汶川地震引发高速远程滑坡运动机理数值模拟研究——以谢家店子滑坡为例

针对汶川地震引发的谢家店子滑坡,在现场调查分析的基础上,建立了二维离散元数值模拟模型,采用2D-Block软件对其进行了全过程的数值模拟研究,并通过对跟踪块体的深入分析,研究了相应地质体在不同阶段下的运动特征。模拟结果表明,谢家店子滑坡经历了剧动启程抛掷阶段、快速撞击飞行阶段、铲刮减速碎屑流阶段及堆积掩埋阶段。为了揭示地震引发高速滑坡的发生规律,分别研究了地震震级、斜坡地形和斜坡上岩块的尺寸对高速滑坡启动和运动过程的影响规律。地震震级对边坡的启动、变形、破坏和运动有很大的影响,地震震级越大,滑体启动的加速度和速度也就越大,从而易形成高速远程滑坡。斜坡体本身的地形地貌对滑体运动也有较大影响。在震级和岩石力学参数一定的条件下,斜坡上岩块的大小对其启动、变形和运动过程有一定影响,随着岩块的增大,滑体运动的每个阶段历时都在减小,但当岩体十分破碎时,滑体虽然能够运动,但是很难发生抛掷。将地震滑坡的启动机理概括为积累变形效应、振荡启程效应和振荡加速效应。     

英国岩体结构概率模型研究现状

目前岩石力学研究有三个方向,一是以研究地壳地质构造变形、断裂和发震机制为目标的构造岩石力学;二是以研究钻探、掘进破岩机制为目标的破碎岩石力学,三是以研究工程岩体稳定为目标的工程岩石力学方向.工程岩石力学经过几十年的发展,目前已经由岩块力学阶段进入到岩体力学阶段.工程岩体力学的研究对象是地壳表层岩体.岩体是长期地质作用过程中形成的,由岩块和不连续面网络组成的,具有天然初始应力的地质结构体.把岩体作为一种力学材料(或力学介质)研究时,其力学习性和渗透特征主要受不连续面网络控制.因此研究岩体中不连续面网络分     

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.      

高速岩质滑坡启动弹冲加速机制及弹冲速度计算——以武隆县鸡尾山滑坡为例

高速岩质滑坡启动弹冲加速机制是开展高速岩质滑坡全过程动力学研究的基础。系统阐述了高速岩质滑坡启动弹冲加速机制,着重分析了岩质滑坡启程中的滑带释能和锁固体释能加速效应。基于岩石循环加、卸载试验,探讨了岩石弹性应变能释放规律,并将得到的规律用于确定滑带可释放弹性应变能。鉴于目前确定滑坡启动弹冲速度所存在的诸多问题,重新推导了滑坡启动弹冲速度计算公式,并对鸡尾山滑坡启动弹冲规律进行了研究。研究表明,鸡尾山滑坡启动弹冲速度为1.261 1 m/s,滑体初始动能主要源于滑带弹性应变能的释放。最后通过一个滑坡概化模型计算得到了岩质滑坡启动弹冲的极限速度范围为2.6⁴.4 m/s。     

四川峨眉山市王山-抓口寺滑坡滑带工程地质特征研究

本文在滑坡地质特征现场调查的基础上,结合室内试验,对峨眉山市王山-抓口寺滑坡滑带土颗粒成分、矿物成分、微观结构、物理力学特征及降雨对滑坡稳定性的影响等进行了研究。结果表明,凝灰岩夹层是滑坡体形成的主要物质基础,滑带土主要成分为粉质黏土,滑带土具有明显的深层蠕滑磨光面和擦痕迹象;滑带土为粉质黏土,黏粒含量高,透水性弱,含有大量的蒙脱石,易水软化,因降雨引起滑带土饱水,其力学强度急剧降低,是滑坡发生高速滑动的主要诱发因素。     

