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。     

碎屑流沿坡面运动的数值模拟

根据Savage提出的碎屑流运动方程,分析了碎屑流沿坡面下滑过程中的运动特性,包括速度分布和高度分布的变化。重点考察了床面摩擦系数、土体内摩擦角、初始运动速度和坡角等因素对碎屑流运动形态的影响。研究表明,在不同的因素组合情况下,碎屑体的运动形态有明显的区别。土体内摩擦角和坡角对碎屑流的运动形态和最大运动距离影响明显。相对来说,床面摩擦角对碎屑流的最大运动距离影响不明显,这可能是因为床面摩擦只影响靠近床面的部分物质的运动     

基于室内模型试验的滑坡碎屑流堆积分布规律研究

本文利用室内物理模型试验,模拟了特定条件下滑坡碎屑流的滑动和堆积过程。获取了滑坡碎屑流堆积物的位置分布,并对其规律进行了分析,且在此基础之上对滑坡碎屑流运动机制进行了简单的分析。结果表明:碎屑流颗粒在滑坡发生后的最终位置分布兼具随机性和规律性;关于坡面中轴对称分布的碎屑流颗粒在滑坡后依然对称分布;堆积体中沿滑坡方向连续分布的颗粒在滑坡结束后最终位置分布在一定程度上并不连续;颗粒滑后位置分布受其滑前在颗粒整体中所处的位置影响较大;在沿坡面下滑过程中,碎屑流颗粒堆积体会发生内部的整体滚动。研究结果为滑坡-碎屑流运动机制的理论研究和复原滑坡初始状态提供了可靠的数据参考。     

论崩塌滑坡—碎屑流高速远程问题

高速远程崩塌滑坡—碎屑流具有规模大、速度快、滑程远、多态化、常转向、冲程多、冲击性和摧毁性等特征。崩塌或滑坡高速远程实质上是其解体后的碎屑流运动形式。碎屑流高速远程与崩塌滑坡规模、物质成分结构、地形高差、沟道形态和引发因素及运动路经的环境等因素密切相关。崩塌滑坡变形破坏形式一般显示为蠕动—拉裂—剪断—滑移—冲出—解体—碎屑流化的过程。崩塌滑坡形成机理主要基于残余强度、蠕变作用和孔隙水压力等理论认识进行解释。碎屑流运动机理主要立足于势能动能转化传递、气体浮托和颗粒流运动理论予以解释。动势能转化、气体浮托作用和颗粒流运动三种解释是层次不同、相互补充的关系,不是彼此独立的。基于成年人在复杂地形下能够奔跑逃生,崩塌滑坡—碎屑流前锋的运动速度5m/s作为高速运动的下限值是比较合理的。崩塌滑坡—碎屑流区域的前后缘高差(H)与前后缘水平距离(L)的比值小于0.4或L/H值大于2.5可作为其远程运动的判据。崩塌滑坡—碎屑流成灾模式包括直接压覆、解体推挤、碰撞冲击、气浪吹袭、激流涌浪、堰塞湖淹没与滑坡坝溃决—洪水泥石流等多种形式。     

高速远程滑坡裹气流态化模型试验研究

为分析高速远程滑坡运动过程中碎屑流的裹气流态化特性,以汶川地震触发的谢家店子滑坡为原型,运用自行设计的流化床试验装置,开展了一系列高速远程滑坡碎屑流裹气流态化特性的试验研究。结果表明：(1) 对于颗粒粒径变化范围广(0.1～7 mm者均有)、颗粒形状极不规则、且底部细颗粒含量高的类滑坡碎屑,其床层压降随着供风量的增加并非呈线性增长趋势,而是表现出明显的气泡控制性特征,随堆积体内部气泡和气垫层位置的不同,堆积体各部位床层压降相差较大;(2) 当供风量较低时,碎屑堆积体整体稳定性较好,在堆积体表面仅可见有限气体逸散孔的分布;当供风量达到一定值后,堆积体内部流态化特性增强,可见砂质密云、气孔、纵向脊等一系列与高速远程滑坡实例中相类似现象的出现;(3) 对于滑坡类不规则颗粒,其间容易形成架桥现象,增强碎屑流整体稳定性,使气流不易扩散,在堆积体下方形成高压气垫层,产生空气擎托现象。     

