鸡尾山高速远程滑坡—碎屑流动力学特征分析

以武隆鸡尾山滑坡为例,通过灾害形成地质环境条件的调查,概述了鸡尾山滑坡失稳诱发因素,包括:上硬下软的地层结构、岩溶发育、高陡地形地貌条件和采矿活动等;介绍了鸡尾山斜倾厚层滑坡视向滑动的基本模式,为"后部块体驱动-前缘关键块体瞬时失稳"。在此基础上,根据鸡尾山滑坡的运动和堆积特征,将滑坡分为滑源区和堆积区,通过二维DAN-W模拟,选取Frctional、Voellmy等流变模型,模拟了滑坡运动的整个过程,得到滑坡堆积体的体积、厚度和滑坡运动速度的变化规律,与实际情况基本一致。并且为西南山区高速远程滑坡成灾范围及滑动堆积特征的模拟分析提供了相应的依据。     

贵州关岭大寨高速远程滑坡碎屑流研究

2010年6月28日,贵州关岭因突降暴雨发生高速远程滑坡,滑程约1.5km,体积约174.9万m3,两个村组被毁,99人遇难。滑坡区位于西南地区常见的煤系地层区,上部为灰岩、白云岩,中部为相对较缓的砂岩地层,下部为页岩、泥岩地层,局部含煤,具有上硬下软的山体地质结构和上部富水下部隔水的水文地质结构,极易形成滑坡地质灾害。从地形上看,斜坡上陡下缓,形似靴状地形,上部陡峭地形导致山体易于失稳,而中下部开阔伸展良好的沟谷提供了远程的运动条件,较大的势能向动能的转化,容易形成高速远程滑坡碎屑流。6月27日和28日的降雨是触发此起特大灾害的主要原因,其24h降雨量达310mm,超过了当地近60a来的气象记录,分析表明,降雨产生的沟谷径流量是平时强降雨(100～150mmd-1)的沟谷径流的2倍之上,一是在滑源区砂岩裂隙岩体中形成静水压力和渗透压力,触使滑坡的失稳下滑; 二是在沟谷中产生地表径流,为碎屑流远程流动形成饱水下垫面,导致了碎屑流流动距离和速度的显著增加。近年来随着极端强降雨等灾害性天气的重现期缩短,高速远程滑坡造成的群死群伤特大地质灾害在我国呈逐渐增加趋势,应加强对这种灾害类型的调查与防范,特别是要进行滑坡安全避让范围和逃逸速度的研究。     

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。     

高速远程滑坡-碎屑流运动机理研究发展现状与展望

高速远程滑坡-碎屑流具有极高的运动速度和超远距离的位移,往往能够引发灾难性事故,造成严重的生命财产损失,因此,它的运动机理,即高速远程效应机理一直是国内外学者研究的热点。目前国外主要存在四种观点:空气润滑模型、颗粒流模型、能量传递模型和底部超孔隙水压力模型。但是,由于高速远程滑坡-碎屑流自身的复杂性,到目前为止,研究还没有取得公认的成果。 中国是高速远程滑坡-碎屑流的频发区,因其研究才刚刚起步,研究成果还处于定性阶段。本文在查阅大量文献的基础上,从理论和技术两方面分别阐述了国内外高速远程滑坡-碎屑流运动机理研究的发展现状,对目前纵多的理论和模型进行了归纳与总结,点评了目前研究的难点,并在此基础上提出了今后的研究重点。本文是国内外首次对该领域的研究进行系统的归纳和总结,对今后类似的研究具较高的参考价值。     

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。     

高速远程滑坡颗粒流研究进展

颗粒流是高速远程滑坡物质演化过程的一个重要阶段,也是从细观角度揭示其超常运动特性的重要手段.颗粒流所采用的主要研究方法以及取得的重要理论成果,可以为高速远程滑坡动力学机理的研究提供重要的技术手段和理论支持.本文聚焦颗粒流研究进展,从颗粒流基本概念、流态特征及流变本构模型、颗粒流粒径分选机制等方面进行了系统梳理;进而,从理论、实验及数值计算模型3个方面对高速远程滑坡研究中颗粒流理论及方法的应用进行了系统性述评;在此基础上,提出了从颗粒流角度研究高速远程滑坡动力学机理涉及的关键科学问题:高速远程滑坡高流动性的起源涉及哪些物理过程？如何量化和模拟其多分散性和破碎过程？如何量化描述颗粒尺寸分布的时空演变及其与流动的耦合？如何从其沉积特征中探究流动的传播机制？针对这些问题,从基于沉积学特征的颗粒流物理力学过程、考虑尺度效应的颗粒流动力学特性研究、基于颗粒流力学过程的滑坡运动机理及其本构模型、新技术新方法的应用4个方面提出下一步应重点开展的研究工作.      

