震后坡面松散堆积体失稳水力学机理研究

为研究震后强降雨条件下沟道泥石流产生的力学机制及水力学机理,以都江堰市龙池镇银洞子泥石流沟为研究对象,构建坡面松散堆积体地下水位变化水力模型,按照水力学渗流理论,分析了震后泥石流形成区坡面松散堆积体内潜水位变化的特征和规律,定量研究了动静水压力对坡体的作用特点。根据理论分析、实例验证与物理模拟试验的研究结果,获得了对坡面松散物源启动力学机理、启动临界条件及启动模式的深刻认识：(1)在强降雨激发作用下,随着坡体内潜水位不断升高,水力条件不断恶化,最终导致坡面松散堆积体发生失稳破坏;(2)堆积体内潜水位高度是坡面面积(S)、稳态降雨强度(I),坡体几何参数、导水系数(T_D)等参数的综合函数,S、I越大,则潜水层厚度(H)越大,反之,当坡面集雨面积和稳态激发降雨强度一定时,导水系数、坡体宽度和潜水面倾角越大,则坡体内产生潜水层垂直厚度越低;(3)随着坡体内静水压力(P)增加,堆积体基底抗滑力将会降低;随着坡体内动水压力(G_d)增加,坡体下滑力将会增加;(4)根据剩余下滑力的存在形式,震后坡面松散堆积体的启动模式可分为2种,即坡体整体启动的推移式失稳...     

降雨诱发震后松散堆积滑坡的启动试验研究

通过不同降雨入渗形式和潜在滑动面倾角的滑坡模型试验,分析了强震后松散堆积体的降雨入渗过程及变形启动机理,研究认为:当降雨渗流至前缘孔隙水压力突增时滑坡启动,松散堆积体抗滑段土体的有效应力快速下降甚至局部液化是导致滑坡失稳的主要原因。滑坡启动时的临界孔隙水压力及临界位移量与主滑段滑面倾角呈负相关关系。滑坡中后部的变形具有渐变特征而前部的变形则具有明显的突发特征。最后在试验基础上分析建立了强震后松散堆积滑坡临界启动的地质-水文-力学机制模型,提出了识别预警指标。     

汶川震区龙门山镇高架子沟“8·18”泥石流灾害机理与特征

2012年8月18日四川省彭州市龙门山镇地区遭受50年一遇的暴雨,引发大规模群发性泥石流灾害,其中以高架子沟最为突出,导致银厂沟内居民生活和交通严重受损。本文据现场调查和航空影像解译,分析高架子沟流域、物源特征的基础上讨论该次泥石流的演化过程、启动方式及灾害机理。结果表明：高架子沟在震前是一条非泥石流沟,震后流域内物源丰富,泥石流形成及演化过程为：地震-滑坡、崩塌-降雨-泥石流,其成灾启动过程包括启动阶段、加速阶段、下切拉槽阶段、堆积四个阶段,启动模式为沟床启动型。该泥石流形成过程中,＂消防水管效应＂使沟道水流快速集中,并强烈冲刷沟床中的松散堆积体,导致沟床固体物质移动形成大规模的泥石流灾害。     

基于分形理论和模型试验的沟道物源动储量评价模型

汶川地震后,大量松散固体物源堆积在沟道中,使沟道泥石流发生的概率激增。准确的计算泥石流沟道物源的动储量一直是泥石流物源统计的难点。文章以七盘沟下游主沟段沟道物源为研究对象,在实地勘查、资料收集的基础上,以室内模型试验为研究手段,引入分形理论将复杂的土体粒度成分用分维值定量描述,研究不同沟道堆积体在不同降雨作用下的侵蚀规律,建立以降雨强度和分维度为双影响因子的动储量评价模型。研究表明:粗粒土不易起动,但在充足的水动力条件下,侵蚀作用会成倍放大;上细下粗土发生泥石流时侵蚀变化和总的侵蚀规模较小,这种粒序分布形式有益于沟道的稳定;上粗下细土与粗粒土的侵蚀现象类似,但发生大规模泥石流的降雨阈值低于粗粒土;沟道物源中,侵蚀作用效应的排序为:溯源侵蚀>下切侵蚀>侧缘侵蚀>潜蚀;文章所拟合的公式适用于宽缓型沟道泥石流,对于窄陡型沟道泥石流存在一定的局限性。     

