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。     

Effects of model parameters,topography, and scale on the mass movement processes of debris avalanches using the discrete element method

The mass movement process of a debris avalanche is a complex dynamic system and is influenced by topographic conditions, material composition, sliding-bed surface conditions and other factors. A discrete element method is used to simulate the mass movement process of debris avalanches and is validated by laboratory flume tests. Sensitivity analyses for the model parameters show that a low bond strength indicates that a small impact force can lead to slope failure. The friction coefficient has a little effect on the mass movement process. However, high particle stiffness and bond strength causes the sliding material to behave like a rigid block of rock; therefore low bond strength and particle stiffness are selected to simulate the laboratory flume tests. The velocity of the sliding material increases with the increasing slope of the flume. If the sliding material hits a barrier, the travel direction will change and energy dissipation will occur, resulting in the sudden decrease in velocity. With an increase in landslide volume, the model parameters particle stiffness and parallel bond strength should be increased to ensure the reasonableness of the simulated results. When the landslide volume is not large enough, the selection of those model parameters has no significant effect on the movement process. The proper selection of model parameters is very important for the reasonableness of the simulated results.     

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。     

强震区高位滑坡远程灾害特征研究——以四川茂县新磨滑坡为例

近年来,在汶川地震等强震区常发生一种特大的高位滑坡地质灾害,它从高陡斜坡上部位置剪出并形成凌空加速坠落,具有撞击粉碎效应和动力侵蚀效应,导致滑体解体碎化,从而转化为高速远程碎屑流滑动或泥石流流动,并铲刮下部岩土体,使体积明显增加。新磨滑坡就是这种典型,它发生于2017年6月24日,滑坡后缘高程约3450m,前缘高程约2250 m,高差1200 m,水平距离2800 m,堆积体体积达1637×10~4m~3,摧毁了新磨村村庄,导致83人死亡。新磨滑坡地处叠溪较场弧形构造带前弧西翼,母岩为中三叠统中厚层变砂岩夹板岩,是1933年叠溪Ms7.5级震中区(烈度X度)和汶川Ms8.0级强震区(烈度IX度),形成震裂山体。滑源区分布多组不连续结构面,将厚层块状岩体分割成碎裂块体,在高程3150~3450 m区间形成明显的压裂鼓胀区,特别是存在2组反倾节理带,具有典型的"锁固段"失稳机理。滑坡体高位剪出滑动,连续加载并堆积于斜坡体上部,体积达390×10~4m~3,导致残坡积岩土层失稳并转化为管道型碎屑流;碎屑流高速流滑至斜坡下部老滑坡堆积体后,因前方地形开阔、坡度变缓,转化为扩散型碎屑流散落堆积,具有"高速远程"成灾模式。据此,可建立强震山区高位滑坡的早期识别方法,当陡倾山脊存在大型岩质高位滑坡时,应当考虑冲击作用带来的动力侵蚀效应和堆积加载效应,特别是沿沟谷赋存丰富的地下水时,发生高速远程滑坡的可能性将明显增加。因此,在地质灾害调查排查中,在高位岩质滑坡剪出口下方的斜坡堆积体上的聚居区等应划定为地质灾害危险区。在强震山区地质灾害研究中,不仅应采用静力学理论分析滑坡的失稳机理,而且应采用动力学方法加强运动过程的成灾模式研究。     

帕隆藏布绞东滑坡堵江风险评估

文章以绞东滑坡为例,利用多期光学影像和Sentinel-1A降轨数据对绞东滑坡的崩滑时间和历史活动性进行了分析,根据分析结果将绞东滑坡斜坡区划分为三个区域,其中两个已滑滑区（A区、C区）和一个潜在滑区（B区）。在此基础上,通过滑坡碎屑流和岩体势能之间的计算方程反演了已滑滑坡的体积规模和滑体平均厚度,并基于已滑滑坡对潜在滑区可能造成的灾情进行了预测,认为潜在滑区在全部滑坡的情况下存在堵江风险。文中研究认为,在遥感手段识别滑坡活动性的基础上,利用遥感影像、DEM等数据,通过计算滑坡碎屑流和岩体势能之间的关系,可进行实测数据难以获取区域的滑坡规模与滑体平均厚度估算,进而进行险情评估,为滑坡防治提供指导。     

