偏转角度对滑坡-碎屑流运动影响的模型试验

本文基于模型试验,对不同偏转角度(θ)作用下的碎屑流运动堆积特征进行初步研究。试验结果表明,在偏转作用下,碎屑流的运动经历了加速、持速和减速三个阶段。碎屑流的前缘速度在持速阶段表现出明显的波动性,偏转角度越大,碎屑流前缘速度波的动性越显著;但偏转角度对碎屑流的运动时间的影响并不显著。对碎屑流受偏转作用后的水平运动距离进行分析表明较小的偏转角度更有利于碎屑流的运动。偏转作用下碎屑流的堆积过程表现出"多次叠加堆积"特征,偏转角度越大"多次叠加堆积"的现象越明显。同时,碎屑流的堆积厚度分布也明显受控于偏转角度的影响。横断面上,堆积厚度沿受冲击碰撞一侧向对侧减小,两侧堆积厚度的差异随偏转角度的增大呈抛物线变化,θ=20°时最大。纵断面上,碎屑流在坡脚附近的堆积厚度随偏转角度的增大而增大。     

岩土体颗粒级配对滑坡碎屑流冲击作用的影响研究

滑体的运动、堆积及冲击力等因素决定了滑坡碎屑流的致灾程度,不同粒径大小及组成的颗粒在运动过程中,产生碰撞、摩擦、跳跃等作用,影响着滑坡碎屑流的致灾程度。运用三维离散元素法,对比模型试验,以控制粒径为参数,探讨岩土体不同级配对滑体的堆积形态、运动速度及冲击力等动力学特征的影响。研究结果表明:各滑体模型运移堆积过程中均呈现出显著的反序分离特性;对于控制粒径相同,而颗粒级配不同的初始滑体,虽然堆积形态基本一致,但细小碎屑颗粒增大了滑体的运动速度,大粒径块石增加了滑体冲击力;在不同的控制粒径下,控制粒径越大,滑体流动性越强,滑体平均速度峰值和冲击力峰值越大;细小碎屑物质的反序现象会增大滑体动能,其显著的摩擦耗能作用会缩减滑体冲击能,粗大块石促进了滑体内部的能量传递,增大滑体冲击力。     

基于离散元方法的高速远程滑坡碎屑流新型防护结构

高速远程滑坡碎屑流以其极高的动能和超远的位移而著称,往往对其危害范围内的构筑物和人类活动等造成严重的破坏。其高速远程效应机理一直是国内外学者研究的热点,但其防灾减灾工程在目前仍没有形成一套完善的体系。基于此,采用2D离散元模型对四川绵竹清平文家沟地震滑坡引发的碎屑流及其运动过程进行了详尽研究。数值模型对现实模型进行了一定的简化。通过数值模拟实验,验证了实际工况下的文家沟碎屑流运动情况,并在此基础上研究了不同摩擦系数条件下的碎屑流堆积情况以及三种形状的防护结构体(重力式挡墙、倾斜式结构体、月牙形结构体)对碎屑流的耗能能力。通过研究发现:人工防护结构体可以很好地耗散碎屑流的动能;多层防护结构可以提高对碎屑流动能的耗散能力:月牙形结构体对于控制碎屑流滑程有明显的优势。所得结论对今后类似的研究具有一定的参考价值。     

芦山地震汤家沟滑坡-碎屑流过程模拟

2013年4月20日四川省芦山县发生Ms7.0级强烈地震,诱发芦山县、天全县、宝兴县等多个县区2500多处崩塌、落石、滑坡、泥石流等次生灾害,但规模较小。天全县老杨乡汤家沟滑坡-碎屑流是此次地震诱发的最大一处滑坡,在地震作用下约有53万m~3的岩体自滑源区高速滑出。因剪出口下方山脊的阻挡作用滑体沿左右两侧发生分叉,此后分别沿春尖窝沟和干沟头沟高速运动,滑行约340 m和440 m后与各自沟谷侧壁发生撞击、爬坡解体为碎屑流,碰撞转向后继续向下滑行,总滑行距离约1.6 km,高程差约480 m。尽管关于芦山地震滑坡的研究很多,但对滑坡全过程动态模拟的研究较少。本文通过滑坡现场调查,解析了汤家沟滑坡的基本运动特征和滑体运动过程中发生的碰撞、铲刮、堆积等现象,并基于DAN3D动力分析软件,采用Friction-Voellmy复合模型反演了汤家沟滑坡运动全过程,得到了滑体的堆积、速度分布以及铲刮等特征。     

