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...     

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。     

高速远程崩滑动力学的研究现状及发展趋势

高速远程滑坡具有体积大、速度高、运动距离远等特点,严重威胁着山区居民生命安全和重大工程建设。滑坡的碎屑化作用是滑坡高速运动过程中非常普遍且十分重要的现象,是滑体运动与堆积过程中特殊内部结构形成的前提条件,也被认为是可能促进高速远程滑坡超强流动性的物理力学机理。尽管滑坡碎屑化机制已经成为滑坡动力学机理研究的热点科学问题,然而对于滑坡碎屑化过程是促进滑坡运动还是阻碍滑坡运动,目前仍存在极大的争议,争议的焦点在于岩石破碎本身是耗能过程,如何能促进滑坡整体的远程运动？本文首先详细总结高速远程滑坡碎屑化作用的沉积学特征,包括反粒序、拼贴构造和局部剪切带等碎屑化堆积结构特征方面的研究,论述这些碎屑化沉积结构对于滑坡动力学的指示;其次,讨论与分析了滑坡碎屑化过程的影响因素、碎屑化过程的减阻机制研究进展;最后,归纳并阐述了高速远程滑坡动力破碎耗能和滑坡减阻这一争议性问题,提出今后高速远程滑坡碎屑化运动机理研究所面临的关键科学问题。     

青藏高原察达高速远程滑坡运动过程与形成机理

为了了解青藏高原察达高速远程滑坡的运动过程与形成机理,运用遥感测绘、无人机地形测绘和现场勘查资料对滑坡进行分区,对滑坡形成机理进行研究,并利用PFC2D数值模拟对地震工况下滑坡运动过程进行模拟.将察达高速远程滑坡分为源区,流通区和堆积区;数值模拟结果得到滑坡平均运动速度为15~20 m/s,运动时间150 s,最大运动距离为2 800 m.察达滑坡为地震条件下诱发的高速远程滑坡,源区砾岩对上部堆积体后缘铲刮推移,使得上部堆积体产生整体变形,其运动过程可分为崩滑→铲刮→滑移→堆积4个阶段.      

黄土滑坡发育类型及其空间预测方法

现场调查了黄土地区的大量滑坡,按运动方式将其分成错落式滑坡、高速远程滑坡、低速缓动滑坡和滑坡泥流四种类型,并以4个典型滑坡为例,分析了各类滑坡的形成条件和运动学特征。提出了在各类运动方式下黄土滑坡的空间预测指标、影响因子和建模思想。为黄土地区的滑坡灾害空间预测提供了整体思路,为滑坡的预测理论建模提供了基础依据。     

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。     

新疆伊宁县喀拉亚尕奇滑坡动力学特征研究

通过对高速远程黄土滑坡动力学特征的研究,提出黄土高速远程滑坡空间预测的模拟方法。以新疆伊宁县喀拉亚尕奇黄土滑坡为例,基于野外地质调查和无人机航拍影像图,结合滑坡研究区的工程地质条件,分析了该滑坡的基本特征和形成条件。研究发现,该滑坡的主要诱发因素是冰雪融水入渗,其孕灾模式主要为四个阶段:后缘拉裂阶段,黄土节理冻胀扩展阶段,融雪入渗失稳阶段,高速下滑阶段。同时利用Rapid模型对滑坡运动全过程进行模拟,计算得到滑坡运动持续时间为26 s,最大运动速度达到22 m/s,堆积体的平均厚度达到5 m等运动特征要素,结果表明Rapid模型可以较好的模拟分析黄土高速远程滑坡动力学效应,为黄土地区类似滑坡的成灾机理和动力学效应分析提供参考。      