泥石流作用下建筑物易损性评价方法分析与评价

建筑物易损度评价作为泥石流易损度评价的重要组成部分,其研究是实现城镇及居民点泥石流风险定量化和风险管理的必要环节。综述近30年来,泥石流作用下建筑物易损度研究的发展过程,并指出以统计分析方法建立的建筑物易损度曲线普适性差且力学机理不明等问题,提出数值计算和模型实验的手段获取建筑物结构易损度的机理模型。由于建筑物易损度研究问题本身的复杂性,统计分析方法仍将作为建筑物易损度研究的重要手段,力学机理明晰的研究方法则将成为今后研究的难点和热点。此外,地震、滚石、雪崩等类似灾种的易损度研究方法和成果可被借鉴到泥石流领域。针对灾害中因结构破坏引发人员伤亡的情况,建议采用时间概率和基于条件概率的事件树方法计算建筑物内人员易损度。最终形成综合结构和人员易损度研究成果的建筑物易损度评价方法。     

2013年7月10日四川省都江堰三溪村五里坡特大滑坡灾害遥感调查及成因机制浅析

2013年7月10日上午10时30分左右,四川省都江堰市中兴镇三溪村五里坡发生大规模山体滑坡。约264104m3的山体在前期降雨的影响下启动,在短短2min内将滑坡体下方约500m处的11户农家乐吞噬,造成44人死亡, 117人失踪,大量农户房屋受损。本文采用三期遥感数据源,分别对滑坡发生前的孕灾环境条件、滑坡早期变形特征及滑后发育特征等内容进行解译; 同时结合无人机航空摄影、地形测绘及地面调查手段,对滑坡发育的地层岩性、结构面产状、节理发育情况等内容进行现场验证; 在此基础上对滑坡成因机制及运动破坏模式进行分析。结果表明,五里坡滑坡是在较好的临空条件和结构面的有效组合条件下,受强降雨条件激发形成的灾害。在持续强降雨作用下,与母岩分割开来的滑动块体,在动水压力作用下,沿底层滑面向临空方向滑动。在越过前缘约36m高的陡坎后,运动方式转变为崩滑运动,滑坡体经瞬间加速并撞击碎裂化,形成高速运动的滑坡碎屑流。在此过程中,中途伴随着洪水汇入,滑坡碎屑流又进一步转化为泥石流,最终形成滑坡-碎屑流-泥石流的链式成灾模式。其运动和破坏模式较为典型,值得深入研究。     

基于三维非连续变形分析的巨石崩塌运动研究

巨石作为一种大体积、大质量的滚石,其崩塌失稳及高速、高能远程运动往往导致沿途建筑物和交通线路的毁灭性灾难。以西藏自治区G318国道K4580典型滑坡为工程背景,基于三维非连续变形分析（three-dimensional discontinuous deformation analysis,简称3D-DDA）方法研究巨石崩塌失稳及运动全过程的特征与现象。分别建立该边坡未滑坡、浅层滑坡后和深层滑坡后3种坡形的巨石崩塌3D-DDA数值模型。采用滚石运动横向偏移经验模型,验证3D-DDA巨石运动模拟的准确性。在此基础上,分析巨石崩塌失稳机制及破坏后沿3种不同坡形边坡的运动轨迹和动能演进等运动特征。结果表明,3D-DDA能够有效模拟巨石崩塌失稳、运动发展、剧烈冲击碰撞直至最终静止等整个动力学过程。巨石崩塌表现为滑动→倾倒?滑动→倾倒→翻转?下落的失稳模式转换;巨石运动表现为碰撞、弹跳、飞跃、滚动、滑动等多种运动形式以及横向偏移、侧向偏转等三维空间运动特征,经过道路并与高架桥发生碰撞,引发巨石灾害。不同坡面几何特征下的巨石运动偏移量、弹跳高度、运动至坡底碰撞时间、最终稳定时间等均随着未滑坡、浅层滑坡后、深层滑坡后3种坡形变化而减小。通过3D-DDA巨石崩塌运动分析,预测巨石运动全过程、影响范围、冲击能量、停积位置等,可为巨石防灾减灾对策或措施制定提供依据。     

Characteristics of rapid giant landslides in China

Factual data for 70 rapid, giant landslides since 1900 show that the occurrence of these landslides was largely predisposed by tectonics, geological structures, lithology and topography, and often triggered by rainfall and earthquakes. In terms of mobile behavior, the giant landslides can be classified into three types: slides, slide-flows and flows. It is found that each type of landslide was constrained to certain geologic and topographic regimes. There are good correlations between kinematic parameters of landslides and slope geometries, which confirm the important role played by topographical condition in the mobile behavior of landslides. Moreover, it is also found that each type of landslide presents distinct geotechnical characteristics in terms of nature of the slip zone and properties of sliding mass. Brief analyses of five typical cases illustrate that landslide mechanisms can be conceptually depicted by failure mechanisms of their slip zones prior to onset of movement and following energy conversion during movement. Problems and questions related to experience in China suggest that comprehensive and systematic investigation and study on rapid giant landslides are urgently needed.     