汶川震区典型泥石流动态演变特征研究——以绵竹市走马岭泥石流为例

汶川地震后,流域内产生大量松散物源,使走马岭沟由一季节性冲沟演变为一条潜在泥石流沟,在地震后的3个汛期内发生多次泥石流,并造成灾害,其中以2008-9-24泥石流和2010-8-13泥石流最为严重。本文利用3期遥感影像并结合野外调查,对走马岭沟泥石流的形成条件进行了论述,对比分析了走马岭泥石流沟2008年、2009年、2010年3个汛期后流域的动态变化特征,主要表现为:(1)在不同降雨强度下,走马岭泥石流具有复合型物源区启动方式,并先从局部性支沟发生泥石流,进而演变为整个流域全面暴发泥石流。(2)经历了2008年、2009年、2010年3个雨季后,走马岭流域物源储量及物源供给形式发生变化,其中崩塌规模增加了1.87%; 滑坡增加了25.35%; 沟道及坡面松散堆积减少了67.47%,减少部分大部分转化为泥石流沟道堆积物。(3)不同降雨强度下,走马岭泥石流堆积区范围边界变化明显,且不同堆积扇间存在叠加关系; 结合走马岭\     

栾川县柿树沟泥石流形成机理浅析

栾川县泥石流多为暴雨型泥石流。以栾川县柿树沟泥石流为例,浅析沟道拖拽一溃决型泥石流形成机理。沟道拖拽一溃决型泥石流是指地表径流在土体表面形成盖流层后,层底水流会对土体产生一定的拖拽力,致使土体局部或整体突然液化而转化形成的泥石流。通过柿树沟典型断面启动条件和松散堆积体受力量化分析,还原出柿树沟底松散物质在拖拽力作用下,游离母体发生溃决,转化形成泥石流过程。确定判别沟道拖拽一渍决型泥石流沟主要依据。为防灾减灾提供基础依据。     

北川土和粉细砂在降雨作用下泥石流启动的实验研究

北川地区的山坡坡面和沟壑中覆盖着由2008年5月12日汶川地震而产生的大量松散土石堆积体,并在震后的几个月到几年的过程中,因持续降雨作用经历了几次严重的山体滑坡和泥石流灾害。本文基于北川地质、地形和降雨等实地考察资料,对北川土和粉细砂两种斜坡堆积土,进行了一系列降雨条件下的泥石流启动室内模型试验,分析了降雨历时、雨强、土坡坡角、土体密度等因素对泥石流启动的影响,揭示了北川土和粉细砂在降雨作用下泥石流启动的过程和机理。结果表明：（1）北川土的泥石流启动过程仅经历了完全入渗阶段,泥石流启动所需的临界雨强相对较大;（2）粉细砂的泥石流启动过程经历了完全入渗、薄层和深层地表径流3个阶段,当雨强超过一定量时,坡度越大,泥石流启动所需降雨历时越长;（3）粉细砂和北川土泥石流的启动均是重力和渗流共同作用的结果,而重力和渗流作用的大小取决于土的颗粒大小和级配。本研究成果为降雨作用下北川地区的泥石流灾害预警提供了重要的参考依据。     

