity of the sliding mass was 114 m/s.     

康县城关镇刘家坎十字坡滑坡形成机制与稳定性分析

基于滑坡区地质环境,通过区域地质调查,大比例尺平面图测绘,滑坡微地貌和变形破坏特征测量籍调查,室内岩土体试验等手段,对康县十字坡滑坡的特征和形成机制进行了系统研究。研究成果表明,该滑坡为小型碎石堆积土滑坡,降雨、不合理的人工活动及滑坡区高陡的地形是诱发滑坡变形的主要因素。在认识滑坡形成机制的基础上,采用多种极限平衡计算方法,并结合滑坡所处的地质环境,评价该滑坡在天然、降雨、地震及降雨和地震耦合作用下的稳定性,为该滑坡的治理提供理论指导。     

Regional mapping and characterisation of old landslides in hilly regions using LiDAR-based imagery in Southern Flanders

Analysis of LiDAR-derived imagery led to the discovery of more than 330 pre-Holocene to recent landslides in Southern Flanders (4850 km²). The morphology of three landslides, including the 266.5 ha deep-seated gravitational slope deformation in Alden Biesen, was investigated in more detail. The analysis of the morphological and topographical characteristics (width–length relation, frequency–area distribution and topographical threshold) of the landslides revealed important differences compared to the characteristics reported in other landslide studies, and helped understanding possible landslide triggering mechanisms. Especially the possibility of a seismic origin of the landslides was investigated. Finally, a heuristic model for region-wide landslide susceptibility mapping was successfully tested. The susceptibility model and map allow prediction of future landslide locations and contribute to better understanding the role of individual causal factors on landslide location and spatial density. The results suggest that landslides on low-gradient, soil-mantled hills are a more important contributor to landscape evolution of hilly areas than was hitherto thought. The morphology of all hilly regions of Flanders is clearly marked by landslide processes and higher landslide densities often coincide with the presence of quaternary active faults. This study further shows that high-resolution topographical data such as LiDAR significantly contributes to a better detection of old, previously unknown landslides.     

金沙江新桥滑坡群工程地质特征及治理措施

金沙江溪洛渡水电站对外交通专用二级公路所经新桥古崩塌体(岩堆)规模巨大，形成历史久远，当地人民称其为“垮山地势”。新桥滑坡群是在新桥古崩塌体基础上形成的。由3块小滑体(E、F、G)构成的一个大型的岩堆滑坡群。每个滑坡规模不等，发育阶段不同，成因各异。新建二级公路推荐方案路线垂直于E、F、G3个滑坡主轴线，从滑坡体中上部通过。文章通过分析滑坡所处的工程地质环境，详细描述了各滑坡的工程地质特征，在定性及定量两个层次上综合评价了该滑坡群的稳定性，分析预测了工程对其可能产生的不利影响。根据该滑坡群的工程地质特征，针对性地提出了对直接威胁路线安全的E、F、G3块滑体的综合治理措施。从工程角度出发，总结了滑坡区的公路选线及治理原则。     

西藏昌都白格滑坡斜坡地质结构特征及成因机制

在西藏昌都市江达县波罗乡发生的两次高位大型滑坡,形成堰塞体阻断金沙江,其溃决洪水对下游造成了巨大损失.本文基于野外地质调查与工程验证、遥感影像、倾斜摄影测量、岩体微观特征,结合区域地质资料进行分析研究.结果表明:(1)白格滑坡发育于金沙江构造混杂岩带,坡体属于河谷型构造破碎松散体;(2)坡体物质主要由弱变形构造透镜体岩块和强变形错动带(糜棱岩带、碎裂岩带、断层泥)组成,镜下岩石结构破坏严重,岩石强度显著降低;(3)断层破碎带控制滑坡体两侧及后缘边界,为滑坡提供了侧向及后缘的切割面;(4)不连续错动带为白格滑坡的滑动层,在重力卸荷作用下发生贯通,导致坡体发生多期次崩滑;(5)综合坡体失稳启动分析,白格滑坡为"推移式+牵引式"混合型滑坡;(6)白格滑坡是在内动力和外动力耦合作用相互交替下促进形成,加之金沙江对坡脚掏蚀,松散体在重力卸荷作用下剪切破坏致使滑坡发生.白格滑坡事件可为研究金沙江构造混杂岩带中大型滑坡形成机制提供依据,同时也为该区域防灾减灾研究提供理论指导.      