四川汉源二蛮山高速滑坡-碎屑流基本特征及地质演化

2010-07-27凌晨,四川省汉源县万工集镇后山因持续暴雨而突发高位高速远程滑坡-碎屑流,最大滑程约1.4 km,启动时滑坡体约48×104m3,沿线裹挟和铲刮沟谷及其两侧边坡松散体,到达坡脚部位滑坡碎屑流体积增大至100×104m3,最终导致沿沟的双合村一组5户20名村民失踪及下游万工集镇部分房屋被掩埋而倾倒破坏。滑坡启动区发育于万工集镇后侧二蛮山大沟内,沟左侧为二叠系灰岩(P1y),顺坡倾向沟内;右侧为强风化的二叠系峨眉山玄武岩(P2β),节理极发育;沟内早期堆积物丰富,特别是沟上游还存在一大型古滑坡体;这些不稳定物源在有利地形条件及降雨诱发下极易形成滑坡。原始沟谷上游高位陡峭地形导致山体具备高位潜在势能,具备形成高位高速远程滑坡-碎屑流的地形条件。2010-07-24—26的降雨是触发此起特大灾害的主要原因,累计降雨量达163 mm,在水的作用下启程剧动并高速下滑。采用将今论古的地质方法,从地质构造、地层序列、岩体坡体结构及坡体变形等角度研究了二蛮山滑坡孕育的地质演化史,再现了滑坡区域历史时期中重要的地质活动过程。     

云南鲁甸地震甘家寨滑坡基本特征及失稳机制

甘家寨滑坡是云南鲁甸6.5级地震诱发的特大型滑坡,规模达到1×10~7m~3。滑坡堵塞沙坝河,形成堰塞湖,中断交通,造成32户民房掩埋、55人死亡与失踪,是鲁甸地震区规模最大、灾损最严重的滑坡之一。该滑坡是地震诱发陡峻山体上的石灰岩强风化堆积体滑动而形成的特大型岩土质滑坡,表层为10~20 m固结良好的白云质灰岩结构体,中下层为50~60 m具空隙结构的深厚灰岩风化堆积物。滑坡主要的触发因素有:断层滑动方向性效应、地形放大效应、近断层地震动作用、背坡面效应。滑动过程分为坡体震裂松动、后缘拉裂、整体下滑、减速堆积4个阶段,受滑坡体原有地形影响及滑坡动力过程控制,滑坡堆积体形成4级台坎,其中第二级台坎形成高差约2 m的反向堆积。结合野外实际调查数据与滑坡运动力学模型,估算滑体水平滑动至350 m左右处,速度达到最大4.4 m/s,滑动至砂坝河时滑坡前缘速度减至3.6 m/min,堆积于河道,形成堰塞湖。甘家寨滑坡堆积体地形陡峻、堆积物裂缝密集分布,强降雨条件下,容易再次滑动并成灾,建议进行滑坡体的综合治理,控制后缘地表径流、减轻坡体下渗、强化滑坡前缘工程治理,保障交通顺畅,减轻灾害损失。     

