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。     

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。      

地形因子对偏转型滑坡-碎屑流运动参数的影响

根据滑坡地形特征,将沟谷偏转型滑坡划分为坡脚偏转型、凹面偏转型和凸面偏转型三种类型,其主要地形参数为滑源区坡度、斜坡坡度、沟谷坡度和偏转角度。通过数值模拟,采用正交分析、极差分析和方差分析初步探讨主要地形参数对沟谷偏转型滑坡运动参数的影响。结果表明:沟谷偏转型滑坡的视摩擦系数、前缘速度恢复系数均主要受地形起伏的影响。斜坡坡度对视摩擦系数的影响最大,沟谷坡度次之,偏转角度最小;斜坡坡度、沟谷坡度对前缘速度恢复系数的影响大于偏转角度的影响。斜坡坡度是视摩擦系数的显著性因素,斜坡坡度、沟谷坡度是前缘速度恢复系数的显著性因素。视摩擦系数、前缘速度恢复系数与主控地形因子之间存在显著的非线性关系,可分别用二次函数、二次型函数进行描述。     

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。     

沟道型滑坡-碎屑流运动距离经验预测模型研究

沟道型滑坡-碎屑流具有隐蔽性强、危险性高、力学机理复杂的特点,研究其运动距离预测模型具有重要的理论意义和实践意义。本文基于遥感GIS技术,结合野外调查,获取了汶川地震触发的38个沟道型滑坡-碎屑流的基础数据。通过相关性分析确定沟道型滑坡-碎屑流最大水平运动距离L的影响因素从大到小依次是滑坡体积V、最大垂直运动距离H、滑源区高差Hs、沟道段坡度β。采用逐步回归方法建立了滑坡-碎屑流最大水平运动距离L的最优多元回归模型,检验结果表明模型具有较高精度。将最优多元回归模型与国际上应用较多的滑坡运动距离和泥石流运动距离预测模型进行对比,表明考虑滑坡体积、地形落差和沟道段坡度的运动距离预测指标体系,具有最高的拟合优度和较好的物理含义,可为沟谷山区滑坡-碎屑流危险性评价提供参考依据。     

顺层岩质滑坡运动过程数值模拟研究

顺层岩质滑坡相对难以治理,分析其运动过程对此类滑坡的风险评价和减缓至关重要。为了研究滑坡过程的运动参数,引入滑坡运动及涌浪过程模拟的新方法——Tsunami Squares法,该方法具有计算量小,可仿真复杂地形及适用多种灾害的特点。在滑坡物理模型实验的基础上,通过该数值模拟方法对顺层岩质滑坡运动过程的实验结果进行反演,讨论了不同地质参数(滑坡坡度、地面粗糙度和滑体岩性)组合下,滑坡过程厚度、速度和动量等运动参数的基本规律。结果表明:(1)顺层岩质滑坡在地形变化部位,整体滑动结束,开始发生扩容和解体;(2)在整体滑动阶段,其运动参数主要受基底摩擦系数控制,对其他地质参数不敏感;(3)滑坡解体后,运动参数因地质参数不同而改变,其对地形最敏感,但对滑体材料强度不敏感;(4)滑动速度和距离主要受地形和滑面粗糙度的影响,考虑侧向扩容的影响范围和堆积厚度则主要受地形和滑体材料影响。     

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。     

滑坡碎屑流冲击拦挡结构的离散元模拟

拦挡结构可以有效减小滑坡致灾范围、减弱致灾强度。文章以滑坡碎屑流为研究对象,通过对比模型试验和数值模拟结果,校正三维离散元模拟参数,进而研究不同坡脚角度和挡板高度对冲击力、最大水平运动距离的影响。研究结果表明:三个坡脚角度碎屑流冲击力的变化过程存在明显区别,坡脚角度为35°和45°时,冲击力时程曲线经历了两个显著的变化阶段:线性增大、线性减小。而坡脚角度为55°时,碎屑流冲击力时程曲线出现三个变化阶段:线性增加、恒力阶段、线性减小。挡板高度越高,恒力阶段的持续时间越短,冲击力线性减小阶段时间越长。小颗粒（2.5~10 mm）对挡板的冲击效应显著;中等颗粒（10~25 mm）随着挡板高度的增加,对挡板的冲击效应逐渐增大;而大颗粒（25~60 mm）作用在挡板上的冲击效应出现突变,与其他两种颗粒对比,整个运动过程冲击效应不显著。碎屑流的运程随着挡板高度的增加逐渐减小。对比三个坡脚角度下挡板的拦挡效果,坡脚角度α≤45°时,拦挡效果显著。     

