汶川地震触发文家沟高速远程滑坡-碎屑流成因机理分析

文家沟高速远程滑坡-碎屑流位于映秀—北川断裂带与灌县—安县断裂带夹持的文家沟向斜断块中,地震断裂的强烈活动引起的振动效应是形成滑坡的先决条件。滑坡源区顶端与文家沟沟口高差约1360m,突兀山体下临深切峡谷的地形使地震动荷载在山脊部位的放大效应显著,并直接导致坡体破坏;滑坡源区的地震动加速度3分量峰值分别为aEW=2.4g,aNS=2.3g,aUP=1.2g。D2gn观雾山组石灰岩斜坡具有强度渐进式分层结构,坡体表层以下约50m内的结构相对松散的残坡积层～新鲜岩体上部无法抵抗地震纵横波的周期性拉压与剪切耦合作用,被切割成为初始滑体;滑体在第八级台地边缘高位剪出后,在文家沟上游地区最高滑移速度约介于93m.s-1～122m.s-1之间。滑体上部的干碎屑流在两处路径转折端瞬间压缩沟谷内的圈闭气体,形成明显的"气垫效应",滑体下部泥石流底层液化和颗粒有效动摩擦系数随剪切速度增大而减小的效应都是导致碎屑流体高速远程滑移的关键;同时,碎屑物流通过程中还伴有明显的岸坡铲刮与翻越效应、以及树木摧削效应。汶川地震后截至2009年9月,降雨诱发碎屑堆积物形成多次泥石流,反映了地震地质灾害的链生性和长期性。     

离散元在地震引发的滑坡—碎屑流运动规律上的应用

2008年5月12日14时28分,四川省汶川县发生8级特大地震。此次地震触发的高速远程滑坡—碎屑流主要沿龙门山主中央断裂地震破裂带展布。本文在现场调查分析的基础上,使用2D-block离散元软件对地震引发的谢家店子滑坡—碎屑流运动规律进行了全程数值模拟分析。通过现场调查和模拟结果对比分析,将该滑坡的运动规律概括为4个过程：剧动启程抛掷;快速撞击—气垫飞行;铲刮减速碎屑流;堆积掩埋。     

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。     

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。     

汶川八级地震滑坡特征分析

汶川地震诱发的15000多处滑坡明显受地震断裂控制,主要沿龙门山主中央断裂带和后山断裂带展布,沿龙门山主中央断裂带汶川映秀安县高川北川陈家坝平武南坝一线,滑坡面密度大于50%以上,最大可达70%。沿断裂带形成了大量的松动山体,在暴雨期间极易发生滑坡、泥石流灾害,对灾后重建构成严重威胁。据初步调查,汶川地震触发的体积最大的滑坡是位于主中央断裂带上的安县高川大光包滑坡,滑动距离长4500m,滑坡堆积体长2800m,宽1700~2200m,最大厚度达580m,若以平均厚度200m计,体积达11亿m3为我国已发生的单体滑坡之最。与常见滑坡明显不同的是,汶川地震极震区滑坡的滑床往往不具连续完整的滑面,剪出口滑坡特征不明显,呈现明显的尖点突起或边缘突出特征,反映出上部滑体被地震力振动解体,甚至抛掷后与下部滑床边缘发生撞击。以阶型滑坡、凸型滑坡、勺型崩滑、座落型（振胀型）滑坡和巨大滚石5种类型最为典型。根据强震地面运动纪录和大量实例调查表明,在汶川地震极震区,触发滑坡的地震竖向力作用是非常明显的,大量滑坡经历了初始斜坡（风化碎裂岩体）地震抛掷撞击崩裂高速滑流的作用过程。     

汶川地震诱发文家沟巨型滑坡-碎屑流基本特征及成因机制初步分析

2008年5月12日,汶川M8.0地震在四川省绵竹市清平乡文家沟内诱发一巨型滑坡。通过现场调查得知,滑坡前后缘高差455m,厚度20~30m,滑面为基岩层面,初始方量2.750×107m3。滑体在运动中转化为碎屑流。滑坡-碎屑流总的水平运动距离为4022m,垂直运动距离为1443m,遗留的堆积物体积达5×107m3。滑坡距映秀—北川断裂仅3.6km,位于其下盘,地震烈度达X I度。滑坡导致文家沟中48人遇害,并形成一条完整的地震次生地质灾害链。初步分析表明滑坡启动速度快,滑坡向碎屑流转化过程明显、地点明确。碎屑流运动过程复杂,伴有强烈的"气垫效应"和"前缘气浪冲击效应"。作者认为,文家沟滑坡的高启动速度是长持时强烈地震动作用的结果,与山体的猛烈碰撞是导致滑体解体并转化为碎屑流的原因。     

