强震区侵蚀-溃决型泥石流的动力特性定量分析

强震作用导致流域内松散物源、微地貌及水文环境发生剧烈变化,致使强震区泥石流的形成机制和活动规律区别于普通泥石流。从启动判别、沟床侵蚀和溃决放大效应等3个方面入手,利用物理模型和数值模拟,定量分析了强震区泥石流启动-流通-堆积全过程的动力特性。结合案例验证了强震侵蚀-溃决型泥石流的力学机制。分析表明,泥石流沟床侵蚀是外部应力增加、内部强度衰减和松散物质基础3种机制的综合结果,沟道堰塞体溃决导致泥石流流量被瞬间放大,进而反馈到侵蚀机制中,导致泥石流规模剧增。红椿沟8·14泥石流案例验算显示,H02、H03堰塞体溃决导致泥石流流量放大至800.80m3·s-1,沟床侵蚀物质总量达34.72×104m3,约占总规模的50%。     

金沙江上游雪隆囊古滑坡堰塞湖溃坝堆积体的发现及其环境与灾害意义

西藏芒康县金沙江上游雪隆囊河谷史前时期(全新世晚期)发生了一次明显的堰塞事件,形成了一个湖水体积约3.1×108 m3的大型堰塞湖。该堰塞湖形成后期发生溃决并引发异常大洪水,这一溃决事件发生在大约1 117 A.D.。地震诱发山体滑坡可能是金沙江发生堰塞的直接原因。在雪隆囊古堰塞坝体的下游一侧到其下游3.5 km的范围内,发现大量由砾石、砂和少量黏土组成的混杂堆积体,判定其为滑坡堰塞湖的溃坝堆积,是滑坡坝体及上游河床物质在坝体溃决后快速堆积形成。整套溃坝堆积体具有支撑-叠置构造、叠瓦构造和杂基构造等沉积特征,还具有一种特殊的沉积构造:即在垂向剖面上发育粗砾石层与细砂砾层的韵律互层,但剖面中缺少砾或砂的透镜体。这种沉积构造("互层构造")是溃坝堆积相区别于冲-洪积相、泥石流相等的一种重要判别标志。采用水力学模型反演确定雪隆囊古滑坡堰塞湖溃决洪水的平均流速为7.48 m/s,最大洪峰流量为10 786 m3/s。雪隆囊溃坝堆积体沉积特征及其环境的研究,不但有助于揭示古洪水事件发生的过程和机制,同时对于认识金沙江上游地区的环境演变也具有重要意义。     

滑坡堰塞湖溃决风险与过程研究进展

滑坡堰塞湖是山区常见的一种自然灾害, 对其溃决风险与过程的科学认知和合理评估是应急处置的关键。外荷载作用下滑坡堰塞体的力学响应、滑坡堰塞湖渐进破坏机理与溃决洪水预测理论是滑坡堰塞湖风险评估研究领域的关键科学问题。本文围绕滑坡堰塞湖形成后的溃决风险与过程展开综述, 从定性和定量的角度分别对堰塞湖危险性评价方法进行分析总结, 从小尺度、大尺度和超重力场试验技术的角度总结了堰塞湖的溃决机理、溃决过程及其影响因素, 从数学方法的角度对堰塞湖溃决洪水预测中经验公式法、简化和精细化数值模拟方法的进展进行总结评价。然而, 国内外关于滑坡堰塞湖风险评估领域的研究仍处于起步阶段, 空-天-地一体化监测技术、堰塞湖危险性评价中的不确定性问题、堰塞体材料冲蚀特性与溃决机理、堰塞湖溃决洪水精细化模拟等将是未来的重点研究方向。本综述可为堰塞湖防灾减灾和流域水工程风险管理提供有价值的参考。     

金沙江白格滑坡运动过程特征数值模拟与危险性预测研究

2018年10月、11月于金沙江川藏交界处江达县波罗乡白格村先后发生两次体积约2400×104 m3和850×104 m3的滑坡,两次滑坡平均运动距离1400 m,堵塞金沙江形成堰塞湖。首次形成的堵江滑坡坝天然溃决,未造成人员伤亡;然而第2次滑坡堵塞第1次滑坡自然溃口,导致堰塞湖库容迅速增加到3.85×108 m3。政府部门立即开展抢险工作,通过人工修建溢洪道的方法成功泄洪,极大程度上降低洪水风险。本文利用PFC3D颗粒流软件模拟两次滑坡的发生、运动、堆积过程,并在反演结果的基础上对白格滑坡滑源区残留潜在不稳定部分未来失稳的运动路径和堆积范围进行预测,对其危险性进行科学评价。结果表明:（1）滑坡在重力作用下失稳,除了受初始势能的影响外,微地貌也是决定滑坡运动路径与距离的关键因素之一;（2）PFC3D颗粒流数值模拟方法适用于类似于白格滑坡这类碎屑流类型的滑坡,两次滑坡反演得到的堆积厚度、堆积范围均与真实结果相近;（3）利用两次事件反演所得参数,可以预测若滑源区潜在不稳定部分同时失稳,则形成约70 m高的滑坡坝,可能再次堵塞金沙江。     