四川省青川县东河口滑坡岩石的抗剪断性质试验

东河口滑坡是5·12汶川大地震触发的典型的高速远程滑坡,致使780余人遇难。该滑坡体主要由震旦系灰岩和寒武系炭质板岩、千枚岩构成。震后在对该滑坡进行详细野外调研的基础上,采集了具有代表性的岩块作为试验样品,利用60t液压式万能材料试验机对该滑坡岩石的抗剪断性质进行了一系列试验。试验结果表明,水对该滑坡岩体的力学性质有重要的影响,干燥状态与饱水状态下岩石的抗剪断强度有很大的差异,岩石中存在的结构面也是影响岩石力学性质的主要因素之一,是岩质边坡稳定性的一个主要控制条件。     

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。     

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。     

汶川八级地震地质灾害研究

汶川地震触发了15000多处滑坡、崩塌、泥石流,估计直接造成2万人死亡。地质灾害隐患点达10000余多处,以崩塌体增加最为显著,反映出地震对山区高陡斜坡的影响差异性非常大,在山顶上的放大作用非常显著。通过综合分析堰塞湖库容、滑坡坝高以及坝体物质组成和结构,对地震形成的33处坝高大于10m的滑坡堰塞湖进行了评估,划分出极高、高、中和低4种溃决危险。汶川地震滑坡滑床往往不具连续平整的滑面,尖点撞击是极震区滑坡的一大共性,可以分为勺型滑床、凸型滑床和阶型滑床等类型。据实地调查,滑坡附近震毁建筑物垂向震动非常明显,具有地震抛掷撞击崩裂高速滑流三阶段特征。在高速滑流中,发生3种效应:(1)高速气垫效应,滑坡体由较大块石和土构成,具有一定厚度,飞行行程可达1~3km;(2)碎屑流效应,撞击粉碎的土石呈流动状态,特别是含水丰富时,形成长程流滑;(3)铲刮效应,巨大撞击力导致下部岩体崩裂,形成新滑坡、崩塌,但是,其厚度不大,滑床起伏不平。本文以北川城西滑坡和青川东河口滑坡为例,分析了地震滑坡高速远程滑动及成灾机理。北川县城城西滑坡导致1600人被埋死亡,数百间房屋被毁,是汶川地震触发的最严重的滑坡灾难,举世罕见。青川东河口滑坡碎屑流是汶川地震触发的较为典型的高速远程复合型滑坡,滑程约2400m,高速碎屑流冲抵清江河左岸,形成滑坡坝,致使7个村庄被埋,约400人死亡。     

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。      

高速远程滑坡运动堆积过程中的能量传递机制

高速远程滑坡往往引发灾难性事故,开展运动堆积过程定量研究,对于探究滑坡发生机理及预测致灾范围具有重要意义.基于室内物理模型试验,通过PIV技术分析高速摄像机在试验过程中拍摄的照片,获取了运动过程中滑体颗粒的水平速度、竖直速度与位移等运动参数.从滑体颗粒群和不同位置处单体颗粒角度,分析高速远程滑坡的运动演化规律.结果显示:（1）滑体颗粒前端出现高速区,该高速区随着滑坡停止具有一定的保持性.颗粒间存在明显的碰撞现象;（2）从不同位置单体颗粒来看,前部颗粒位移量最大,速度波动频繁,碰撞频次最高,能量多次补充;中部颗粒位移量其次,速度有波动过程,但不及前部频繁;后部颗粒位移量最小,速度基本呈递降趋势,能量逐渐减小.结合重庆鸡尾山滑坡以及Black Rapids Glacier滑坡实例分析,揭示了高速远程滑坡运动堆积过程中滑体颗粒间存在碰撞及能量传递现象,从而进一步探究高速远程滑坡形成机制,在监测预防、灾害治理等方面具有现实指导意义.      