汶川地震区文家沟泥石流成因模式分析

文家沟2008～2010年期间8次泥石流事件是在地震滑坡堆积体上因持续强降雨渗透变形溃决和后续侵蚀产生的,不同于一般的沟谷型和坡面型泥石流。文家沟滑坡堆积体上新生的泥石流沟共冲出松散固体物质总体积约180×104m3,2010年的"8.13"泥石流事件是其中规模最大的一次,冲出的松散固体物质体积约在115×104m3。文家沟泥石流的成因模式是,强降雨过程在滑坡堆积体上先期出现"渗流管涌、暂态壅水、溃决滑塌"的造沟作用模式,后期出现"溯源侵蚀、冲刷刨蚀、侧蚀坍塌、混合奔流(搅拌机)"的扩沟作用模式。2008年的"6.21"和2010年的"7.31"泥石流事件主要起因于前者,其他事件主要起因于后者。松散堆积体因排泄持续降雨入渗的能力不足而造成地下水滞留和水位升高是导致斜坡体稳定性降低的内在原因。当地下水壅高水位面达到水平时,堆积体内渗透动水压力达到最大,堆积斜坡的稳定性最低,成为堆积体表层发生滑塌溃决的临界条件。     

九寨沟震后核心景区崩滑堆积体冲刷启动机制研究

2017年九寨沟震后核心景区广泛发育崩滑堆积体,震后3年间受降雨影响下坡面泥石流频发,严重威胁景区恢复重建。为了研究坡面径流冲刷对崩滑堆积体启动的影响,基于2017－2020年的持续跟踪调查与高分辨率遥感影像解译,利用现场冲刷试验及原位监测,分析了径流冲刷条件下堆积体的渗流响应特征、侵蚀运移过程及冲刷启动机制。结果表明：（1）冲刷过程中坡面物质以下蚀、面蚀、溯源侵蚀及侧蚀为主,湿润锋下移致使坡体内体积含水率与孔隙水压力增大,达到峰值后处于动态稳定状态,而基质吸力则先小幅度波动后不断减小。（2）崩滑堆积体具有坡度陡、土体孔隙间细粒含量多、渗透性良好且抗冲刷能力弱等特征,在强烈的水动力条件下启动演化过程为先期渗透→铲刮滑流→快速堆积→局部饱和侵蚀?稳定。（3）不同饱和状态下堆积体启动的力学分析与现场试验监测结果较为一致,并结合冲刷试验成果认为,土体含水率升高、孔隙水压力急剧增大、基质吸力快速减小与高强度径流冲刷是堆积体启动之机制所在。该研究结果对于震后泥石流活动的长期效应预测与生态治理具有重要意义。     

崩塌堆积体启动坡面泥石流判别与防治 ——以北川县开坪乡平石板泥石流为例

强震区地震后大量的崩塌堆积体堆积于高陡斜坡中上部,堆积体远离居民点,一旦诱发为坡面泥石流,形成新的次生地质灾害,将严重威胁下方居民的生命财产安全。本文以北川县开坪乡平石板坡面泥石流为例,平石板沟“5.12”地震崩塌堆积体在2010、2013年强降雨作用下失稳转变为坡面泥石流淤积场镇。在平石板泥石流暴发特征介绍基础上,通过粒径不均匀系数、堆积体启动判别指标、后缘汇水面积等来分析崩塌堆积体启动条件及影响因素,并针对此类灾害发育特征,提出了通过上游稳拦固源方法进行治理的防治思路。以期为研究高陡斜坡堆积体的启动机制及防治提供一定的借鉴意义。     

低山丘陵区典型滑坡-泥石流链生灾害特征与成灾机理

2019年6月10—13日,龙川县发生持续强降雨,导致全县境内发生大量滑坡、泥石流灾害,贝岭镇米贝村是三个重灾区之一。本文以贝岭镇米贝村6号沟发生的滑坡-泥石流链生灾害为研究对象,在野外精细化调查测量基础上,结合数值模拟分析与计算,对链生灾害特征与成灾机理展开研究。研究发现:①6号沟内共发育7处浅层土质小型滑坡,仅3号滑坡体与部分6号滑坡体转化为泥石流,构成泥石流主要物源,其余滑坡未构成持续性影响;②持续降雨下渗,坡体由非饱和向饱和状态转变,坡表形成连续饱和区,孔隙水压力的增加与孔隙水的软化促使土体强度降低,加之坡体饱和自重的增大,斜坡发生浅表层失稳破坏;③降雨的持续下渗与支沟沟源“漏斗状”地形下的地表汇水快速增大滑坡松散堆积体内的含水率,促使其物理性质发生变化,在重力势能下呈流态状启动、运动转化为泥石流。降雨结构影响滑坡-泥石流链生过程,前期降雨引发滑坡、后期降雨启动形成泥石流,滑坡与泥石流的发生表现出阶段性特征。研究成果有助于指导当地政府进一步开展滑坡-泥石流链生灾害的防灾减灾工作,也为该地区未来区域预警研究工作提供理论支撑。     