次摸地古滑坡运动特征反演分析

以雅砻江次摸地古滑坡体为研究对象,经过现场地质调查,从地形地貌,地震记录及物质结构等地质条件对古滑坡的稳定性进行了宏观地质评价。认为在自然状态下古滑坡处于稳定状态,稳定性主要受控于引起初始滑动的基覆界面和体内潜滑面,同时,经过古滑坡前后形态变化的推演分析,根据能量法,滑坡运动学和谢德格尔假说,确定了4个关键的滑坡运动参数:滑坡半径r,等效坡度,综合动摩擦角和最大滑速Vmax 对应的后缘落差Hm。其中后缘落差Hm的取值分两种方法:（1）认为滑坡出现最大滑速Vmax 时后缘点停止运动,最大滑速Vmax 对应的Hm为滑动前后滑坡后缘点的垂直落距,（2）认为最大滑速Vmax 出现时后缘点和坡体会开始减速运动到静止,因此最大滑速Vmax 对应的Hm小于滑动前后滑坡后缘点的垂直落距,需要通过假设圆弧滑动面和滑坡运动学公式求出。最终本文推算出滑坡属于高速滑坡,最大滑速Vmax 在13.50～21.20ms-1 之间,并对古滑坡高速失稳的地质条件特征进行了分析。这对次摸地古滑坡附近工程地质背景相近的斜坡稳定性评价有一定借鉴意义。     

三维弹塑性接触有限元滑坡稳定性分析

为了准确评价碎石土滑坡的稳定性,通过资料搜集整理和分析、现场工程地质调查与勘探和室内外的物理力学试验,采用三维弹塑性接触有限元算法计算碎石土滑坡的整体稳定性系数和分析滑坡的稳定性。研究结果表明,采用三维弹塑性接触有限元强度折减法计算碎石土滑坡的稳定性系数,可以考虑滑坡体的空间效应,使计算结果更加精确;在碎石土滑坡变形解体破坏过程中,在空间上滑体塑性应变和滑面上岩土体抗剪强度的发挥程度是不一致的;根据三维弹塑性接触有限元算法计算的滑面接触摩擦应力计算二维剖面碎石土滑坡稳定性系数的方法比较适宜于该类型滑坡稳定性的分析评价,能够比较客观、准确地反映滑坡所处的实际状态。      

Iron speciation of sliding mud in Toyama Prefecture, Japan

It has been often observed that black mud recently formed and accumulated in slip planes that are closely associated with a progressing landslide in Japan. Mössbauer spectroscopy revealed that the composition of Fe species in the sliding mud is different from those in the debris rock and bedrock. The sliding mud contains more ferrous iron species, which indicates a relatively stronger reducing condition within the sliding zone than within the host rocks. In addition, the composition of Fe species, the total Fe and the volume of sliding mud also change with landslide development. Therefore, detailed Fe speciation in landslide profiles can be a useful approach to understanding the progress of a landslide and may also predict future sliding as well.     