红石河堰塞湖漫顶溃坝风险评估

四川省青川县红石河堰塞湖是2008年5月12日汶川大地震形成的34座大型堰塞湖之一,是由东河口滑坡堵塞红石河形成的。该堰塞体高度约50 m、宽度约250 m、顺河向长度约500 m、形成的最大库容约400万m3。本文作者对红石河堰塞体做了较详尽的现场试验,包括土的冲蚀试验、土的基本物性试验等。基于现场试验数据,对土的冲蚀性和漫顶溃坝风险做了详细的分析。结果显示,从土的抗冲蚀性角度考虑,只要有水溢出就会有土体被冲蚀,这说明红石河堰塞体的漫顶溃决可能性较高。本文还提出经验公式来预测红石河堰塞体漫顶的溃决时间,大约为4.5d,如果考虑到大石块对抗冲蚀稳定性的有利影响,这一数值会增大。此外,还研究了溃决深度随时间的变化规律。     

考虑不同泄流槽方案的堰塞坝溃决机理分析——以唐家山堰塞坝为例

近年来,频发的地质构造活动和极端气候灾害诱发了大量堰塞坝,严重威胁上下游群众的生命财产安全。开挖泄流槽是最常用降低堰塞坝溃决风险的措施,由于时间非常急迫、交通极度瘫痪,其开挖量非常有限,因此如何利用有限的开挖量将溃坝风险降低至最小是亟待解决的问题。本文基于水土耦合冲刷机理,提出了考虑不同泄流槽方案的堰塞坝溃决机理分析方法,并应用于唐家山堰塞坝。该方法根据水力学参数和坝体抗冲刷性参数动态计算瞬时坝体冲刷率,进而分析泄流槽对溃决全过程的影响,从而自动获取最优的泄流槽设计方案。将此方法应用于唐家山堰塞坝案例发现:唐家山堰塞坝泄流槽最优设计时溃坝洪峰流量为1700m3·s-1,小于实际峰值流量6500m3·s-1,主要是因为增大泄流槽的纵坡率,显著增强溃坝前的冲刷并形成双洪峰,从而有效降低了溃决峰值流量。由于复合槽相对较小的水力半径限制了溃坝前的冲刷,使得临溃时水位较高,因此溃坝峰值流量比单槽大,溃坝风险降低效果不如单槽。     

2018年10月和11月金沙江白格两次滑坡-堰塞堵江事件分析研究

2018年10月11日和11月3日,在西藏自治区江达县波罗乡白格村与四川省白玉县绒盖乡则巴村交界处金沙江西藏岸（右岸）先后两次发生大规模高位滑坡,堵塞金沙江,形成堰塞湖。尤其是第二次滑坡-堰塞堵江,因坝体过高（堰塞湖水位可到50 m）,堰塞湖库容较大（超过5×108 m3）,不得不通过修建导流槽主动降低堰塞湖水位。经过人工干预,第二次堰塞体于11月13日被完全冲开,险情得以解除,但下泄的洪水在下游四川、云南境内仍造成严重的洪涝灾害。本文通过对两次滑坡的现场地质调查,结合历史遥感影像解译、InSAR监测、无人机航拍、地面变形监测等技术手段,查明了白格滑坡区斜坡的变形历史、两次滑坡及其堰塞堵江的基本特征及其动态演化特征,简述了第二次滑坡-堰塞体的应急处置以及为保证现场施工安全所开展的"实战性"监测预警工作。在同一部位先后两次发生大规模滑坡堵江事件并对其采取了及时有效的应急处置,其案例非常典型,对类似地质灾害事件具有很好的参考借鉴意义。     