九寨沟震区“6·21”泥石流成因与致灾机制研究

2019年6月20日晚九寨沟普降大到暴雨,导致九寨沟景区内卓追沟、下季节海子沟、则查洼沟等多处发生泥石流。3条泥石流沟分别冲出固体物质2.79×10⁴ m³、3.7×10⁴ m³, 2.67×10⁴ m³,造成多处停淤挡墙及拦砂坝损坏,并淤埋了景区内的部分道路,造成了交通的短时间中断。根据灾后地面调查和遥感解译,初步查明了本次泥石流灾害的成因和致灾过程机制。灾害成因：地震引发的崩塌滑坡产生大量的新增松散固体物源与原有的沟坡堆积物(包括老泥石流堆积物)在强降水的作用下形成泥石流,因此本次泥石流是地震和降雨共同作用的结果。通过泥石流发生前后各流域沟道纵剖面和典型横断面调查分析,发现泥石流致灾过程机制主要包括：(1)泥石流冲刷沟道使老泥石流堆积物参与泥石流运动、同时诱发沟岸失稳崩塌,因而增强泥石流规模和冲击力等动力学参数;(2)沟道卡口和崩滑体滑入沟道后导致泥石流堵塞,在后续泥石流的作用下发生级联溃决,进而增大泥石流峰值流量和冲击力等动力学参数。在两种机制的共同...     

基于灾害链效应的小秦岭乱石沟矿渣堆危险性评价

矿产开采过程中,大规模不合理的矿渣堆弃以及高强度降雨等所引发的矿渣碎屑流,对矿山的正常生产和人员安全带来了巨大的风险。由于矿渣堆普遍沿沟谷呈串珠状分布,若下级渣堆受到上级矿渣碎屑流的冲击、加载作用,其失稳起动概率及渣流量将明显增加,这种空间逐级影响所表现出的灾害链效应是矿渣碎屑流灾害作用的重要特征。以小秦岭乱石沟为例,在对研究区内矿渣堆详细调查的基础上,首先以矿渣堆高度、坡度、方量、是否堆载振动、底床坡度以及降雨汇流累积量6项指标对矿渣堆的危险性进行评价。其次,采用UBCDFLOW方法,考虑碎屑流的路径宽度、平均坡角及流动类型,估算碎屑流的滑移距离。最后,在此基础上从风险评价与预测的角度出发,综合考虑矿渣堆碎屑流的链状逐级影响,以及下级渣堆位于上级渣堆碎屑流冲击范围内的相对位置,得到灾害链效应下的矿渣堆危险性评价。计算结果表明考虑灾害链效应后,乱石沟内受碎屑流影响的矿渣堆的破坏概率明显增加,研究结果也为矿山沟谷流域矿渣堆灾害的风险评价及防治规划设计提供依据。     

山区河流两岸泥石流形成的机理和力学条件

泥石流是山区沟谷的主要地质灾害类型之一,对其开展研究是很有价值的,但目前对其进行的针对性研究很少。本文重点研究山区沟谷泥石流形成的机理和力学条件。根据地形地貌、气候环境条件与土质学原理,研究了山区河流泥石流的形成机理及影响因素。河流两岸山坡岩土结构、人为活动与持续降雨或暴雨是山区河流泥石流形成的主要影响因素,不同土质结构与组成的土层的滑移破坏机理也不相同。山区河流泥石流的物源可概化为粘性土块体与松散砂砾两种典型固相物质。基于剪切破坏理论,建立了粘性土块的失稳滑动平衡条件;基于动量理论与重力分解原理,提出了松散砂砾启动的力学计算公式和失稳条件。     