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。     

基于离散元的高速远程滑坡运动堆积特征及 能量转化研究 ——以三溪村滑坡为例

高速远程滑坡-碎屑流运动速度、堆积特征和能量转化是研究其致灾机制的重要因素,而模型试验、野外调查并不能全面揭示其成灾机理。文章以三溪村滑坡为例,采用PFC3D离散元模拟方法,揭示滑坡运动过程中的前部、中部和后部岩土体的速度演化分布、堆积特征和能量转化关系。研究结果表明:三溪村滑坡的残余摩擦系数为0.2时,模拟结果与实际堆积特征一致。前部、中部、后部岩土体到峰值速度存在差异,前部岩土体速度分布表现为显著的单峰型特征,而后部岩土体速度分布为双峰型特征。滑坡不同部位的岩土体堆积呈现层序分布;滑坡重力势能的转化中,摩擦耗能占总能量的52%,动能峰值时刻仅有15%的重力势能转化为动能。研究结果可为高速远程滑坡的运动机理分析和防灾减灾治理工程提供重要参考。      

高速远程崩滑及其形成条件初探

高速远程崩滑所造成的地质灾害极为严重,波及范围大,早已引起国内外工程技术人员的关注.2008年5·12汶川8级地震所诱发的崩塌和滑坡数以万计,其中高速远程崩滑数量虽不多,但是灾害严重.与一般崩塌和滑坡相比,高速远程崩滑的形成条件究竟有何差异？为了预测高速远程崩滑灾害的严重性和波及范围,以便为国土规划和防治对策设计提供依...     

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。     

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。     

鸡尾山高速远程滑坡运动特征及数值模拟分析

本文在对鸡尾山高速远程滑坡的详细地质调查的基础上,分析了该滑坡地质环境背景特征、滑源区特征和堆积区特征。将滑坡后破坏运动主要分为失稳下滑、碰撞解体和滑行堆积3个阶段的运动特征,建立鸡尾山高速远程滑坡运动特征的地质模型。结合DAN-3D数值软件,选用FVF组合模型对该滑坡的运动特征进行了模拟,最后得到了滑坡堆积、铲刮区域和滑动距离等方面的特征。通过对比分析,鸡尾山滑坡模拟后的运动特征与所建立的地质模型基本符合,模拟的堆积形态与实际情况基本一致。由此可以说明,该分析方法可以为高速远程滑坡成灾范围进行早期评估及预测,为该类滑坡的研究提供一定的帮助。     

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。     

汶川八级地震滑坡高速远程特征分析

汶川地震触发的高速远程滑坡主要沿龙门山主中央断裂带汶川映秀安县高川北川县城平武南坝青川一线地震破裂带展布。由于获得了1.5g以上的抛掷加速度,具有明显的气垫效应,估计最大滑动速度一般大于70ms-1,滑动距离一般为滑体启动时长度的数倍甚至10多倍,堆积成坝形成多处堰塞湖,最大滑行距离达3.2km。本文重点解剖了位于地震破裂带南西段(初始震中)的汶川映秀牛圈沟滑坡碎屑流、位于地震破裂带中段的北川城西滑坡和位于地震破裂带北东段青川东河口滑坡碎屑流3个典型实例,认为具有如下特征:(1）岩性条件:母岩遭受长期构造动力作用,呈碎裂岩体,后期被强烈风化,岩体极为破碎;(2）抛掷效应:位于汶川地震主断裂带或附近,垂直加速度大于水平加速度,强地面运动持时长,岩体发生振胀和抛掷;(3）碰撞效应:上部滑坡体发生高位剪出和高位撞击,致使岩体碎屑化;(4）铲刮效应:撞击作用导致下部山体被铲刮,形成次级滑坡,为碎屑流体提供了足够展翼和抛洒物源体积;(5）气垫效应:碎屑化岩体快速抛掷导致下部沟谷空气迅速谷状圈闭和向下紊流,形成气垫效应,或者,在下部地形开阔地带压缩空气呈层流状态致使滑体凌空飞行。     

基于物理模型试验的碎屑流流态化运动特征分析

流态化运动是高速远程滑坡的主要运动形式,是揭示高速远程滑坡运动机理的重要基础。基于粒子图像测速（PIV）分析方法,采用物理模型试验对不同粒径组成条件下的颗粒流内部的速度分布、剪切变形及流态特征进行了研究,并对高速远程滑坡流态化运动特征进行了讨论分析。结果表明：碎屑流流态化运动特征与颗粒粒径呈显著的相关性,随着粒径的减小或细颗粒含量的增加,颗粒流底部相对于边界的滑动速度以及整体的运动速度均呈逐渐减小的趋势,颗粒流内部剪切变形程度增加,颗粒的运动形式由“滑动”向“流动”转变;当颗粒粒径较小或细颗粒含量较高时,颗粒流内部剪切速率增大的趋势在颗粒流底部更加显著,反映了粒径减小有助于促进颗粒流内部剪切向底部的集中;在同一颗粒流的不同运动阶段及不同纵向深度,其流态特征具有显著差别,颗粒流前缘及尾部主要呈惯性态,颗粒间以碰撞作用为主,而主体部分则主要呈密集态,颗粒间以摩擦接触作用为主;在颗粒流表面及底部,颗粒间相互作用方式主要是碰撞作用,中间部分则以摩擦作用为主;对于不同粒径的颗粒流,随着粒径的增大或粗颗粒含量的增加,颗粒流内部颗粒的碰撞作用加强,颗粒流整体趋于向惯性态转变。     