地震诱发滑坡复活机制的FLAC~(3D)数值模拟分析

地震是影响斜(边)坡、滑坡稳定性的主要因素之一。白龙江上某大型滑坡经顺层斜坡发生倾倒变形而成,天然状态下处于基本稳定状态,在"5.12″汶川地震作用下,该滑坡有整体复活迹象,其后缘周界形成了连续贯通的拉裂缝、错动台阶,尤其是滑坡下游区变形拉裂较明显。本文以该滑坡在地震作用下发生复活为例,在分析滑坡所处的区域地质条件的基础上,详细研究了滑坡的基本特征以及地震作用导致滑坡复活的现象、特征,然后利用FLAC3D软件内置动力分析模块对该滑坡复活机制进行了分析、研究。数值分析表明,地震作用下滑坡变形破坏受坡体形态的影响较显著,滑坡对地震波具有明显的放大效应;同一地震动条件下,滑坡体相对周边处于稳定状态基岩边坡对地震更为敏感。这较好地解释了"5.12″汶川地震作用下,该滑坡的复活原因。     

基于多元遥感影像数据的黄河上游滑坡发育特征研究

黄河上游地区滑坡分布广泛,危害严重,是我国地质灾害的高易发区。文章以不同分辨率的多元遥感数据QuickBird(QB)、GeoEye、ZY-3、ZY-1 02C、Google earth等为数据源,结合野外现场实地调查和遥感验证等手段,开展了黄河上游地区滑坡发育的空间形态、展布特征研究,主要取得了以下认识:(1)研究区滑坡遥感影像特征明显,共发现各种类型的滑坡体508处,以群科尖扎盆地分布数量最多; (2)滑坡的空间宏观展布形态主要有8种,岩土体类型主要有4类,并以泥岩滑坡发育数量最多; (3)滑体堆积体的长、宽主要集中在550～1500m和600～1500m,且长、宽呈两极化方向延展; (4)滑坡体的长度与前后缘的相对高程差和滑体平均坡度呈良好的线性关系。研究成果将为该地区严重的地质灾害防治提供基础地质依据。     

硬土软岩滑坡近水平滑移的离心机模型试验研究

中国西北地区存在大量的新近纪硬土软岩滑坡灾害,为研究该类滑坡的变形特征,开展两组离心机模型试验模拟滑带劣化引起滑坡变形破坏的全过程,获取模型坡体土压及位移的实时变化曲线。研究表明,当软弱带强度降低时,硬土软岩滑坡的上部滑体呈块体状滑动,在快速运动滑动过程中,滑体呈现块状平移,不会彻底解体、液化;硬土软岩滑坡中前部出现水平应力集中,导致下伏滑带塑性流动变形,诱发其中前部上覆滑体的水平运动,并向滑坡后缘扩展,最终形成多级水平滑动。     

水动力型滑坡形成运动机理与防控减灾技术

水动力型滑坡是指在冰川融雪、降雨、水位变动、地表径流及地下水活动等水动力因素驱动下而发生的斜坡岩土体失稳灾害。西南地区是水动力型滑坡尤其是库区滑坡的高发区,其失稳破坏直接威胁到人类的生命财产和基础设施的安全,且有可能造成深远的次生灾害,提升水动力型滑坡灾害的监测预警、综合防控与应急处置水平极为迫切。水动力型滑坡易发于松散堆积层、破碎岩体、软岩以及含有软弱夹层的斜坡等地层,地质环境、水文活动以及人类活动干扰等因素的长期作用在水动力型滑坡的孕育过程中起着关键作用。斜坡在各种不利因素的持续交替作用下,逐渐产生变形破坏,稳定性不断降低并趋于极限失稳状态,最终在短期水文条件的改变下而导致整体失稳破坏。斜坡失稳后的滑坡动力过程非常复杂,尤其是特大型高位滑坡,在运动过程中可能会产生强烈的冲击破碎和沿程侵蚀铲刮现象,导致滑坡运动性态的改变和堆积方量的增大,水的存在会加剧滑坡沿程侵蚀铲刮作用以及导致运动性态向流态化转变而造成更远的运动距离和更广的致灾范围。水动力型滑坡是一个复杂的系统性问题,不同地质结构和水动力条件的滑坡变形破坏过程存在很大差异,远距离非接触式滑坡早期识别与监测技术以及基于人工智能和大数据且具备自主学习的滑坡预报预警方法是未来重要发展方向。水动力型滑坡防治涉及到工程建设、经济民生、社会等多方面因素,需要综合运用工程措施和非工程措施。在未来水利水电工程建设过程中,应重视库区滑坡的危害性,复建设施的修建应尽可能远离库区滑坡影响区。     