四川都江堰三溪村710高位山体滑坡研究

2013年7月10日上午10时,四川都江堰市中兴镇三溪村受极端暴雨影响发生高位山体滑坡灾害,滑坡-碎屑堆积体方量超过150104m3,其中1#滑坡-碎屑堆积体长度1.26km,造成三溪村一组重大人员伤亡。笔者在野外实地调查和室内研究分析的基础上,总结了都江堰三溪村滑坡的基本特征,研究了其启动运动机制和滑动速度,主要认识如下：（1）该滑坡为一处高位山体滑坡,后缘白垩系砂砾岩地层高速滑动后剧烈撞击-铲刮-偏转后铲动坡体上的松散堆积层而形成高位山体滑坡-碎屑流灾害。（2）根据滑坡的运动及堆积特征,将1#滑坡划分为砂砾岩滑动区、碰撞铲刮区和碎屑流堆积覆盖区3部分。（3）7月8日8时至10日8时,中兴镇三溪村的持续强降雨天气过程（都江堰市3d的降雨量相当于该地区年降雨总量的44.1%）,直接触发了滑坡的发生。（4）三溪村滑坡的发生受2008年汶川地震、特殊的岩土体性质、地形地貌条件以及极端暴雨事件的综合影响,地震、地形为其发育提供了基础条件,极端暴雨事件为其直接诱发因素。（5）建议加强高位山体滑坡的研究,尤其是远程滑坡-碎屑流的早期识别和预警。     

汶川强震区泥石流起动模型试验分析

强震使大量松散堆积物堆积于高山峡谷内,由于持续降雨的作用,导致泥石流在汶川灾区频繁发生。降雨强度和物源与泥石流的起动有着密切联系,分析雨强和物源与泥石流起动的相关关系,可得不同雨强下,不同物源区泥石流起动的特征。通过对典型泥石流沟（映秀镇烧火坪侧沟,牛莲花心沟）进行野外样品采集,将两条泥石流沟进行对比室内试验。控制起动坡度,降雨强度与颗粒级配得出不同坡度下泥石流起动的表面流形成流量,起动流量。同时,与非强震区（西昌市琅环乡）的泥石流简单对比,得到强震区泥石流起动的临界条件及雨强,为泥石流的预测和治理提供相应的理论依据。通过大量的试验结果,泥石流起动首先会形成表面流,然后形成冲沟,随着物源区雨强的增加,最终形成大面积松散堆积物失稳,整体起动。泥石流起动与汇水区面积成一定关系。     

基于遗传规划的泥石流多因子融合预测方法

泥石流是一种多发的地质灾害,常对人民生命财产安全带来极大的威胁,其暴发不仅与降雨有关,还与众多地质环境因子相关。本文以流域面积、松散物质比率、沟床平均坡度为地质因子,以最大小时雨强(T)和总降雨量(R)的乘积作为降雨指数,在获取的泥石流地质因子和降雨指数因子综合样本库的基础上,采用遗传规划法建立了泥石流临界降雨指数智能预测模型,克服了以往以雨量为单一指标的预警模型的弊端,模型验证结果显示,泥石流预测精度高、适应性强。     

基于模型试验的泥石流坡面物源启动预警模型

为进一步探明银洞子沟物源区坡面物源启动机理与降雨的相关性,在进行详细的现场考察与工程勘察工作后选取了典型模型体,并采用20余组人工降雨物理试验方法将降雨强度与坡度设为控制变量,研究了4种坡形、5种雨强条件下,坡面松散物源的失稳机制及破坏模式。试验结果揭示了地表变形与地下物理力学参数变化的定量响应关系,并基于试验发生破坏的临界雨量,建立了银洞子沟传统I-D预警模型。之后提炼可靠预警参数(坡度、深部体积含水率),通过数学回归分析方法并采用Exponential模型,得出IGD、IGM多参数新型预警判别式,实现了传统I-D模型的有效修正,并具一定的可靠性和实用价值。