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。     

贵州水城“7.23”高位远程滑坡冲击铲刮效应分析

以2019年贵州水城“7.23”滑坡为例,采用现场调查、无人机航测和数值模拟技术,分析了滑坡的运动过程和冲击铲刮特征,结果表明:（1）水城“7.23”滑坡属典型的高位远程滑坡,滑体高位启动后冲击下方凸起山脊,铲刮地表残坡积土层,并解体形成碎屑流,最大铲刮深度可达11 m;（2）模拟结果显示,滑坡运动最大速度为30 m?s-1,最大动能达8 900 kJ,铲刮体积达46×104 m3,最终体积为116×104 m3,灾害放大效应明显;（3）水城滑坡的冲击铲刮过程可分为冲击嵌入→剪切推覆→裹挟混合三个阶段。      

四川茂县新磨村高位滑坡铲刮作用分析

2017年6月24日,四川省茂县叠溪镇新磨村发生高位顺层山体滑坡,滑动高差达1 160 m,滑动平距约2 200 m。该滑坡的滑动方量巨大,与其滑动过程中产生的铲刮效应有关。为分析其铲刮效应,文章通过现场调查、遥感影像解译和无人机航拍图像,确定该滑坡的滑动全过程为:多次历史地震造成滑坡源区岩体结构破碎,降雨沿顶部裂隙入渗导致水压力增大及石英砂岩中的薄层板岩软化,在长期疲劳效应下斜坡上部岩体最终发生滑动;上部滑体在运移过程中,对斜坡中部浅表风化层、部分基岩及下部老滑坡堆积体进行铲刮并重新堆积。采用Rockfall软件模拟源区滑体的运动路径、速度与能量,结果表明:在碎屑流区和老滑坡堆积区都存在明显的集中铲刮作用,整个滑坡的高危险区也主要位于该区域,所以危险性分区可代表不同滑坡区域的铲刮程度。计算得两个区域的铲刮方量分别为4.9×106,4.38×106 m3,滑坡总方量为13.35×106 m3。该模拟和计算方法迅速有效,可为以后类似滑坡的应急、救灾和铲刮方量计算提供参考。     

基于包络的汶川大地震高频地震波辐射区域反演及近场加速度合成

合理地估计汶川破坏区域的地震动有助于地震灾害的研究.通过利用芦山地震记录建立的加速度包络衰减关系和汶川地震近场30个台站的加速度包络,基于线源模型,采用差分进化方法反演了汶川地震断层面上高频 (＞1 Hz) 辐射区域分布.结果表明:断层面上高频辐射分布很不均匀,辐射较强的区域主要位于:(1) 产生较大地表破裂的映秀、北川和南坝区域;(2) 映秀和北川等凹凸体的周边区域,包括震中东北侧60~90 km区域、北川和南坝东北侧30 km处;(3) 断层破裂停止的东北端约30 km长的区域.其中,破裂贯穿到地表的映秀、北川和南坝是低频和高频辐射都很强的区域.对于无观测记录场点,选择其临近且场地条件类似的台站加速度提取平稳随机过程,结合高频辐射分布和衰减关系得到的包络,合成了加速度时程,可为汶川地震结构震害分析提供地震动输入.      

Heavy-rainfall-induced catastrophic rockslide-debris flow at Sanxicun,Dujiangyan, after the Wenchuan Ms 8.0 earthquake

This paper uses the catastrophic rockslide at Sanxicun village in Dujianyan city as an example to investigate the formation mechanism of a rapid and long run-out rockslide-debris flow of fractured/cracked slope, under the application of a rare heavy rainfall in July 2013. The slope site could be affected by the Wenchuan Ms 8.0 Earthquake in 2008. The sliding involved the thick fractured and layered rockmass with a gentle dip plane at Sanxicun. It had the following formation process: (1) toppling due to shear failure at a high-level position, (2) shoveling the accumulative layer below, (3) forming of debris flow of the highly weathered bottom rockmass, and (4) flooding downward along valley. The debris flow destroyed 11 houses and killed 166 people. The run-out distance was about 1200 m, and the accumulative volume was 1.9?×?10⁶ m³. The rockslide can be divided into sliding source, shear-shoveling, and flow accumulative regions. The stability of this fractured rock slope and the sliding processes are discussed at four stages of cracking, creeping, separating, and residual accumulating, under the applications of hydrostatic pressure and uplift pressure. This research also investigates the safety factors under different situations. The double rheological model (F-V model) of the DAN-W software is utilized to simulate the kinematic and dynamic processes of the shear-shoveling region and debris flow. After the shear failure occurred at a high-level position of rock, the rockslide moved for approximately 47 s downward along the valley with a maximum velocity of 35 m/s. This is a typical rapid and long run-out rockslide. Finally, this paper concludes that the identification of the potential geological hazards at the Wenchuan mountain area is crucial to prevent catastrophic rockslide triggered by heavy rainfall. The identified geological hazards should be properly considered in the town planning of the reconstruction works.     