基于数值模拟的突发型黄土滑坡运动过程研究——以黑方台陈家8#滑坡为例

甘肃省黑方台地区农业灌溉诱发大量的静态液化型滑坡,此类滑坡失稳前变形迹象小、启动速度快、运移距离远,具有显著的突发特征并严重威胁到当地居民的生命财产安全。目前对突发型滑坡的运动过程,主要集中在定性和半定量研究方面,缺乏合理的定量研究。本文选取黑方台地区典型的陈家8#突发型滑坡,采用Massflow数值模拟软件对该滑坡进行反演,依据滑距及堆积范围吻合率定量判断反演结果的准确度,利用最优的吻合结果来分析滑坡启动后不同时刻的堆积厚度和运动速度,得出如下结论:(1)对于陈家8#滑坡,当内聚力为1000 Pa、内摩擦角为31°、基底液化系数为0. 63时,滑距与堆积范围吻合率分别为0. 94和0. 89,反演获得的滑坡堆积范围与真实堆积非常接近。(2)数值模拟结果显示,滑坡主滑方向的平均厚度约1. 20 m,最大堆积厚度约4. 10 m,反演结果与真实堆积厚度较为吻合,后缘高差与滑距之比为0. 05,体现此类滑坡较强的流态特征。(3)滑坡的运动过程可分为启动加速、稳定加速、减速堆积三个阶段,陈家8#滑坡从启动到最终静止整个过程仅用42 s,最大运动速度介于15 m/s至20. 30 m/s之间,启动加速阶段时间仅占滑坡运动总时间的12. 85%,而减速堆积阶段占滑坡运动总时间的77. 38%,进一步表明其流态特性,体现该类滑坡较强的破坏性。     

重庆万盛煤矸石山自燃爆炸型滑坡碎屑流成因探讨

2 0 0 4 - 0 5 - 0 5重庆万盛胡家沟煤矸石山发生滑坡碎屑流灾害。灾害发生时,伴随巨大的响声和刺鼻气味,约2 0×10 4m3 煤矸石碎屑以极高初始速度崩滑而下,滑体横扫运动途中一切障碍,垂直坡降32 0m ,水平运动距离6 0 0m。造成重大人员和财产损失。通过实地考察和实验研究,作者认为煤矸石山中硫铁矿和碳氧化物升温,煤矸石山自燃、内部热量大量积聚所导致的煤矸石山的爆炸,是使大量矸石脱离矸石山形成此次煤矸石高速滑坡碎屑流灾害的主要原因     

滚石颗粒随机碰撞模型的理论分析

准确预测滑坡滚石随机碰撞后的力学特性对滚石灾害预测与防治工作具有重要的意义。为了探究影响滚石—壁面碰撞过程的随机因素,本文选取了碰撞过程中4个主要影响因素(入射速度、初始旋转角速度、入射角度以及碰撞角度),建立滚石随机碰撞理论模型,基于接触理论得到滚石碰撞过程中的基本方程,进而推导出滚石碰撞后速度公式,并且结合工程算例分析了入射速度、入射角以及初始旋转角速度对滚石的反弹速度、运动轨迹以及总动能的影响。结果显示:(1)滚石颗粒入射速度、角度以及旋转角速度对碰撞过程影响显著;(2)当滚石入射速度增加时,滚石碰后水平运动距离呈线性增大,垂向最大弹跳高度和碰后总动能成幂函数型增大;(3)当滚石入射角增大时,滚石碰后水平运动距离、垂向弹跳高度均呈减小趋势,前者幅度远大于后者,碰后总动能随着入射角的增大不断减小;(4)当滚石的初始旋转由顺时针变为逆时针增大时,滚石发生回弹现象,水平运动距离不断增大,垂向最大弹跳高度逐渐减小,碰后的总动能随着初始旋转的改变先减小后增大。该随机碰撞模型可为滚石的运动轨迹以及冲击能量的预测以及滚石灾害防治提供一定的理论依据。     