贵州都匀马达岭滑坡运动特征研究

在暴雨触发作用下,2006年5月18日贵州都匀马达岭发生滑坡,滑体随即形成的碎屑流,充填了坡下长达1km的沟谷。滑坡堆积物在空间上有明显的分区特征,由上至下可分为滑源区、滑体堆积区、碎屑流流通区、碎屑流堆积区四个区域进行研究。在对马达岭滑坡进行详细野外调查的基础上,从滑坡的地形条件、堆积情况及运动特征等方面探讨滑坡的发生机理及运动过程,结果表明:马达岭滑坡为一高速远程滑坡,滑坡迅速启动并在特殊的破坏模式和地形条件下,形成了"一快一慢"两种不同的运动方式,即大块岩体"坐着"下伏流体的缓慢运移以及碰撞、铲刮形成的碎屑物质的高速抛飞。     

滑坡-碎屑流物理模型试验及运动机制探讨

滑坡-碎屑流由于高速、远程的特点常常引发灾难性事故,其复杂的运动机制导致预测致灾范围非常困难。通过开展室内模型试验,研究了碎屑粒径、滑床糙率和挑坎对运动特性的影响。试验结果发现,滑坡碎屑运动距离受控于前端碎屑,且随着碎屑的粒径增大而增加,增加滑床糙率、挑坎均可使碎屑的运动距离减小。在前人研究成果的基础上结合碎屑材料的力学特性探讨了滑坡-碎屑流出现流态化的原因和高速远程机制,即高速运动中颗粒间的作用力远小于完整岩体,因此颗粒间的“黏聚力”不能维持滑坡体的整体性,同时致使滑坡体与滑床接触的过程中传递至滑坡体内部的摩阻力减少,从而导致碎屑滑坡的远程结果。     

冰屑对冰-岩碎屑流运动特性影响作用的初步分析

冰-岩碎屑流是一种发育在高寒山区、含固态水的特殊碎屑流,具有超强的运动性。冰屑对提高冰-岩碎屑流运动性至关重要,但对其认识仍较为不足。通过对2000年易贡滑坡的灾史资料分析和野外调查,指出易贡滑坡启动时携带冰川冰体、运动时铲刮含冰碎屑物,而且具有规模大、冲出距离远的运动特性,是典型的冰-岩碎屑流。进而引入斜槽实验模拟岩土体上覆冰川冰体失稳下滑的过程,验证调查发现的堆积体前端坑洞群问题,探讨冰-岩碎屑材料冲出距离与含冰量、冰屑岩屑粒径比的关系。研究发现,冰屑可能包裹在碎屑流前端并全程参与碎屑流运动,在停积后由于融化而在堆积体上形成坑洞。被包裹的冰屑能够提高冰-岩碎屑材料的冲出距离,但含冰量较大时冰屑可能由于黏结成团、不易进入碎屑流内部而导致冲出距离变小。由此归结得到,冰屑提高碎屑流冲出距离的一个重要前提为冰屑进入碎屑流内部,当冰屑与岩屑的粒径比越小时冰屑越容易进入。这项研究工作为认识冰屑影响提供了坑洞调查法和斜槽实验法,研究成果有助于更为深入地认识冰-岩碎屑流运动特性的冰屑影响机理,为预防冰-岩碎屑流的远程致灾提供科学依据。     