高速远程地震黄土滑坡发生机制试验研究

1920年海原大地震触发了多处典型高速远程地震黄土滑坡,本文在对西吉党家岔滑坡进行野外调研的基础上,采集了具有代表性的滑带土作为试验样品,以1940年5月18日美国帝国谷强震记录作为波动输入,利用DPRI环剪试验机,对该滑坡的发生机制进行了一系列环剪试验研究。结果表明,地震发生时,坡体潜在滑面的滑带土在强震作用下发生的滑动面液化（Sliding surface liquefaction）现象是导致高速远程滑坡形成的一个重要因素。伴随着滑动面液化过程,滑体产生了逐渐增大的剪切位移及孔隙水压力（地震力作用结束瞬间已分别达到2.03m及104kPa）,并获得了较大的速度,为高速远程滑坡的发生提供了条件。     

汶川地震诱发大型滑坡分布规律研究

2008年5.12汶川地震由于其超常的地震动力,触发了数百处大型滑坡灾害。本文以遥感解译所获取的汶川地震区112处面积大于50000m2大型滑坡的基本信息为基础,结合代表性大型滑坡实例的现场调绘,对汶川地震诱发大型滑坡的发育分布规律进行了较系统的研究。结果表明,汶川地震大型滑坡分布除表现出与汶川地震诱发区域性地质灾害类似的分布规律之外,因主要源于发震断层瞬间大幅度错动的直接地震动力引发的大型滑坡,其发育分布及滑动、运动方式还表现出自身的特点,具体可归结为以下几种效应:(1)距离效应:约80%的大型滑坡集中分布于发震断裂地表破裂带两侧5km的范围内,距离越远,滑坡分布数量越少;(2)锁固段效应:汶川地震诱发的大型滑坡主要集中分布在与发震断裂的交叉、错列、转换部位及NE段末端等5个集中区段。其中,红白-茶坪段是大型滑坡最为集中发育段,不仅滑坡数量多,而且规模大,汶川地震诱发的最大两处滑坡均分布于此段。其次为断裂NE段末端的南坝-东河口段,该段大型滑坡密集发育,东河口滑坡和窝前滑坡等大型滑坡均出露于此段;(3)上下盘效应:绝大多数(70%)大型滑坡都位于活动断裂的上盘,存在明显的"上下盘效应;"(4)方向效应:在与发震断裂带近于垂直的沟谷斜坡中,在地震波传播的背坡面一侧的滑坡发育密度明显大于迎坡面一侧,存在"背坡面效应"。同时,大型滑坡的滑动及运动方向还与各区段断层的错动方向有一定的相关性。在断层活动以右旋走滑为主的青川境内,有相当数量的滑坡表现出向NE方向滑动和运动的特点。     

Vertical acceleration effect on landsides triggered by the Wenchuan earthquake,China

The 2008 Wenchuan earthquake with Ms8.0 triggered extensive throwing-pattern landslides in the area within or near the seismic faults. The resultant landslides from this earthquake brought to the fore the effect of vertical earthquake acceleration on landslide occurrence. The pseudostatic analysis and the dynamic response on landslide stability due to the Wenchuan earthquake are studied with the Chengxi (West Town) catastrophic landslide used as a case study. The results show that the epicenter distance is an important factor which affects the vertical acceleration and thus the stability of landslide. Also, the vertical acceleration was found to have a significant impact on the FOS of landslide if the earthquake magnitude is quite large. Within the seismic fault, the amplitude effect of vertical acceleration is very dominant with the FOS of landslide, for vertical acceleration ranging from positive to negative, having a variation of 25 %. The variation of FOS of landslide for vertical acceleration ranging from positive to negative are 15 and 5 % for landslides near seismic fault and outside seismic fault, respectively. For landslide with a slope angle <45°, the FOS of landslide with both horizontal and vertical accelerations is significantly greater than the one without vertical acceleration. Further, the results computed from both the pseudostatic method and dynamic analysis reveal that the FOS during the earthquake varied significantly whether vertical acceleration is considered or not. The results from this study explain why lots of throwing-pattern catastrophic landslides occurred within 10 km of the seismic fault in the Wenchuan earthquake.     