岩体结构对岩质滑坡运动过程和堆积特征的影响研究

我国西南高山峡谷地区,常发生高位岩质斜坡失稳,形成碎屑流,造成巨大人员伤亡与经济财产损失。目前存在着许多关于岩质滑坡的研究理论和物理模型,但这些理论与模型都忽略了岩体结构这一属性,然而对岩质滑坡而言,岩体的结构特征不仅控制着斜坡变形失稳模式,同样影响失稳后滑体碎屑化运动过程,甚至最终的危害范围。因此,文章使用离散元数值模拟方法,通过模拟不同结构面强度、结构面密度、结构面方向和岩块强度下岩质滑坡碎屑化运动过程,研究了不同源区岩体结构对岩质滑坡破碎特征、运动形式和运动距离的影响规律及影响机制。研究结果如下:（1）质心运动距离随结构面强度增大而增大,结构面抗拉强度提升10倍,质心运动距离增加3%;（2）结构面密度的增加使得块体破碎率随之增加,但运动距离和分布面积都呈下降趋势;（3）水平向结构面岩体的前缘运动距离和质心运动距离与其他方向结构面工况相比均降低10%左右,分布面积则缩减接近30%,破碎率最大;（4）随着岩块强度增加,破碎率降低,分布面积最终缩减40%,完整块体工况运动距离最终增大15%左右。结果有助于进一步理解岩质滑坡动力学过程,指导山区防灾减灾工作。     

一种考虑曲面地形效应的流动性滑坡运动模型

流动性滑坡在流经曲面地形时会产生附加的离（向）心作用,而以往的研究并未充分考虑这种作用。本文以LS_RAPID模型为基础,补充了在曲面地形下滑体运动所受离（向）心力,修正LS_RAPID模型的控制方程,得到考虑曲面地形效应的流动性滑坡运动模型——LSD_T（Landslide Dynamic_Terrain）模型。运用该模型对一典型流动性滑坡——天水市大沟滑坡进行模拟,并与相同参数下LS_RAPID模型的模拟结果进行对比。结果表明:LS_RAPID模型中曲面地形对滑体运动的限制作用不明显,体现为弯道处滑体冲出沟道,不符合滑坡的实际运动情况;而LSD_T模型则能够较好的反映弯道离（向）心作用的影响,滑体在弯道处顺沟滑动,运动轨迹与实际堆积过程基本一致。     

基于PFC2D的刘涧滑坡破坏运动过程模拟

以陕西省洛南县刘涧滑坡为研究对象,采用颗粒流离散元法对其破坏运动过程进行数值模拟。首先通过双轴数值试验对滑坡饱和土体进行细观参数标定,并与室内试验中饱和土体宏观力学参数进行对比,经验证该细观参数能应用到滑坡的破坏运动分析中,进而引入颗粒流（PFC2D）程序中平行黏结模型,采用ball-wall建模方法建立滑坡模型,对滑坡不同关键部位颗粒进行位移、速度监测,阐明其破坏运动特征。模拟结果表明,降雨为刘涧滑坡的直接诱发因素,斜坡变形破坏模式为由坡脚开挖引起的自前缘向后部牵引-孔隙水压力诱发的后部向前缘推移式滑塌。总体特征为上部推移,中部剪切,下部牵引;滑坡滑动最高时速13.4 m/s,最大滑移170 m,滑动阶段持续25 s。利用颗粒流法对滑坡的破坏运动过程模拟具有较好的适用性,可为工程决策提供依据。      

汶川、芦山和鲁甸地震滑坡分布规律对比研究

汶川M_S8.0级地震、芦山M_S7.0级地震和鲁甸M_S6.5级地震均引发了大量的滑坡灾害。由于震级差异和地质地形条件的不同,地震滑坡分布情况有较大区别。本文综合已有的研究成果,从地震、地质和地貌3个方面,对比分析了地震滑坡的分布规律。结果表明:（1）3次地震滑坡数量和密度随着PGA和震级的增加而增加。汶川和鲁甸地震随烈度的增加,滑坡数量呈现递增的趋势。但芦山地震在较低烈度区也发育着大量滑坡。（2）断层影响滑坡分布的最大距离随着震级的增加而增加。在最大影响距离0.2倍的范围内,汶川地震分布有80%的滑坡,而其他两次地震仅30%。此外,汶川地震滑坡数量随断层距离呈指数衰减关系。（3）地震滑坡的分布受到地形的强烈影响。Ⅶ度及以上烈度区地形切割深度越大,地震触发的滑坡集中分布区域相对高差越大。同时,滑坡集中发育的坡度会随之增加。切割深度越大,地震滑坡更易发生在地势较陡的山脊或者上坡处,这可能与地形放大效应有关。     