则木河断裂中段山体溃滑事件的临界动力强度

在现代地震较为平静的则木河断裂带中段,集中分布有一系列大型古滑坡,并具有高速、远程碎屑流等强动力特征,这些现象给人类进一步探索"大规模滑坡事件"提供了诸多思索和启发。以底古村附近﹑规模达3.7×10~8m~3的巨型古滑坡为研究对象,根据地质调查数据建立山体的岩体力学概念模型。运用具有模拟动力环境条件的离散元数值分析程序(UDEC),探明山体失稳的临界动力条件为a=0.6 g,之后陆续增大地震加速度(a分别为0.8 g、1.0 g、1.2 g、1.4 g、1.6 g),观察程序计算出不同加速度条件下的滑坡堆积状态可知,当a=1.6 g时滑坡堆积状态与当前地貌相符,进一步得出诱发山体发生高速远程碎屑流运动的初始加速度为a≥1.6 g(相当于Ⅺ度地震的动力强度)的基本结果。由此推论:该巨型滑坡事件是由强度超过Ⅺ度的地震所触发,近代地震活动极为平静的断裂带中段,历史上曾发生过Ⅺ度以上强烈地震。     

山区聚落与耕地空间耦合关系研究——以北川县为例

探究山区聚落与耕地间的耦合关系,对山区聚落重构与农业发展具有重要意义。本文采用核密度法、局部空间自相关、Ripley k函数和聚耕比指数等方法定量分析了北川县山区聚落与耕地在数量与质量上的空间特征。结果表明:1)北川县聚落属于典型的山区农业聚落,且多为离散型或小规模群体性聚落,加之受地形因素影响,多属于平行于等高线的台阶式聚落。2)由多距离空间聚集指数可看出,小尺度下的聚落聚集特性并不明显,多数聚落呈离散性。3)北川县域聚落与耕地空间分布关系密切,聚落分布呈显著的“耕地指向性”,聚耕比指数差异明显,呈由西北向东南逐渐增大的分布趋势。4)北川县域耕地质量等级较低,但耕地分布空间同质性较好,“高高”质量耕地,与“低低”质量耕地具有明显的聚集特性。本文在传统的以分析聚落与耕地数量关系为中心的基础上,加入耕地质量分析,较全面地反映聚落与耕地的空间耦合关系,为聚落与耕地关系的整体认知提供了新的思路。     

四川省北川湔江流向演化过程研究

前人对北川湔江袭夺湾位置的争议引发了对古湔江流向演化模式的争议。通过对断裂构造的水系响应方式的研究并辅以河流地貌证据,表明湔江的流向演化经历了银屏口分水岭迁移的主动袭夺过程和新构造运动造成湔江改道的被动袭夺过程,都坝河与通口河近似直角的交汇端应为袭夺湾的准确位置。具体来说,沿断裂发育的古都坝河在曲山镇附近首先注入古湔江,通口河溯源侵蚀切穿银屏口分水岭,古都坝河上游河段被通口河袭夺后改道注入通口河,古都坝河下游河段成为断头河。随后,因构造隆升而南流受阻的古湔江在曲山镇附近改道,水流沿已成断头河的古都坝河下段河道注入通口河。计算表明,北川湔江由古流向向现代流向转变的时期大致为距今 970ka的早更新世晚期。     

基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型

孔隙率对黄土抗剪强度具有非常重要的影响,然而,孔隙率对黄土抗剪强度影响效果的认识并不充分。本文以陕西省延安黄土为研究对象,开展不同孔隙率的黄土直剪试验研究,探讨了孔隙率对粘聚力与内摩擦角的定量变化关系;并以此为基础,构建了基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型,并对其进行了验证。研究结果表明:(1)延安黄土粘聚力与孔隙率间呈幂函数变化关系;(2)延安不同孔隙率黄土内摩擦角取值呈现出两个区间,当孔隙率n≥0.4时,其内摩擦角在25±2.5°的范围内变动,而当孔隙率n<0.4时,其内摩擦角在29.5±2°的范围内变动;(3)通过分析得到了基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型,且该模型得到的黄土抗剪强度理论值与实测值间的误差较小,相对误差均在7%以内,具有较高的精确度。研究成果不仅能为延安黄土抗剪强度研究等提供技术支持,而且还能为该地区的工程建设等方面提供理论参考。     