堰塞坝堆积演化过程及开发利用研究进展

堰塞坝险情的形成演化与综合开发治理是防灾减灾领域研究的焦点问题,因坝体形成过程特殊、内部结构复杂、组成材料不均且堆积形态迥异,导致其与人工坝体差异较大,目前仍缺乏有效的安全性评估方法及科学的开发治理措施。本文列举了国内外典型的堰塞坝事件,从堰塞坝的形成、类型和结构特征等方面,总结了已有的研究成果,阐述了堰塞坝的形成机理,重点分析了崩塌、滑坡、泥石流堰塞坝的堆积演化过程研究。归纳了目前堰塞坝应急处置和综合治理的工程措施与非工程措施,列举了堰塞坝蓄水发电、引水灌溉、环境旅游等开发利用的成功案例。通过文献和案例汇编,建立了堰塞坝事件研究的文献资料库。鉴于堰塞坝较高的溃决风险和开发潜能,提出当前研究存在的主要问题和继续努力的研究方向,为堰塞坝的风险预测及开发利用提供有益参考。     

雅鲁藏布江色东普沟崩滑-碎屑流堵江灾害初步研究

2018年10月17日5时许,西藏林芝市雅鲁藏布江左岸色东普沟上游发生冰崩岩崩,冲击下部的早期崩坡积物和冰碛物,形成滑坡-碎屑流进入雅鲁藏布江,堵江堰塞约56 h后自然漫顶泄流,整个过程形成崩滑-碎屑流-堰塞湖-溃决洪水灾害链。采用多年气温降水数据分析、多时相卫星遥感解译冰川退缩、直升机抵近观察堰塞坝、Scheidegger公式计算崩滑-碎屑流运动速度、Gutenberg-Richter公式计算地震活动序列b值和多因素赋值统计研判未来冰崩地点规模,得到堰塞坝体积约为3100×10~4m~3(含以往多次崩滑堵江残留堆积),滑坡-碎屑流运动距离超过8 km,平均运动速度约20 m/s,整个运动过程历时6.7 min,具有高速远程性质。色东普沟域崩滑-碎屑流是在地貌高陡、岩体破碎、气候变暖、局地降水、冰川退缩、断裂活动和地震效应(b值在0.7左右)等多种因素综合作用下形成的,今后相当长的时期内仍会多次发生。初步预测,当局地平均气温超过13℃、1 h降雨量超过5 mm或24 h降雨量超过10 mm,或地震PGA大于0.18 g,可能引发新的崩滑-碎屑流事件,造成雅鲁藏布江再次壅堵。针对该区域山高谷深,人烟稀少,交通困难的实际,提出了适应自然、全面避让和适当疏导的防灾减灾对策。     

堰塞坝形成机理及稳定性分析

滑坡、崩塌和泥石流是形成堰塞坝的三种主要方式,其形成堰塞坝的条件非常复杂,涉及因素广泛。另一方面,堰塞坝完全堵江形成堰塞湖在世界各国山区广泛分布,时有发生,造成严重灾害。因此,有必要对堰塞坝形成机理及安全性状评估进行研究。本文主要针对滑坡、崩塌、泥石流和碎屑流形成堰塞坝机理进行介绍并探讨了堰塞坝的破坏机制。同时,通过渗透稳定性、抗滑稳定性和抗冲刷稳定性3个方面评估了堰塞坝稳定性分析,以期为堰塞湖的防治与治理提供科学依据。     

云南省文山州富宁县阿用乡小桥滑坡堰塞湖

正2018年8月6日凌晨,受当地前期连续降雨影响,云南省文山州富宁县阿用乡阿用河右岸一级支流发同河下游河段右岸发生顺层岩质滑坡,堵塞河道形成堰塞湖。滑坡前缘高程721 m,后缘高程871 m,主滑方向219°。滑坡长约200 m、宽约100 m,滑体厚约2～15 m,滑坡总体体积约2.0×105m~3。滑坡形成的堰塞体坝顶长64 m,     

余震作用下堰塞坝体破坏及溃决过程大型振动台试验研究

山区特大地震往往导致大量堰塞湖,例如2008年汶川地震形成了至少257个堰塞湖,并且主震后发生了大量余震,这些余震可能会影响堰塞坝体的安全状态。通过大型振动台模型试验,研究了余震及库水耦合作用下堰塞坝体的破坏及溃决机理和过程。共进行了两组不同材料的振动台模型试验,分别模拟含黏粒较多且颗粒较小(坝体Ⅰ)和基本不含黏粒且颗粒较大(坝体Ⅱ)的两种坝体。在不同水位条件下进行振动台试验。研究成果表明:(1)地震和库水耦合作用下堰塞坝体的主要溃决方式是漫顶溢流,主要溃决过程为地震力使松散的堰塞坝体发生沉陷,库水渗入使沉陷加剧,最终水位上升漫过坝顶发生溢流冲蚀破坏。(2)地震一般不会直接引起堰塞坝体的破坏。地震力对坝体稳定性的主要影响是使坝体发生沉陷变形。在地震和库水耦合作用下,坝体沉陷比单一因素作用下更为剧烈,因此地震作用会使漫顶溢流提前发生。(3)地震和库水耦合作用下坝体Ⅰ沉陷量大于坝体Ⅱ,说明现实中由大粒径岩土体组成的堰塞坝体具有更好的稳定性。     

