高位远程滑坡冲击铲刮效应研究进展及问题

冲击铲刮效应一直是中国西南山区高位岩质滑坡动力学研究的热点问题。文章在开展大量的野外调查基础上,结合目前国内外的研究现状,对目前的基础理论和研究方法进行了归纳总结;从国内外高位远程铲刮型滑坡的典型案例入手,总结了高位远程滑坡的冲击铲刮模式主要有嵌入铲起模式、裹挟刮带模式、冲击滑移模式和冲击飞溅模式;提出了在高位滑坡冲击铲刮研究中的难点和重点问题;并在理论解析、数值计算、人工智能和风险预测方面对今后的冲击铲刮研究思路进行了展望。目的是为冲击铲刮效应响应下的高位滑坡成灾模式和动力学特征分析提供重要的研究基础,为高位远程滑坡动力研究、科学防灾减灾和科学救援工作提供技术支撑。     

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。     

贵州省六盘水水城高位远程滑坡流态化运动过程分析

高位远程滑坡是中国西南山区常见的一类灾难性地质灾害,其发生往往伴随有碰撞解体效应,导致滑体碎裂化,转化为碎屑流或泥石流,具有流化运动堆积的特征。2019年7月23日发生于中国贵州省六盘水市水城县的鸡场镇滑坡是典型的高位远程流态化滑坡,滑坡前后缘高差430 m,水平运动距离1340 m,堆积体体积200×104 m3,导致21幢房屋被掩埋,51人遇难。基于野外详细调查和滑前滑后地形对比,采用DAN-W软件对水城滑坡的整个运动堆积过程进行了模拟,结果显示:水城滑坡在滑源区残留堆积体厚度最大为27 m,堆积区最大堆积厚度为15 m,滑坡碎屑流前缘最大运动速度为27 m/s,最大动能为6.57×106 J;滑坡高位剪出,由于势能转化为动能,滑坡快速达到速度峰值,并铲刮地表松散土层;由于强降雨,滑体高速运动使基底孔隙水来不及排出,导致基底摩擦力下降,降低能量损耗,滑体解体促进颗粒流化运动,减少了摩擦,也是滑坡远程运动的重要原因。      

青藏高原高位远程滑坡动力学研究的新问题

高位远程滑坡动力学机理的研究一直是国际地质灾害领域的难点问题。在青藏高原, 由于地质条件复杂, 高位远程滑坡表现出更为复杂且强烈的动力作用, 出现超高位超远程的链式成灾模式。文章针对青藏高原高位远程滑坡所表现出的三种突出动力学效应——动力破碎效应、动力侵蚀效应以及流态化效应, 从地质特征调查、物理模型试验、数值分析三个层面进行了系统性的综述。针对青藏高原高位远程滑坡目前的研究现状提出了下一步要解决的三个关键科学问题: 极端地质环境下高位远程滑坡机理研究、基于尺寸效应的模型试验新方法研究和高位远程滑坡流域性灾害链研究。这些问题将为高位远程滑坡动力学机理的研究和服务工程建设中高位远程滑坡灾害的防灾减灾提供科学依据。      

滑坡-碎屑流运动过程铲刮效应分析

通过采用垂直条分法把滑坡-碎屑流沿滑动方向等分为不同的部分,运用不平衡推力法求出滑坡-碎屑流失稳时滑块之间的初始条间力和初始加速度,计算得出滑坡-碎屑流的启动初速度。在滑坡运动过程中,运用Voellmy模型和摩尔库伦准则求出滑坡-碎屑流的铲刮深度,结合弹簧滑块模型可以得到运动过程中不同时刻滑块间的速度。通过不断迭代的方法当每个滑块的速度为零时,滑坡-碎屑流停止运动,此时即可得到滑坡-碎屑流的铲刮距离和铲刮长度。为了验证模型的正确性和实用性,用本文的计算结果和滑坡冲击铲刮试验的结果进行了对比结果比较吻合。     

藏东南高位远程滑坡动力学特征及研究难点

藏东南地区地理位置特殊、地形地貌独特、水力资源丰沛、战略地位重要,规划建设有诸多重大战略性基础设施和建设工程。受构造性隆升、地震活动、海洋性冰川、立体气候和人类工程活动等内外动力因素影响,该区域内密集发育高位远程滑坡地质灾害,严重威胁重大工程的安全运营。高位远程滑坡具有隐蔽性强、冲击力大、致灾范围广等特点,使得当前的研究面临“起滑机制不清、灾变机理不明、运动预测不准”的挑战,亟需解决复杂地质环境下高位远程滑坡具有的超高起滑势能、超强运动特性和超大致灾能力3个方面的科学问题,有待揭示藏东南地区孕灾环境特征和滑坡分布规律、高海拔脆性岩体起滑机制、高位崩滑体运动形态转化机制和崩滑体流态化远程运动机制等研究难点。基于这些成果构建的高位远程滑坡动力学将有助于指导藏东南重大工程规划建设中地质灾害风险防范的理论依据,对藏东南地区可持续发展具有重要的现实意义。     