大型高速滑坡滑动过程中碰撞特性的试验

首次提出了滑坡岩体高速碰撞模型实验方法。通过实验,研究了滑体碰撞解体后不同速度段岩体体积的分布规律,得出了加速块体所占比例基本与滑体体积及碰撞速度无关,而个别块体获得的加速效应与滑坡体积及碰撞速度有明显的正相关关系。     

东河口滑坡－碎屑流高速远程运移机制探讨

摘 要 青川东河口滑坡－碎屑流是5.12汶川大地震触发的典型高速远程滑坡,滑坡自高程1300m处开始滑动,总滑程约2400m,致使780余人遇难。野外调研结果表明,该滑坡自启动到最终静止,分别经历了滑坡启动阶段、重力加速阶段、圈闭气垫效应飞行阶段、撞击折返阶段及长距离滑动堆积阶段五个重要动力过程,最终抵达下寺河左岸的红花地村并形成堰塞湖。文中通过对该高速远程滑坡－碎屑流的地质背景及形态特征进行剖析认为,东河口滑坡启动区的断层破碎带、局部凸起地形以及力学性质较差的千枚岩、板岩的存在,对该滑坡的启动均有着显著影响;滑坡体在运行一段距离后是否可以继续保持高速远程滑动,除了有利的地形外,滑体滑动路径上坡体堆积物的含水状态是促使该滑坡成为高速远程滑坡碎屑流的重要原因之一。     

川藏交通廊道黏土化蚀变岩发育特征及其对大型滑坡的促滑作用

黏土化蚀变岩是在岩浆期后热液作用或后期水热作用下形成的具有不良工程地质性质的特殊地质体.在野外调查、黏土矿物测试和物理力学试验分析的基础上,阐述了川藏交通廊道黏土化蚀变岩的形成条件、区域分布特征、地质特征及蚀变程度的判据,以白格滑坡为例揭示了黏土化蚀变岩对大型滑坡的促滑作用.结果表明,黏土化蚀变岩的区域分布受活动断裂、热液作用和地层岩性控制,常沿侵入岩脉、断裂带、岩浆岩节理密集带、侵入岩体与其他岩层的接触带等部位发育,其蚀变程度按蚀变系数可划分为微蚀变、弱蚀变、中等蚀变和强蚀变4个等级,在干湿交替和松弛条件下极易发生崩解、软化,中等-强蚀变的岩体抗剪强度低.黏土化蚀变岩对滑坡的促滑作用主要体现在强度弱化效应、岩体结构劣化效应及失稳滞后效应3个方面,是促进构造混杂岩带深切河谷斜坡失稳、形成大型滑坡不可忽视的重要因素.      

煤系地层中常见的碎裂变质岩

“碎裂变质岩是指矿物和岩石在构造应力作用下,发生破裂粉碎以及重结晶和新矿物所成的岩石。”不论矿物还是岩石发生破裂都有一个过程,从产生裂隙,到完全粉碎,碎裂到一定程度,就会从量变发展到质变。物质性质发生了改变,就会构成新相矿物和岩石。这一过程相当复杂。碎裂变质岩在数量上可能不多,但分布却十分广泛。随着地质力学的推广,碎裂变质岩的研究,已为许多地质工作者所重视,并取得了不少进展。笔者等在从事煤田地质工作时,体会到,正确辨认碎裂变质岩对研究地质构造,确定断裂的存在及其力学性质有着相     

颗粒粒径对滑坡碎屑流动力特征及能量转化的影响——以四川省三溪村滑坡为例

滑坡碎屑流的能量演化机制涉及复杂的碰撞、摩擦和能量转化,对滑坡灾害的防治具有重要意义。以四川省三溪村滑坡为例,采用离散元法建模,研究了不同土颗粒粒径下滑坡的运动堆积特征、能量演化过程及其对建筑物的影响。结果表明,在不同粒径条件下,滑坡的堆积特征变化不大,但它们对能量转换和建筑物的冲击力有显著的影响。粒径越大,滑坡启动速度越快,峰值动能速度越高,碰撞耗散能量越大,摩擦耗散能量越少。粗粒土中颗粒间距越大,颗粒间的碰撞效应越明显,有利于能量传递,因此,对房屋的冲击力越大。因此,在模拟过程中不能忽视颗粒粒径对滑坡碎屑流动力学特征的影响。这些研究结果揭示了不同粒径土粒在滑坡运动过程中的能量演化机制,为能量演化对建筑冲击的影响提供了初步的认识,可为滑坡碎屑流的防治提供指导依据。     