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。     

余震作用下堰塞坝体破坏及溃决过程大型振动台试验研究

山区特大地震往往导致大量堰塞湖,例如2008年汶川地震形成了至少257个堰塞湖,并且主震后发生了大量余震,这些余震可能会影响堰塞坝体的安全状态。通过大型振动台模型试验,研究了余震及库水耦合作用下堰塞坝体的破坏及溃决机理和过程。共进行了两组不同材料的振动台模型试验,分别模拟含黏粒较多且颗粒较小（坝体Ⅰ）和基本不含黏粒且颗粒较大（坝体Ⅱ）的两种坝体。在不同水位条件下进行振动台试验。研究成果表明:（1）地震和库水耦合作用下堰塞坝体的主要溃决方式是漫顶溢流,主要溃决过程为地震力使松散的堰塞坝体发生沉陷,库水渗入使沉陷加剧,最终水位上升漫过坝顶发生溢流冲蚀破坏。（2）地震一般不会直接引起堰塞坝体的破坏。地震力对坝体稳定性的主要影响是使坝体发生沉陷变形。在地震和库水耦合作用下,坝体沉陷比单一因素作用下更为剧烈,因此地震作用会使漫顶溢流提前发生。（3）地震和库水耦合作用下坝体Ⅰ沉陷量大于坝体Ⅱ,说明现实中由大粒径岩土体组成的堰塞坝体具有更好的稳定性。     

易贡滑坡堰塞湖溃坝洪水分析

滑坡堰塞坝体主要由块石、碎石土等松散材料组成,随着上游水位的不断上升,极易失稳,一旦决口将对给下游人民的生命财产安全造成极大的威胁。因此,研究堰塞坝溃坝问题具有重要的学术意义和应用价值。2000 年 4 月 9 日,西藏林芝地区波密县易贡藏布河扎木弄沟发生大规模山体滑坡堵塞易贡藏布江,形成坝高60m,长约2500m,库容可达288108m3,体积约28108～30108m3的滑坡堰塞湖, 2000年6月10日堰塞坝溃决。本文以易贡堰塞湖溃坝为例,从连续性方程及Navier Stokes方程出发,结合标准型湍流模型,并采用VOF方法进行自由面处理,基于流体计算软件Fluent模拟分析了溃坝洪水在下游弯曲河道的演进过程及不同位置的流速变化。数值模拟结果与实测资料记录基本一致,表明该模型能够模拟溃坝洪水在地形复杂弯曲河道中的演进过程。     

基于数值模拟的戈龙布滑坡-堵江-溃决洪水地质灾害链动力学过程重建

以全新世戈龙布古滑坡堵江溃决洪水地质灾害链为例,采用野外调查、PFC3D滑坡动力学数值模拟和HEC-RAS溃决洪水模拟,再现了该滑坡滑-堵-溃灾害链全过程.首先通过野外调查查明了该滑坡的特征,戈龙布滑坡总体积约7.92×10⁷ m³,主滑方向为NW335°,最大滑动距离为2.3 km,最大堆积厚度约150 m.利用离散元软件对该滑坡启动和堆积过程模拟,戈龙布滑坡滑动过程持续了103 s,最大速度可达57 m/s,且在滑动过程中呈现出破碎程度区域差异性的运动学特性;大部分颗粒在运动过程中保持了其原始的位置顺序,堆积体物质特点为单个颗粒与块体团簇共存,破碎作用较弱.滑坡堆积体面积约为1.8×106 m²,鞍部高143 m,左岸、右岸高程分别为2 030 m和2 063 m.滑坡堵塞黄河形成的堰塞坝厚度达143 m,上游形成面积为128 km²、库容为4.87×10⁹ m³的堰塞湖.通过模拟不同溃坝程度(15%、25%、50%和75%)下洪水演进过程,溃口下泄流...     