西藏易贡高位远程滑坡研究进展与展望

高位远程滑坡指剪出口高、滑动距离长、体积大和速度快的滑坡,具有强动能、强烈碎屑化-流体化、铲刮效应等特征,滑坡及其诱发的灾害链对人类生命财产安全、路桥基础设施、水利水电工程等危害巨大。在遥感解译和野外调查的基础上,总结了2000年西藏易贡高位远程滑坡的研究进展,分析了滑坡启滑机制、体积、运动速度、堰塞湖体积、溃坝机制等,进一步揭示了内外动力耦合作用是西藏易贡高位远程滑坡的主要影响因素,以及该滑坡具有溯源侵蚀复发型的周期性启滑机制。基于GIS与高精度DEM进一步核算了易贡高位远程滑坡的体积,认为滑源区崩滑体体积约9225×10⁴ m³,滑坡堆积体体积约为2.81×10⁸～3.06×10⁸ m³,其中堆积体体积与国内外研究的认识基本一致。易贡滑坡崩滑源区还发育2个潜在失稳区,潜在崩滑体方量约1.86×10⁸ m³,一旦失稳可能再次形成滑坡-堵江-溃坝灾害链,危害巨大,故提出了进一步加强易贡高位远程滑坡潜在崩滑体稳定性研究、灾害链流域性影响...     

高速远程滑坡超前冲击气浪三维动力学分析

为研究沟谷多级折射高速远程滑坡超前冲击气浪的特征,以牛圈沟滑坡三维地形形态为原型,采用CFD软件,引入Voellmy准则定义运动阻力,在反演碎屑流运动全过程的同时,对其冲击气浪的流场特征进行了数值模拟,分析其形成的动力学机制。结果表明：(1) 牛圈沟滑坡从启动到停止历时为119 s,最大速度出现在滑体内部靠近前缘处,峰值分别为14 s的52 m/s、27 s的55 m/s和50 s的49 m/s。(2) 气浪速度的最大值50 s时为38 m/s,其压强的最大值达657 Pa,相当于11级暴风。(3) 当碎屑流前方出现高大的障壁时,来不及扩散的高压气流产生极为明显的压强梯度;当其前方遇跌坎或翻越山脊冲向山坡下方在其速度瞬间增大的同时,强烈压缩前方空气并导致其压强值局部出现陡增。     

高速远程滑坡飞行数值分析

许多大型高速远程滑坡在近程活动阶段呈现凌空飞行运动,其飞行过程必须考虑空气动力学效应和地面效应,但是直接求解高速滑体凌空飞行运动的偏微分方程是困难的。因此,以往的研究只给出了定性分析或粗略的计算结果。本文将以头寨沟滑坡为例,使用数值模拟方法研究高速滑体凌空飞行的运动规律。结果表明,高速滑体凌空飞行时空气动力效应更多地表现为对滑体的抬升作用;高速滑体因空气动力效应的影响而产生不断增大的水平推力和竖向抬升力,使得水平加速度不断增大,竖向加速度不断减小,导致滑体的水平速度不断增大,而竖向速度则趋于稳定值,当水平速度远超过竖向速度时,滑体的飞行姿态将接近于平行于地面。因此,与不考虑空气动力学效应的情况相比,高速滑体凌空飞行时间更长,飞行距离更远,更加符合滑坡的实际情况。     

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。     

黄岗滑坡稳定性评价及数值分析

根据对黄岗滑坡的分析,其属于蠕滑-拉裂型滑坡。本文阐述了滑坡的基本特征,并研究分析了滑坡的成因机制及演化过程;在成因机制分析基础上,采用极限平衡法对该滑坡天然状态及暴雨情况下的稳定性进行了计算和评价;另外,还采用有限元数值分析软件Midas对滑坡进行数值模拟,并对数值模拟成果和传统计算的结果进行对比分析,为滑坡治理设计提供了重要的依据。     

四川巴塘扎马古滑坡发育特征与复活趋势

扎马古滑坡是位于川西巴塘断裂带内的一个大型古滑坡,通过遥感解译、现场调查、钻探等手段,揭示扎马古滑坡体积约2840×104m3.研究表明,扎马古滑坡局部具有复活特征,在平面上可分为滑坡后壁(Ⅰ)和滑坡体(Ⅱ)2个分区;根据滑坡变形情况将该区划分为中部局部稳定区(Ⅱ1)和前缘强变形区(Ⅱ2、Ⅱ3),Ⅱ2和Ⅱ3以坡体前缘的...     