碎屑流撞击地面的震动信号特征分析

崩塌、滑坡等自然灾害突发性强、时间跨度短,难以做到实时监测及快速的动力学过程分析。滑震信号监测技术较好地弥补这一缺陷。通过滑震信号的分析可快速获取崩塌、滑坡的基本特征,如规模、持续时间和动力学过程等。本文进行了碎屑流撞击地面的物理模型实验,通过分析实验过程所记录的滑震信号,研究了碎屑流初始条件、运动特征与滑震特征参数的相关关系。实验结果表明：(1)随着碎屑体体积的逐渐增大,监测信号的带宽逐渐减小;(2)随着碎屑体体积的逐渐增大,监测信号的峰值及持续时间、阿里亚斯强度和震动能量逐渐增大,相关性强;(3)碎屑体撞击的震动能与势能损失之比在3.09×10^-2到7.2×10^-1之间,且随着碎屑体体积的增大,震动能与势能损失之比逐渐增大。本文建立了滑震特征参数与碎屑流初始条件及运动学参数之间的关系,为山区崩滑灾害事件的监测与应急响应提供了一定的理论依据。     

滑坡-碎屑流的堆积特征及机理分析

滑坡-碎屑流是一种沿着斜坡表面作远程运动的岩石碎屑流动体。碎屑流体在远程运动过程中会出现粒径分选,并在堆积体中呈现出一定的层序特征。本文通过开展碎屑流滑槽试验,观测了碎屑流运动过程中的粒径分选过程,并重点研究了碎屑流堆积体的垂向和滑移方向层序,采用分层和分段筛分法,对不同粒径的颗粒含量进行了分析,揭示出碎屑流堆积体内部不仅在垂向上具有反粒序结构,还在滑移方向上具有双峰分布形态。这两种堆积特征在6.24茂县新磨村滑坡和8.28纳雍普洒村崩塌堆积体的块石分布规律中得到验证,它们是滑坡-碎屑流体运动过程中块石之间相互作用的宏观反映,是分析碎屑流远程运动机制的重要现场证据。通过室内滑槽试验和实例分析,得到以下结论:碎屑流运动过程中产生的弥散压力和振动筛分是导致碎屑流堆积体中形成垂向反粒序以及滑移方向双峰堆积形态的重要原因。其中振筛作用的动力来源为碎屑流滑移区的不规则起伏引起的碎屑体振荡,以及由粒径差异造成的动量不均衡碰撞。     

龙首山震旦纪砾状白云岩成因探讨

众所周知,碳酸盐质碎屑流是一种含有大量粗碎屑物的重力流。其物质来源于碳酸盐台地,沉积岩石表现为无分选,不具层理的特征。甘肃龙首山地区广布的一套砾状白云岩,作者认为是碎屑流成因的岩石,其碳酸盐质碎屑流形成于震旦纪早期,是华北地台西南缘大陆边缘裂谷的产物。沉积于裂谷盆地。从侧面反映了龙首山地区震旦纪早期非稳定的区域构造演化背景。     

碎屑流与浊流的流体性质及沉积特征研究进展

受浊流沉积模式(即鲍马序列和浊积扇模式)的驱动和浊积岩思维定势的影响,自1970s浊流与浊积岩的概念逐渐扩大,特别是通过"高密度浊流"术语的引入,以及将水下浊流与陆上河流的错误类比,使得一部分碎屑流与底流的沉积被认为是浊积岩。随着现代观测设备的应用以及详细的岩芯观察,碎屑流(特别是砂质碎屑流)和浊流被重新认识。浊流是一种具牛顿流变性质和紊乱状态的沉积物重力流,其沉积物支撑机制是湍流。碎屑流是一种具塑性流变性质和层流状态的沉积物重力流,其沉积物支撑机制主要是基质强度和颗粒间的摩擦强度。浊流沉积具特征的正粒序韵律结构,底部为突变接触而顶部为渐变接触;碎屑流沉积一般具上、下两层韵律结构,即下部发育具平行碎屑结构的层流段,上部发育具块状层理的"刚性"筏流段。但当碎屑流被周围流体整体稀释改造且改造不彻底时,强碎屑流可变为中—弱碎屑流,相应自下而上可形成逆—正粒序的沉积韵律结构,其中发育有呈漂浮状的石英颗粒和泥质撕裂屑等碎屑颗粒,明显区别于浊流沉积单一的正粒序韵律结构特征。碎屑流沉积顶、底部均为突变接触。浊流的沉积模式为简单的具平坦盆底的坡底模式,而碎屑流则为复杂的斜坡模式。     