藏东南波堆藏布江谷地古冰碛堰塞湖初步研究

藏东南作为青藏高原内外动力作用最强烈的地区之一,是河流堰塞-溃决洪水链式灾害频发地区。研究该区域古堰塞湖的形成与演化,对认识、评估灾害风险具有重要意义。研究结果表明,波堆藏布江谷地保存有一套湖相沉积地层,通过地貌填图和光释光测年等手段,并结合前人研究成果,推测海因里希事件1（H1）以来波堆藏布江谷地可能发生了一期古堰塞湖事件。该古堰塞湖可能是由波堆藏布江侧蚀白玉沟沟口冰碛垄,致使冰碛物滑塌并阻江形成的,古湖的最大湖面面积约为18.8 km²,库容蓄水量约为0.13 km³。该古堰塞湖的形成时间可能介于H1~10 ka之间,其溃决时间可能在~6 ka之后,后期河流溯源侵蚀及下切作用形成了多级以湖相地层为基座的阶地。     

新疆伊宁克孜勒赛黄土滑坡堵溃型泥石流成灾模式

2017年4月2日凌晨,新疆伊宁县喀拉亚尕奇乡境内由于持续降雨,诱发黄土滑坡堵溃型泥石流灾害,造成直接经济损失50余万元。本文在查明滑坡堵溃型泥石流形成条件、成灾模式基础上,分析了克孜勒赛沟泥石流静力学和运动特征,得出如下结论:(1)此次滑坡堵溃型泥石流成灾模式为:持续降雨→黄土斜坡变形破坏→滑坡滑入沟道形成堰塞坝→堰塞坝溃决形成泥石流;(2) 3#、4#、5#、6#和7#滑坡堰塞坝溃决洪峰流量分别为5. 4 m3/s、10. 1 m3/s、49. 5 m3/s和30. 3 m3/s;(3)泥石流断面流速为1. 88～3. 50 m/s,断面流量为4. 51～41. 39 m3/s,泥石流堆积扇最大长度263. 1m,最大宽度212. 6 m。调查研究结论对克孜勒赛沟滑坡堵溃型泥石流的防治具有现实意义,并提出了针对性的防灾减灾建议。 更多还原     

汶川地震触发大光包巨型滑坡基本特征及形成机理分析

大光包红洞子沟巨型滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,其体积达7.42亿m3, 堰塞坝高达690m,是我国已知的最大规模地震滑坡和最高的滑坡堰塞坝,也是目前全世界已知的为数不多的几个方量在5亿m3以上的超大规模滑坡之一,其高达690m的滑坡堰塞坝为目前世界最高的滑坡坝。滑坡位于发震断层上盘,距发震断裂映秀北川断裂不足7km。震前斜坡为三面切割的孤立型山脊,相对高差达1500m;斜坡岩层走向与坡面近于垂直,层面延展性极好,构成滑动面形成的基础。调查和分析表明,斜坡的临空条件和贯通性好的灰岩层面是滑坡产生的基础;而高强度和长持时强震地面运动是导致滑坡产生的根本因素。滑坡产生的机理和过程可分为以下4个阶段:即坡体震裂、松弛和解体阶段、高速溃滑阶段、震动堆积阶段、二次抛射和碎屑流堆积阶段。失稳高速下滑的坡体,形成了沿主滑方向长4.2km,宽2.2km的堆积体,高速流动的碎屑流越过下游侧风波岩山脊,沿红洞子沟形成了长1km的碎屑流堆积区。     

雅鲁藏布江色东普沟冰崩—堵江—溃决灾害数值模拟

为了揭示雅鲁藏布江色东普沟2018年10月17日冰崩—堵江—溃决灾害链的动力演化过程,基于Massflow数值模拟仿真平台,使用Fortran编程语言,根据研究区域地质条件特征对程序进行二次开发以优化Voellmy模型,模拟冰崩—泥石流动力过程;将模拟泥石流得到的堰塞坝体嵌入地形中,运用ArcGIS计算堰塞湖范围及体积,通过Manning模型模拟堰塞湖溃决洪水动力过程。采用分段模拟法再现冰崩—泥石流—堵江—堰塞湖—溃坝的完整动力过程,对泥石流运动过程中的流速、流深,坝体高度,溃决洪水的流深、流速等参数进行定量化研究,为色东普流域的防灾减灾工作提供有效支撑。为了揭示雅鲁藏布江色东普沟2018年10月17日冰崩-堵江-溃决灾害链的动力演化过程,采用Massflow数值模拟仿真平台,以Fortran语言为编程手段,根据研究区域地质条件特征对程序进行二次开发优化Voellmy模型,模拟冰崩-泥石流动力过程;将模拟泥石流所得到的堰塞坝体嵌入地形中,采用ArcGIS计算堰塞湖范围及体积,通过曼宁模型模拟堰塞湖溃决洪水动力过程。采用分段模拟法再现冰崩-泥石流-堵江-堰塞湖-溃坝的完整动力过程,对泥石流运动过程中的流速、流深,坝体高度,溃决洪水的流深、流速等参数进行定量化研究,为色东普流域的防灾减工作提供有效支撑。