2008汶川大地震极端滑坡事件初步研究

为了分析汶川地震诱发滑坡灾害事件强度和影响,本文以汶川地震诱发滑坡极端事件为线索,在统计分析前10个规模最大、位移最远、危害最重及最大滑坡堰塞湖分布特征的基础上,重点研究前三甲极端滑坡事件的简要特征,初步揭示:(1)汶川地震诱发的极端滑坡事件主要沿龙门山中央断裂(映秀—北川断裂带)和Ⅹ-Ⅺ高烈度地段分布,强震的振动力、地震主传播方向和发震断裂NE向扩展作用是启动极端滑坡事件的主要原因;(2)规模最大的前10个滑坡和距离最大的前10个高速远程滑坡具有很好的重合特征,两者都反映汶川地震诱发的高能量滑坡事件;其中,规模最大的绵竹市安县大光包滑坡,初步估算体积约7.42×108m3,最大运动距离达到3.5km,距离排名第二;距离最大的绵竹文家沟高速远程滑坡,初步估算最大位移为4.2km,其体积约1.5×108m3,规模排名第二,这两个滑坡都属于世界上罕见的大型高能量高速远程滑坡;(3)前10个最大的灾难性滑坡事件,累计导致3751人死亡,单个滑坡引起的人员死亡超过100人,最多的达到1600人,属于世界上罕见的灾难性滑坡事件;(4)潜在危险性最大的10个滑坡堰塞湖,曾经威胁几十万人的生活安全,其中,最大的北川唐家山滑坡堰塞湖,曾经威胁下游绵阳市30万人的生活安全,这些滑坡堰塞湖都及时采取人工开挖措施排除了潜在危险。     

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。     

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。     

东河口高速远程滑坡-碎屑流全程动力特性模拟

高速远程滑坡-碎屑流具有速度快、滑程远、冲击破坏力强等特点,是一种危害性极大的地质灾害,往往会造成严重的生命财产损失。汶川地震后,国内学者对高速远程滑坡-碎屑流的研究取得了大量前瞻性成果,但由于此类滑坡自身的复杂性,目前为止尚未取得公认的研究成果。为了进一步揭示高速远程-碎屑流效应机理,本文以汶川地震触发的青川东河口滑坡-碎屑流为例,通过滑坡动力分析软件DAN-W分别建立了摩擦模型、Voellmy模型和F-V等3种不同的滑坡数值模型,对东河口滑坡-碎屑流的运动距离、不同时刻运动速度特性、堆积物分布规律及滑坡堆积体积进行了模拟,同时对滑坡运动时间进行了估算。模拟结果表明:根据高速远程滑坡-碎屑流不同运动阶段选择不同的流变模型分析的结果更加合理。摩擦流变模型对运动距离的模拟结果小于滑坡的实际滑程,适于模拟滑体整体性好的启程和近程运动阶段; Voellmy 流变模型对滑体的运动距离模拟效果很好,但对速度的分析结果偏大,适合模拟滑坡远程碎屑流运动阶段; F-V双流变模型对滑坡运动特性模拟效果最佳,并给出了选取东河口滑坡-碎屑流数值模型的最佳流变参数,摩擦角φ=18°,摩擦系数μ=0.1,湍流系数ξ=400m·s-2。     

汶川大型地震滑坡的类型及启程剧动机理研究

2008年汶川大地震诱发大型地震滑坡300余处,造成了巨大的生命财产损失,研究其发生机理有重要的理论意义和防灾减灾的实用价值.经收集分析已有地震滑坡的研究成果及多次深入现场调查,本文发现众多大型地震滑坡发生时都伴随有区别于汶川主震的地面震动,并将其称为滑坡地面震动,简称滑坡震动.本文在论述滑坡震动依据、成因及特征的基础上,根据滑坡震动力与主震力的组合情况及其对大型地震滑坡的影响不同,将汶川地震滑坡划分为3种类型:主震型地震滑坡,迟震型地震滑坡和同震型地震滑坡.认为主震型地震滑坡在主震结束前滑动,其主导失稳力学因素为主震力和重力,无滑坡震动或可忽略; 同震型地震滑坡亦在主震结束前滑动,但其主导失稳力学因素除主震力和重力外,滑坡震动力起重要作用; 迟震型地震滑坡在主震结束后滑动,主导失稳力学因素为滑坡震动力和重力.认为大型地震滑坡地面震动的发生与活断层导致地震类似,据此提出了滑坡震动加速度的估算方法,并以此为基础分析研究了各类型地震滑坡的启程剧动机理.