基于PFC3D的鱼鳅坡滑坡运动过程分析

以贵州省开阳县鱼鳅坡滑坡为研究对象,采用颗粒流离散元（PFC3D）对其破坏运动过程进行数值模拟。采用Ball-Wall建模方法建立滑坡模型,对滑坡不同关键部位颗粒进行位移、速度监测,阐明其破坏运动特征。结果表明,降雨为鱼鳅坡滑坡的直接诱发因素。该滑坡在破坏初始阶段以蠕滑变形为主,随着变形量的增加,滑坡体不断挤压坡脚,滑坡岩土体到达应力平衡极限,坡脚产生剪切破坏,并向上牵引发展,滑坡发生整体滑动,斜坡变形破坏模式为蠕滑-拉裂,按照力学条件为牵引式破坏。滑坡滑动最高时速12.4 m/s,最大滑移80 m,滑动阶段持续50 s。研究成果可为对该类滑坡影响范围预测,以及工程措施的制定具有一定的参考意义。     

甘肃黑方台“10·5”黄土滑坡启动及运动特征分析

数十年的塬上大面积灌溉导致甘肃黑方台地下水位不断提升,迄今为止已有约200余起黄土滑坡发生,造成了大量伤亡,给当地居民生活和财产安全带来了巨大的影响。针对黑方台黄土滑坡启动迅速、运动速度快、影响范围广的特征,文中以2019年10月5日发生在黑方台党川村附近的一起黄土滑坡为研究对象,通过野外调研和无人机手段,获取该滑坡的发育特征和地形数据。基于Massflow软件再现了该滑坡运动全过程,最终得到堆积厚度及运动速度2个方面特征,得出以下结论:（1）“10·5”黄土滑坡体积约2.7×104 m3,最大滑距355 m,属于小型黄土滑坡;（2）模拟结果显示,滑坡运动持续时间约45 s,最大运动速度为26 m/s,反演结果与实际情况较吻合。运动过程可分为启动加速阶段、稳定加速阶段、减速堆积阶段三个阶段;（3）对滑坡堆积厚度进行分析发现,该滑坡在主滑方向上平均厚度约0.59 m,最大堆积厚度为1.35 m,沿滑坡运动方向,堆积厚度呈现先增大后减小的趋势,堆积区最大堆积厚度为0.82 m。该研究成果可为黑方台黄土滑坡风险防控提供一定的技术支持。     

黄土滑坡发育特征参数的幂律相依性研究

以天水市麦积区幅为例,利用最小二乘法的拟合方法,对黄土滑坡发育特征参数的幂律相依性进行了研究。结果表明:(1)滑坡-累积频率的幂律相依性不仅存在于滑坡面积-累积频率、体积-累积频率间,还存在于滑坡后缘距离分水岭高程与其发生的累积频率之间;(2)滑坡规模参数幂指数分布特征为面积与长度＞面积与宽度＞体积与面积;运动特征参数幂指数的分布特征为体积与最大垂直滑动距离＞体积与最大水平滑动距离＞面积与最大垂直滑动距离＞面积与最大水平滑动距离;(3)滑坡的等效摩擦系数与滑坡面积、体积的幂函数相关性差,故而该经验关系式仅能代表趋势特征,不能作为定量分析的依据。     

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。      

陕西泾河南岸大堡子高速远程黄土滑坡运动过程模拟

高速远程滑坡具有速度快、运程远的特点,一旦发生,人员逃离十分困难,往往造成严重灾难,因此对这类滑坡展开研究具有重要意义。对已发生滑坡运动过程进行参数反演和模拟可为潜在高速远程滑坡的预测提供借鉴。因此本文以陕西泾河南岸大堡子高速远程黄土滑坡为例,在野外调查测绘和室内试验的基础上,利用Sassa的滑坡运动模型对该滑坡运动过程进行模拟分析。结果表明,滑坡体最大平均速度为9.56m·s-1,具有高速运动特点,运动持时为24.5s,滑坡运动过程可分为启动加速阶段（0~5.7s）和运动减速阶段（5.7~24.5s）,加速阶段平均加速度为1.68m·s-2,减速阶段加速度为-0.51m·s-2,加速过程比减速快3倍左右。滑坡区高陡地形和黄土高结构强度为滑坡高速运动提供条件,开阔阶地地形以及阶地砂砾石层近饱和含水条件决定滑坡远程运动特点。     

基于颗粒流方法的堆积层滑坡运动过程模拟

以颗粒流离散元为研究方法对勉县杨家湾十组堆积层滑坡破坏方式与运动过程进行数值模拟研究。通过PFC2D双轴模拟试验所标定的岩土体宏观模拟参数与室内试验所获取的宏观实测参数进行对比,确定堆积层滑坡所需的颗粒细观参数,然后将标定的细观参数代入堆积层滑坡模型,对滑坡破坏方式及运动过程进行模拟研究。结果表明:滑坡破坏在初始阶段蠕滑变形累积,滑坡体挤压坡脚,直至坡脚产生剪切破坏,并向上牵引发展,使得滑坡整体顺接触面破坏下滑并堆积于坡脚,表现为典型的牵引式渐进破坏,结果与实际情况基本吻合。研究认为,采用颗粒流方法对堆积层滑坡破坏与运动过程的模拟研究具有较高的适用性,对该类滑坡防治具有一定的参考意义。      

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。