高速远程滑坡运动学研究综述

高速远程滑坡是一种危害极大的地质灾害,其形成机理与运动过程十分复杂,因此一直是滑坡研究中的难题。为此,本文综述了近几十年来国内外在高速远程滑坡的案例、机理、试验和数值模拟方面的研究成果。其中高速远程滑坡预测的数值模型有离散介质模型、连续介质模型和耦合模型。离散介质模型基于离散元法（DEM）、非连续变形分析法（DDA）和数值流形法（NMM）等,连续介质模型基于有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）、光滑粒子流法（SPH）、任意拉格朗日-欧拉法（ALEM）、元胞自动机法（CA）和格子玻尔兹曼法（LBM）等。离散介质模型适用于岩质滑坡,而连续介质模型适用于流动性滑坡。离散介质模型与连续介质模型相结合的耦合方法已成为高速远程滑坡数值模拟的一种发展趋势。目前,高速远程滑坡的动力侵蚀、气浪效应以及滑坡对结构的影响等问题仍是研究中的薄弱点,这些问题的试验研究相对较少,且数值模拟方法还不够成熟,可作为今后研究工作的重点。     

高速远程滑坡滑震研究述评

高速运动的滑坡体与下伏不平顺运动路径间的强烈动力相互作用将产生地震波,即滑震。滑震作为一种独特的研究视角,可为高速远程滑坡运动特征的研究提供前所未有的细节化体现和无与伦比的定量化数据支撑。通过对国内外已有研究成果的归纳梳理,对高速远程滑坡滑震研究的发展过程和研究现状进行了概略性述评：首先,对滑震相关研究近百年来的历史进程和发展趋势进行了归纳;其次,通过对比不同运动行为产生滑震信号的过程,阐述了滑震波的典型信号特征;进一步地,基于不同频段的滑震信号特征,从高速远程滑坡基本特征识别、高速远程滑坡运动学过程和运动特征推演等方面,对现有研究成果进行了述评,探讨了滑震手段推进高速远程滑坡动力学研究的重要贡献和巨大潜力;在此基础上,从滑震数据库的建立和完善、滑震波动机理理论模型的优化与发展、滑震波与滑坡接触力的耦合分析以及多学科交叉融合4个方面对下一步的研究工作进行了讨论和展望。     

高速远程滑坡的地貌学与沉积学研究进展

本文总结了当前有关高速远程滑坡远程机制的研究现状,探讨了滑坡地貌学和沉积学对于揭示高速远程滑坡运动学机理的重要意义.通过梳理前人关于高速远程滑坡堆积形态的分类,分析了高速远程滑坡主要的形态学特征、蕴含的运动学信息以及高速远程滑坡的脱落块体、丘体、脊结构、断层等的地貌结构特征,并进一步指出这些地貌结构的形成主要是滑坡体物...     

基于DAN-W模型的高速远程滑坡灾变过程分析

高速远程滑坡因其突发性、剧烈性、高速性、远程性等特点对人员和财产造成重大危害,是中国最严重的地质灾害类型之一,研究其灾变过程对中国防灾减灾具有重要的意义.DAN-W是基于拉格朗日有限差分法建立的动力模拟方法,反演模拟碎屑流运动过程,更适合高速远程滑坡的模拟分析.笔者以哀牢山地区芭蕉树滑坡为研究对象,研究芭蕉树滑坡的基本...     

云南昭通市头寨沟滑坡—碎屑流

1991—09—2318：18左右,云南省昭通市盘河乡头寨沟村发生山体巨型滑坡,约2000万m3。滑体物质由玄武岩组成,具有整体滑落、位能大、速度快之特点。主动滑落之岩块,撞击山头后,变成十分破碎的岩石碎块,并以强大的动能沿着头寨沟沟谷向下游方向流动（呈干燥状态）达2．8km远,直至盘河岸边碎屑物质才停止下来。滑体滑落高差为760m。在头寨沟沟谷中,仅2～3min时间内这场罕见的巨型滑坡——碎屑流造成了惨重的人员伤亡和经济损失。共有216人遇难,7人受伤,掩埋牲畜252头,毁坏民房202间,毁坏耕地20hm。以及大量的森林植被,直接经济损失约1200万元（据省计委国土办）。此次滑坡引起了强烈的地面震动,昭通地震台接收到震级为3．5级的震波。