河南省伏牛山混合型花岗岩地球化学特征

伏牛山混合型花岗岩以斑状二长花岗岩为主体,年龄97—180 Ma。与之伴生的细粒黑云母花岗岩、角闪花岗岩、混合花岗岩和残留岩块都具有明显的同源地球化学特征,属于受古陆壳硅铝质混染的壳源花岗岩类。它由板块碰撞效应引起的递进花岗岩化作用形成,不同程度地继承了源岩的某些特性,说明了地质背景对该类岩石的控制作用。     

高速滑坡岩体碰撞效应的试验研究

应用力学原理从理论上分析了大型高速滑坡岩体与阻挡山体的碰撞过程,得出了碰撞后滑坡岩体的平均运动速度和运动方向的关系式;通过碰撞试验研究了滑坡岩体碰撞解体后的加速运动效应,得出了不同速度段岩体体积的分布规律,为进一步研究远程活动阶段碎屑流的形成奠定了基础,对防灾减灾具有重要意义。     

皖东五河—凤阳地区钱台子金矿床黄铁矿标型特征及S-Pb同位素组成

岩石的变形机制和力学性质对认识活动断裂带的孕震机制和发震过程都具有重要意义。圣·安德列斯（San Andreas）转换断层是太平洋板块与北美板块的构造边界,也是重要的地震活动带,总结了美国南加州地震中心对圣·安德列斯断层钻孔断层岩的研究进展。对断层泥的高速摩擦实验发现：动力弱化现象只在高速滑移时才发生,伴随着摩擦生热,岩石的摩擦系数显著降低。断层泥中富镁黏土矿物的富集可以显著降低断层的摩擦系数,促进蠕滑,黏土矿物的不均一分布可导致断裂带变形行为和地震分布的突变。与断层泥和碎裂岩不同,粉碎岩形成于快速传播地震的断裂端部,具高孔隙率和高渗透率,流体活动性强。此外,断层岩的有机质成熟度可用来追溯古地震造成的热异常。在川滇中国地震科学实验场开展科学钻探项目,研究断层岩样品的显微结构、物理性质和变形历史,以期为理解大陆汇聚与转换挤压过程中复杂的地震活动提供重要信息。     

活动断裂带岩石的变形机制和摩擦性质—以圣·安德列斯断层为例

岩石的变形机制和力学性质对认识活动断裂带的孕震机制和发震过程都具有重要意义。圣·安德列斯（San Andreas）转换断层是太平洋板块与北美板块的构造边界,也是重要的地震活动带,总结了美国南加州地震中心对圣·安德列斯断层钻孔断层岩的研究进展。对断层泥的高速摩擦实验发现：动力弱化现象只在高速滑移时才发生,伴随着摩擦生热,岩石的摩擦系数显著降低。断层泥中富镁黏土矿物的富集可以显著降低断层的摩擦系数,促进蠕滑,黏土矿物的不均一分布可导致断裂带变形行为和地震分布的突变。与断层泥和碎裂岩不同,粉碎岩形成于快速传播地震的断裂端部,具高孔隙率和高渗透率,流体活动性强。此外,断层岩的有机质成熟度可用来追溯古地震造成的热异常。在川滇中国地震科学实验场开展科学钻探项目,研究断层岩样品的显微结构、物理性质和变形历史,以期为理解大陆汇聚与转换挤压过程中复杂的地震活动提供重要信息。