加拿大海盆莫霍面分布特征及其构造意义

利用北极加拿大海盆及其周边最新的重力数据,经过水深、沉积层厚度以及平均地壳厚度的重力效应改正,收集了该地区的声呐浮标数据,数字化得到57个控制点,基于Parker方法,使用带控制点的界面反演计算了研究区的莫霍面深度。结果表明,莫霍面深度由西向东逐渐加深。边缘地与海盆西侧交界处莫霍面深度最浅,在12 km左右,说明此处可能存在补偿不足;阿拉斯加处的莫霍面深度最深,至少30 km,推测该区域受到的挤压较为强烈或者沉积物供给充足使得地壳增厚。深度值变化与其洋壳-洋陆过渡带-陆壳的地壳结构变化也相吻合,支持了逆时针旋转模式。     

不同苔藓斑块对亚高山针叶林土壤呼吸和有机碳累积的影响

苔藓植物作为森林生态系统最常见的地被植物之一,对生态过程起着重要调控作用。为探明不同苔藓植物对亚高山生态系统碳循环过程的影响,本文以封闭式动态气室法,对川西贡嘎山东坡峨眉冷杉生态系统赤茎藓(Pleuroziu schreberi)和星塔藓(Hylocomiastrum pyrenaicum)两种苔藓斑块土壤以及裸地斑块土壤CO_2排放速率进行了定位观测,同时探讨了不同苔藓斑块对土壤有机碳累积的影响及潜在途径。结果显示:(1)苔藓植物显著改变了亚高山针叶林土壤CO_2排放速率及其季节变化特征,但不同苔藓植物的影响程度具有差异:赤茎藓和星塔藓作用下土壤CO_2排放速率分别增加了28.5%和46.8%,星塔藓与赤茎藓相比其对土壤CO_2排放的促进作用更显著;(2)苔藓斑块对土壤有机碳(SOC)和溶解性有机碳(DOC)的影响具有物种特异性,两种苔藓中,赤茎藓能够显著促进SOC和DOC累积,但星塔藓的影响不显著。该结果反映了亚高山生态系统不同苔藓物种在促进生态系统碳循环方面的生态功能的差异,由此,在开展亚高山生态系统碳循环以及土壤有机碳储量研究时,应充分考虑苔藓物种对土壤碳过程/碳平衡的作用机制和生态功能差别。     

青藏高原观测地表温度与ERA-Interim再分析资料的差异及归因分析

再分析资料评估对观测资料稀少的青藏高原具有重要意义,是开展青藏高原相关研究的基础。本文分析了2012—2016年观测与ERA-Interim再分析地表温度资料在青藏高原的时空分布差异,同时讨论了产生差异的可能原因。结果表明,两种资料变化趋势基本一致,极值出现月份相同,相关性的空间分布表现为北高南低。ERA-Interim再分析资料对地表温度存在低估,年平均值比观测资料低8.86℃,其中春季绝对误差最大。年平均绝对误差呈北低南高的空间分布形态,且绝对误差极值中心的强度及范围具有明显的季节变化。ERA-Interim与观测地表温度之间的偏差随气象站海拔高度的变化是非单调的,分析认为气象站与所在格点的海拔差是导致偏差出现南北差异的原因之一,而春季青藏高原南部的偏差异常可能与积雪有关。ERA-Interim再分析地表温度资料在青藏高原北部具有较好的适用性,南部受地形影响适用性相对较差。     

河流氮输出对人类活动净氮输入的响应

由人类活动产生的氮排放是影响河流氮通量输出的关键,本研究基于人类活动净氮输入模型和流域分布式水文模型(SWAT),计算了山美水库流域2001—2010年人为氮排放强度,模拟估算了同期的河流氮通量,对山美水库河流氮输出与人类活动净氮输入(NANI)之间的响应特征进行研究。结果表明,2001—2010年间,山美水库流域年均人类活动净氮输入强度为11 023 kg N·km^-2,其中氮肥施用量占NANI总量的60%,是NANI的主要来源;河流氮通量的年际变化特征深受河流年径流变化影响,与NANI并无显著相关;NANI、滞留氮库以及自然背景源对流域河流氮输出总量的贡献率分别达到52%、44%和4%,包括NANI和滞留氮库在内的人为氮输入是影响山美水库流域河流氮通量输出的关键因素。     