易贡滑坡-碎屑流-堰塞坝溃坝链生灾害全过程模拟与动态特征分析

为研究易贡滑坡-堰塞坝溃坝链生灾害的动力学特征,基于遥感影像数据建立三维数值模型,运用DAN3D和FLOW3D对易贡滑坡-碎屑流-堰塞坝溃坝全过程进行模拟研究。运用DAN3D模拟滑坡-碎屑流过程,得到滑坡碎屑堆积分布特征及速度变化规律,滑坡持续时间300 s,平均速度35 m/s。基于DAN3D获得的滑坡碎屑堆积分布建立等比例堰塞坝模型,运用FLOW3D模拟溃坝后洪水演进过程,得到洪水演进过程水流特征变化规律,通麦大桥处洪峰流量130 000 m3/s与实测值接近。对易贡滑坡灾害链全过程的模拟和动态特征分析可为高山峡谷区类似的滑坡-堰塞坝溃坝链生灾害风险评价提供参考。     

西藏定结、定日一带上石炭统纳兴组重力流沉积及其地质意义

西藏定结、定日一带上石炭统纳兴组为一套厚度巨大的陆源碎屑沉积, 该组中部首次识别出重力流沉积.重力流沉积可划分为3个类型: 崩塌沉积、碎屑流沉积和浊流沉积, 以碎屑流沉积常见.通过沉积相和基于沉积物组分及地球化学方面的物源分析, 判断该区晚石炭世存在小型洼陷盆地, 其形成与晚石炭世海西伸展运动有关, 纳兴组重力流沉积与下伏滨浅海沉积之间具一伸展不整合.      

深水砂质碎屑流沉积:概念、沉积过程与沉积特征

在总结国内外相关文献的基础上,对砂质碎屑流的相关概念、沉积动力学过程及沉积特征进行系统梳理,并对争议问题进行了讨论。砂质碎屑流是一种富砂质具塑性流变性质的宾汉塑性流体,代表一个从黏性至非黏性碎屑流连续系列,具有中—高碎屑浓度(体积浓度25%～95%)、较低的泥质含量(体积浓度可低至0. 5%)、湍流不发育。其沉积物以块状砂岩、含碎屑逆粒序砂岩沉积为代表,局部可见滑动剪切构造和液化漩涡构造。砂质碎屑流的形成多经历滑动→滑塌→砂质碎屑流→浊流的有序演化过程;滑水作用和基底剪切润湿作用是克服砂质碎屑流与基底剪切摩擦拖拽的重要机制,流体强度则是克服上覆环境水体混入稀释的重要原因;砂质碎屑流头部和边部优先固结沉积,进而控制流体整体沉降。砂质碎屑流是形成深水块状砂岩的主要原因之一,砂质碎屑流在相对低流体效率的深水重力流沉积环境广泛发育。     