西南地区地震滑坡坡度分布特征研究

西南是我国地震滑坡多发区。根据汶川地震、庐霍地震、松潘一平武地震和昭通地震诱发的典型地震滑坡的调查和资料分析,结果表明不同地震诱发的滑坡坡度频率分布存在一定的差异,而地震滑坡与降雨滑坡坡度频率分布的差异较大,其分布规律遵循Logistic分布。通过Logistic分布函数分别建立了典型地震滑坡和区域地震滑坡坡度分布的定量评价方法,可为滑坡影响因子的定量计算、评价提供参考。     

汶川地震黄洞子沟右岸大型滑坡地质构造特征及成因

"5·12"汶川地震发生于龙门山逆冲构造带映秀-北川断裂,此次地震沿约300 km地表破裂带触发了大型滑坡百余处,其中大光包滑坡、红石沟滑坡和老鹰岩滑坡发育于绵阳安州区黄洞子沟右岸不到5 km区段内,规模均超过千万方,且大光包滑坡是此次地震中最大滑坡,也是世界罕见的巨型滑坡。本研究通过大量现场照片、遥感影像和实地测绘,结合XRD、岩石薄片手段在此3个滑坡滑源区展开了详细的地质调查。结果表明:（1）先期深埋的中-缓倾构造层带为大光包滑坡提供了潜在侧滑面,与岩体结构面组合触发了大光包大型楔形体破坏;（2）红石沟滑坡发育于含多级角砾、糜棱质次级错动带的碎裂结构坡体,地震中这些倾坡外的次级错动带快速贯通形成滑坡底滑面;（3）老鹰岩滑坡主控于厚层陡倾构造带,地震中该带沿走向拉裂破坏,加之两侧陡倾结构面组合切割触发了老鹰岩大型楔形体破坏。研究进一步发现,红石沟斜坡紧临大水闸背斜轴部、老鹰岩和大光包斜坡位于其两翼,认为该背斜构造对研究区斜坡地震稳定性有较大影响。本研究仅揭示了3个典型地质构造滑坡类型,汶川地震百余处大型滑坡地质构造成因有待进一步研究。     

青藏高原大型深层蠕滑型滑坡变形机制研究进展与展望

大型深层蠕滑型滑坡在青藏高原怒江、澜沧江、金沙江、岷江等地形地貌和地质构造复杂区极为发育,具有规模大、滑带深、渐进变形破坏显著等特点,按照滑坡空间结构主要有后缘洼地蠕滑型、顺层基岩蠕滑型和厚层松散堆积物蠕滑型等3种类型,往往表现为长期蠕滑-间歇性复活-整体滑动.通过梳理大型深层蠕滑型滑坡稳定性影响因素、滑带土工程地质力学性质、地下水渗流场特征与降雨诱发滑坡滞后性以及渐进变形破坏机制和动态稳定性等4个方面的研究进展,提出了3个关键科学问题与4个主要研究方向.建议加强深层滑带土在渗流场-应力场等多场耦合作用下的工程地质力学特性研究、加强剖析滑坡岩土体的非均质渗透特性及地下水分布特征分析,研究不同雨强和历时条件下降雨有效入渗机理,研究大型深层蠕滑型滑坡的降水入渗响应过程和降水诱发滑坡变形的滞后性,提出基于渐进变形破坏的滑坡动态稳定性评价方法,为地质灾害早期判识和综合防范提供理论依据.