贵州水城蟠龙煤矿古滑坡形成及复活的可能性分析

经对贵州省水城县蟠龙煤矿的地质勘探,发现矿区内存在较为典型的崩塌式古滑坡。从地形地貌、地层岩性、构造和水文等方面阐述了滑坡形成的地质环境背景;并从滑坡体的规模、形态、结构和物质来源方面分析了滑坡的特征。研究认为:区内断层形成于滑坡之前,是滑坡形成的前期条件,地形地貌、水文等条件为主要诱发因素;滑坡形成过程可以分为两个阶段,第一阶段为崩塌的形成,第二阶段为滑坡的发生阶段。依据矿井排水、大气降水和采矿活动等方面分析得出滑坡存在复活的可能性,并以深层蠕动变形为主。从而为以后滑坡的治理、安全采矿提供了依据。     

复合型滑坡固液耦合过程数值模拟分析——以无山坪滑坡为例

固液耦合作用是碎屑流向泥石流转化形成复合型滑坡灾害的关键因素, 会导致成灾范围和规模放大, 是防灾减灾领域研究中的热点和难点问题之一。文中采用自主研发的滑坡后破坏数值模拟平台(LPF3D, Landslides post failure 3D), 以2014年9月强降雨诱发的重庆奉节无山坪滑坡为例, 探讨了滑坡在水动力作用下远程成灾的动力过程, 揭示了固液耦合影响机制。研究结果显示: 水动力作用在滑坡运动过程中主要体现为液化和拖曳两种, 两种力学作用的增程效应明显, 往往使得碎屑流转化为泥石流, 导致远程成灾; 基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的两相耦合计算模型, 考虑流体状态方程、固体黏塑性本构方程和相间作用力的共同影响, 基本还原了强降雨条件下重庆奉节无山坪滑坡两相运动过程; 数值计算结果显示无山坪滑坡最大运动速度为34 m/s, 最大堆积厚度为21.5 m, 堆积面积为0.12 km2, 最远运动距离为1300 m, 模拟结果同实际滑坡的堆积形态基本一致。综上认为, 在高位远程滑坡风险调查与预测过程中, 需充分考虑强降雨工况下孔隙水压力和固液相间作用, 基于LPF3D方法的数值模拟为高位远程滑坡的风险定量评估提供了依据。     

贵州纳雍普洒滑坡动力触发机制离散元模拟分析

采用UDEC离散单元法数值模拟,再现了贵州纳雍张家湾镇普洒滑坡在煤层采空区、深大岩溶裂隙、强降雨和回采爆破振动协同作用下的动力响应特征,揭示出该崩滑的动力触发机制与主控因素。结果表明：（1）在原始坡体下伏煤层自下而上依次开采时,其采空区上覆岩层中“冒落带”、“裂缝带”和“弯曲下沉带”范围逐渐扩大,当位于最上部的煤层被开采后,其上覆岩层中发育的“弯曲下沉带”已触及坡脚;期间该原始坡体处于累积变形阶段,其变形具有明显的整体“下座”和“顺时针旋转”特征;（2）在强降雨作用时,已受采空区作用的坡体进入累积变形扩大阶段,其宏观变形仍具有“下座”和“顺时针旋转”特征;（3）当回采爆破振动持续作用时,已受采空区和强降雨耦合作用的变形坡体进入持续“渐进损伤”、“临界崩滑”、“解体破碎”、“震荡抛射”和“堆积压实”动力响应阶段,期间滑坡体宏观位移表现出明显的“下座”、“溃屈”和“顺时针旋转”特征。     

三峡库区巫山金鸡岭滑坡成因机制与变形特征

三峡库区新城区迁建多采用就地后靠方式,工程扰动叠加强降雨往往诱发滑坡失稳。基于重庆巫山江东小区金鸡岭滑坡,对其影响因素和成因机制进行探讨。工程扰动不仅是传统认为的后缘加载、前缘削脚作用,更重要的是坡体表层土方堆填阻断了滑坡体地表水泄流通道,使地表水向地下水转化。强降雨作用下滑坡体内地下水位明显升高,导致金鸡岭滑坡2018年8月1日前后发生较大变形。采取降水井抽排地下水等应急处置后,滑坡变形明显趋缓,可见工程扰动导致的地下水升高是该滑坡诱发的关键因素。数值模拟表明,工程扰动后稳定系数明显降低,对应堆填区渗流场变化明显,渗流加剧,孔隙水压力、水力梯度、总水头上升,结合达西定律与有效应力原理可知渗透力增加,抗剪强度削弱,诱发滑坡变形。     

焦家崖头北部13号滑坡变形破坏演化机制

为进一步研究灌溉作用下滑坡变形破坏机理,评价此类滑坡的稳定性,以甘肃黑方台焦家崖头北部13号滑坡为例,通过野外地质调查,分析其变形破坏特征。在此基础上,基于FLAC3D数值模拟方法分析一定水位下其变形破坏特征,进而概化滑坡变形演化规律。研究结果表明,在灌溉的条件下,该滑坡早期滑动主要为潜蚀-滑移型滑坡,滑动后的再次滑动为塑流-拉裂型滑坡,随着坡体滑移变形的持续和裂隙的进一步扩展,表现出"压制拉裂-剪切破坏"的滑动机理。