深水碎屑流与浊流混合事件层类型及成因机制

同一重力流事件形成的包含碎屑流和浊流及其之间过渡流体的混合流沉积形成的沉积层称为混合事件层。混合事件层主要包含下部砂质碎屑流-上部浊流混合事件层(类型1)和下部浊流-上部泥质碎屑流混合事件层(类型2)以及泥质碎屑流和浊流频繁互层混合事件层(类型3)3种类型。类型1主要为流体转化成因,包含液化作用、沉积物破碎、流体顶部剪切侵蚀、接触面不稳定性和波浪破碎、水力跳跃、流体头部与环境水体混合和多种机制作用下的整体转化7种成因认识。类型2和类型3主要涉及流体转化及流体差异搬运和沉降过程成因,包含碎屑流覆盖浊流、碎屑流内部差异沉降、浊流侵蚀转化、浊流膨胀减速、局部沉积物垮塌和浮力转化6种成因认识。下部砂质碎屑流上部浊流混合事件层和下部浊流上部厚层富含泥质碎屑的泥质碎屑流混合事件层在沉积近端到沉积远端均有分布,多呈条带状或树枝状;下部浊流上部贫泥质碎屑的泥质碎屑流混合事件层主要在沉积远端或基底相对低部位分布,多呈环带状或牛眼状。深水重力流混合事件层的分布主要受泥质含量、颗粒粒度、水体密度等内部因素和重力流成因机制、古地形和构造活动等外部因素综合控制。深水重力流混合事件层的形成及其分布研究对于丰富和完善重力流沉积理论,指导现阶段深水重力流砂体常规和非常规油气勘探及理解自然活动规律、防灾减灾具有重要意义。现阶段对深水重力流混合事件层的多种成因及形成条件和横向分布演化规律的研究还有待进一步深入。     

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。     

湖相重力流沉积特征及沉积模式

应用深水沉积学和地震沉积学的相关理论,通过岩心观察描述、钻测井资料分析及平面沉积相编图,对下刚果盆地A区块白垩系Pointe Indienne组深水重力流的类型、沉积特征、垂向沉积组合及沉积模式进行了探讨分析,指出该地区发育砂质碎屑流、泥质碎屑流、浊流及与重力流形成过程相关的滑动—滑塌沉积,并总结了该深水重力流的沉积模式。结果表明:砂质碎屑流沉积以块状层理细砂岩为主,含大型漂浮泥砾和泥岩撕裂屑;泥质碎屑流沉积以泥级碎屑为主,含有少量的暗色泥岩碎屑和砂质团块,见“泥包砾”结构;浊流沉积以发育完整或不完整的鲍马序列为特征;滑动—滑塌沉积具有明显的剪切滑移面,可见旋转火焰构造、砂岩扭曲杂乱分布及褶皱变形层;纵向上可识别出4种类型的重力流沉积垂向组合,以多期砂质碎屑流沉积叠置和砂质碎屑流沉积与浊流沉积叠置最为常见;研究区深水重力流沉积可分为上部扇、中部扇和外部扇3部分,上部扇以主水道沉积为主;中部扇以辫状水道和溢岸沉积为主,砂体厚度较大;外部扇以朵叶体沉积和薄层浊积岩为主,砂体厚度相对较薄。     

关于古流分析的讨论

正古流分析是沉积学分析的一种通用手段。所谓古流,是指通过地史时期沉积岩中保存的沉积标志恢复的古流向。广义地说,古流包括介质(水或大气)流动方向或沉积物(如重力流)运动方向,由于大气运动反映的风向是多变的古风向,所以实用的古流分析多指古水流的方向以及重力流的沉积物运动方向。值得注意的是,古水流方向分析包括单向水流(河流)、双向水流(潮流)和波浪传递方向,它们具有不同的地质意义。     

松辽盆地白垩系营城组再搬运火山碎屑与相模式

以松辽盆地东南缘营城组二段两类火山碎屑岩(沉凝灰岩、凝灰质砂岩)为研究对象, 进行了火山碎屑粒度特征、碎屑组成和火山碎屑岩相研究.结果显示, 火山碎屑搬运除受火山作用激发控制外, 还受牵引流、重力流以及牵引流和重力流的双重机制影响.火山碎屑微观特征、成因分析和岩相分析认为, 本区火山碎屑堆积主体为热基浪堆积和热碎屑流堆积, 部分为空落堆积.火山碎屑组成特征为晶屑含量多, 玻屑和岩屑含量少, 且岩屑仅在较粗粒级颗粒组成中存在.研究认为, 本区发育的火山碎屑为沉积环境中的再搬运火山碎屑, 共识别出4种火山碎屑岩相, 河流故道上的热基浪, 河流故道上的热碎屑流, 冲积平原上的热基浪和空落相.建立了松辽盆地东南缘露头区营城组二段河流-冲积平原沉积环境的再搬运火山碎屑岩相模式.