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。     

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。     

高速远程滑坡运动堆积过程中的能量传递机制

高速远程滑坡往往引发灾难性事故,开展运动堆积过程定量研究,对于探究滑坡发生机理及预测致灾范围具有重要意义.基于室内物理模型试验,通过PIV技术分析高速摄像机在试验过程中拍摄的照片,获取了运动过程中滑体颗粒的水平速度、竖直速度与位移等运动参数.从滑体颗粒群和不同位置处单体颗粒角度,分析高速远程滑坡的运动演化规律.结果显示:（1）滑体颗粒前端出现高速区,该高速区随着滑坡停止具有一定的保持性.颗粒间存在明显的碰撞现象;（2）从不同位置单体颗粒来看,前部颗粒位移量最大,速度波动频繁,碰撞频次最高,能量多次补充;中部颗粒位移量其次,速度有波动过程,但不及前部频繁;后部颗粒位移量最小,速度基本呈递降趋势,能量逐渐减小.结合重庆鸡尾山滑坡以及Black Rapids Glacier滑坡实例分析,揭示了高速远程滑坡运动堆积过程中滑体颗粒间存在碰撞及能量传递现象,从而进一步探究高速远程滑坡形成机制,在监测预防、灾害治理等方面具有现实指导意义.      

Process dependence of grain size distributions in rock avalanche deposits

Rock avalanches are a form of hazardous long-runout landslide and leave fragmented deposits of complex sedimentology that, if studied in detail, can provide insight into their emplacement processes. Complexity arises due to the myriad overlapping factors known to contribute to the final deposit fabric, such as source structures, lithology (i.e. material properties), topographic feedback, substrate interaction and emplacement processes (i.e. internal factors), as well as our reliance on (un)suitable exposures. Herein, we present sedimentological data from two carbonate rock avalanche deposits (Tschirgant in Austria and Flims in Switzerland), where changes in lithology can be eliminated from the causal equation due to their largely mono-mineralic composition. We further eliminated the effects of external influences such as topography or substrate interactions by detailed facies mapping of the deposit interior. Since sedimentary properties locally vary within less than 1-m² outcrop area, emplacement processes are the only causes that remain to explain the different fabrics. Characteristic (fractal) grain size distributions of three distinctive sub-facies in the interior of these, and other, rock avalanche deposits—jigsaw-fractured, fragmented, and shear zone facies—can be linked to specific processes acting during emplacement. We suggest that a heterogeneously distributed and progressively increasing particle breakage in the moving granular mass best explains the ranges of fractal dimensions and associated features for the respective sub-facies, from simple breakage along pre-existing planes, through dynamic fragmentation which locally minimises coordination number, to zones of shear concentration. No exotic emplacement mechanisms (such as air-layer lubrication or fluidised substrates) are required to produce these features; continued, heterogeneous degrees of fragmentation of an initially intact source rock best explains the sedimentary record of rock avalanches.     

Formation mechanism and evolution process of the Chada rock avalanche in Southeast Tibet,China

The Chada rock avalanche is a prehistoric high-elevation giant rock landslide located in the Boshula Mountains, Lhorong County, Southeast Tibet. It is composed of conglomerates with a volume of 6.62?×?10⁶ m³ and has a height difference of 1450 m and a transport distance of 3155 m. The accumulational landform shows characteristics indicating rock avalanches. With a unique red conglomerate as the marker of landslide movement, we combined the results of geological surveys, aerial surveys, and engineering geological drilling to determine the entrainment and geomorphic features of the rock avalanche. The rock avalanche was divided into the main scarp, entrainment zone (residual deposit, mixed deposit, and impact fragmentation areas), transport zone (compressed, local landslide, and longitudinal ridge areas), and deposit zone. The sequence of deposits in the valley indicates that the rock avalanche formed before the first-stage terrace and after the second-stage terrace. Combined with 3D numerical simulation, four movement stages were obtained: (1) the rock mass was broken and disintegrated due to progressive failure, initiating high-speed sliding; (2) the sliding mass scraped the thick previous slope material and formed oblique ridges by forward extrusion and lateral friction; (3) the 4.95?×?10⁶ m³ sliding mass was compressed and decelerated to form bending ridges, and the 1.67?×?10⁶ m³ sliding mass continued to move through the channel; and (4) the sliding mass extended to form longitudinal ridges in the channel and hummocks in the valley. The rock avalanche accelerated three times and decelerated three times during its motion.