利用Thorpe尺度估算南极点大气湍流廓线

分析了南极点(South Pole)2012年常规气象参数探空数据,统计了南极点全年的边界层高度分布,利用Thorpe尺度估算了南极点夏季及冬季的折射率结构常数Cn^2、大气相干长度、视宁度、等晕角等参数和边界层高度以上及边界层内的视宁度及其对整层(0—25 km)视宁度的贡献,将之与文献结果比对。结果表明:估算的Cn^2在近地面随高度迅速递减,300 m后随高度缓慢减小,5 km以后出现一个鼓包,10 km后随高度稳定递减,都呈现湍流主要集中于300 m以下这一特点。用Thorpe尺度估算的南极点冬季整层视宁度为1.87",270 m以上高度视宁度为0.39",与文献报道较为吻合。Thorpe尺度相较于其他外尺度模式估算过程更为简便。     

2000—2017年湖南省土地耕作适宜性、气候生产潜力与LUCC过程动态特征

定量分析土地耕作适宜性、气候生产潜力与土地利用/土地覆盖变化(LUCC)的动态特征是科学规划土地利用、有效保护耕地资源的基础。本文基于湖南省气候、土地覆被、地形等数据,采用气候生产潜力估算和趋势分析方法,以300 m×300 m栅格为计算单元,获得湖南省2000—2017年耕地气候生产潜力的变化趋势,并分析湖南省土地耕作适宜性、气候生产潜力与LUCC过程的关系。结果显示:湖南省最适宜耕作的土地主要分布在北部平原、中部和南部盆地、丘陵区,气候生产潜力为19 530~40 375 kg/ha,整体呈现东南部高西北部低。北纬28°以南的中部、中东部丘陵盆地区,是土地耕作适宜性和气候生产潜力组合最好的区域。86.5%的新增人造地表为最适宜耕作的耕地,说明新增人造地表主要以牺牲优良的耕地为代价。气候变化、气候生产潜力变化与LUCC过程密切相关,LUCC过程中流向耕地多为气候生产潜力增加区,而耕地转为林地等土地类型则属于气候生产潜力下降区,指示气候变化在驱动不同类型土地相互转变中的作用。上述结果可望为湖南省土地规划整治及山地资源开发等提供决策参考。     

中生代之前柴达木的演化研究

现今柴达木盆地的形成,中生代以来的构造运动起到了关键性作用,但是柴达木地块在中生代以前的演化也具有重要的意义。基于前人的研究,系统论述了柴达木在中生代以前的发展演化。柴达木盆地存在一个统一的前震旦系克拉通基底,基底存在双重结构,包括元古宙结晶基底和古生代褶皱基底。柴盆周边古老山体出露有下元古界区域热变质作用形成的达肯大坂群和金水口群,以及中上元古界的小庙群、冰沟群和丘吉东沟群。柴盆基底多登—小柴旦一线可能存在一个东西向的"中央断裂带",断裂带西北部的基底塑型强、埋深大,新生界地层发育;而东南部基底具刚性,埋深较浅,第三系不发育,地表主要为第四系盖层。自显生宙以来柴达木的演化,是与新元古代联合古陆的裂解,再到二叠纪中期北半球劳亚古陆形成的大地构造演化背景一致的;寒武纪时,柴达木地块还处于南半球低纬度,后逐渐向北漂移,至二叠纪时已位于北纬12.7°。关于柴达木盆地的形成,特别是中生代后逐渐演化为现今盆—山模式,主要是受到周边断裂带的控制,即柴北缘断裂带、东昆仑断裂带和阿尔金断裂带。因此,柴达木地块的演化,是在与周边地块不断适应、调整过程中实现的。