     

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。     

西藏它日错地区多巴组沉积环境及石油地质意义

西藏它日错地区是中特提斯的一个重要深坳陷区,发育了巨厚的下白垩统海陆交互相和浅海碳酸盐岩沉积,其中多巴组厚度超过了地５００ｍ,主要沉积相类型包括陆源碎屑湖坪相、碳酸盐浅海、水下浅滩,混合沉积过渡带等,在它日错一带形成坳陷中心,主要物源从南、西南方向进积,多巴组的烃源岩主要为浅海相地,向它划方向增多、加厚、有机质类型为混合型,可能的集集岩是浅滩相介壳灰岩、浅海相泥晶灰岩及潮坪相砂岩,裂隙是其主要的储集空间,而潮下带泥岩则可成为有利盖层,垂向上由于多旋回叠加,具有较好的生储盖盖组合,但所发现的烃源岩厚度较薄是其不利因素。     

Hummocks: how they form and how they evolve in rockslide-debris avalanches

Hummocks are topographic features of large landslides and rockslide-debris avalanches common in volcanic settings. We use scaled analog models to study hummock formation and explore their importance in understanding landslide kinematics and dynamics. The models are designed to replicate large-scale volcanic collapses but are relevant also to non-volcanic settings. We characterize hummocks in terms of their evolution, spatial distribution, and internal structure from slide initiation to final arrest. Hummocks initially form by extensional faulting as a landslide begins to move. During motion, individual large blocks develop and spread, creating an initial distribution, with small hummocks at the landslide front and larger ones at the back. As the mass spreads, hummocks can get wider but may decrease in height, break up, or merge to form bigger and long anticlinal hummocks when confined. Hummock size depends on their position in the initial mass, modified by subsequent breakup or coalescence. A hummock has normal faults that flatten into low-angle detachments and merge with a basal shear zone. In areas of transverse movement within a landslide, elongate hummocks develop between strike–slip flower structures. All the model structures are consistent with field observations and suggest a general brittle-slide emplacement for most landslide avalanches. Absence of hummocks and fault-like features in the deposit may imply a more fluidal flow of emplacement or very low cohesion of lithologies. Hummocks can be used as kinematic indicators to indicate landslide evolution and reconstruct initial failures and provide a framework with which to study emplacement dynamics.     

青藏高原东缘高位崩滑灾害多动力多期次演化特征

青藏高原东缘是全球重要的活动构造区,高原峡谷区斜坡陡峻,高位崩滑灾害多发。采用遥感解译、地面调查、钻孔勘探及测年分析等方法,研究了西藏洛隆察达沟和易贡扎木弄沟两处高位崩滑堆积体的多动力多期次演化特征。研究结果表明：(1)沿陡峻沟道发生的高位崩滑灾害多为复合成因,兼具内动力和外动力作用交替促发特征;(2)洛隆察达沟晚更新世以来的堆积物形成序列可分为4期,分别经历了以冰川作用为主的冰碛物堆积、古地震引发的高位崩滑-碎屑流堆积、气候变暖背景下的冰-岩崩滑堆积及近代重力崩滑堆积;(3)易贡扎木弄沟在过去5500年中,先后发生了8次以上较大规模崩滑堆积,测年结果显示了巨型崩滑事件存在百年数量级的复发周期,由于不同期次巨型崩滑体的成因不同,复发周期可能存在长、中、短的差异;(4)近年来受全球气候变化影响,冰-岩崩滑灾害频现,可能成为高原峡谷区高位远程地质灾害研究的焦点。本文关于高位崩滑灾害多期次演化过程的认识对于高原峡谷区重大地质灾害防灾减灾具有一定启示意义。