2010年7·27四川汉源二蛮山滑坡-碎屑流特征与成因机理研究

2010年7月27日凌晨4时许,四川省汉源县万工乡二蛮山发生大规模滑坡,约48×104m3的强风化玄武岩体,在前期降雨的影响下高位高速滑出,随即解体转化为碎屑流,沿沟谷高速运动,沿途不断携卷和铲刮堆积于沟床及两侧斜坡的表层松散物质,使滑体的体积和含水量不断增大。当运动到沟谷中段时,因沟道在此向右偏转,在强大的惯性力作用下,部分碎屑流体冲向左岸斜坡,将居住于此的双合村一组5户村民房屋掩埋,造成20人失踪;另一部分碎屑流体继续沿沟谷高速运动近1.4km才最终停止。约30m in后,堆积于沟谷中段深切沟道内的滑坡堆积物,在重力作用下再次启动,形成二次滑坡。二次滑坡缓慢蠕滑流动数小时,最终到达万工新集镇,将部分房屋推倒掩埋,造成92户房屋受损、1500人被迫紧急转移。本文在对灾害现场进行详细地质调查的基础上,结合现场测绘、颗分试验、航拍等手段,对二蛮山滑坡体的基本特征进行了较深入的调查研究,对滑坡发生及成灾原因进行了初步分析。结果表明,滑源区相对突出的地形条件、风化破碎的玄武岩体和有利的结构面组合是滑坡发生的基本条件;前期降雨期间爆发的泥石流对滑源区坡脚的掏蚀、强降雨的饱水加载作用以及雨水沿陡倾张裂结构面的下渗软化作用,是诱发滑坡发生的直接原因。二蛮山沟谷原为一高频泥石流沟,滑坡发生前并无明显的滑坡迹象,滑坡的发生表现出极强的隐蔽性和突发性以及高位高速远程运动和危害巨大的特点,同时,主滑坡发生后在短时间内滑坡区再次启动发生二次滑坡,这些现象和特点具有特殊性,也具有典型性,值得深入研究。     

PFC滑坡模拟二、三维建模方法研究

滑坡运动过程模拟避免了试验尺度与监测手段的限制,可以详细观察破坏过程,是定量评估滑坡灾变风险的重要研究手段。开展滑坡运动过程模拟的首要工作是建立滑坡模型。颗粒流程序（PFC) 虽然是滑坡运动过程模拟应用最广泛的程序之一,但在建立滑坡模型的前处理方面较弱,使得其在滑坡运动过程模拟中的推广应用受到限制。对此,本文指出了Ball-Ball和Ball-Wall两种建模方法的适用性、优缺点及滑体滑床边界确定方法,并以2014年地震触发的红石岩滑坡为例,以Brick填充法为基础,从获取地形数据、确定滑体和滑床区域、建立滑体和滑床几何模型、生成颗粒模型4个步骤出发,提出了基于数字等高线地形图建立PFC二、三维复杂滑坡模型的前处理方法,弥补了PFC软件前处理的不足,从而为今后基于PFC的滑坡运动过程模拟提供有益的帮助。     

Quantitative vulnerability estimation for scenario-based landslide hazards

Within the engineering profession and natural sciences, vulnerability is widely accepted to be defined as the degree of loss (or damage) to a given element or set of elements within the area affected by a threat. The value of vulnerability is expressed nondimensionally between 0 and 1. It is a fundamental component in the evaluation of landslide risk, and its accurate estimation is essential in making a reasonable prediction of the landslide consequences. Obviously, vulnerability to landslides depends not only on the characteristics of the element(s) at risk but also on the landslide intensity. This paper summarizes previous research on vulnerability to landslides and proposes a new quantitative model for vulnerability of structures and persons based on landslide intensity and resistance of exposed elements. In addition, an approximate function is suggested for estimating the vulnerability of persons in structures. Different methods for estimating the vulnerability of various elements to slow or rapid landslides are discussed. Finally, the application of the new model is illustrated through an example.     

A geologic study of the Juan del Grijalva landslide,the most important mass movement during the last century in Mexico

On November 4th 2007, along the Grijalva River in the state of Chiapas, Mexico, has occurred one of the largest landslides ever known. This landslide, known as Juan del Grijalva, destroyed the town of the same name, killing 20 people, and moved 55 million cubic meters of rock and debris down slope to completely block the Grijalva River. In order to understand the characteristics and factors that triggered the Juan del Grijalva landslide, geologic studies were conducted at the site. The results indicate that the landslide was composed of a lithologic sequence of thin-bedded shales and thin to medium-thick-bedded sandstones. This was faulted into several blocks dipping in the same sense as the mass movement. The main triggering factor was the increment of the pore pressure into the lithologic unit due to water saturation after 5 days of heavy rain before the incident. According to records from the last century, the Juan del Grijalva mass movement represents one of the largest mass movements recorded all over the world. The risk conditions of the area after the landslide lead to the rapid construction of an artificial channel to drain the accumulating mass of water upstream and therefore prevent a future catastrophic inundation down stream.     

舟曲江顶崖滑坡的早期判识及风险评估研究

如何提前判识滑坡变形并对其进行早期风险评估已成为地质灾害防治领域的研究热点。文章以舟曲白龙江流域江顶崖堆积层滑坡为反分析案例,进行了滑坡变形早期判识及风险评估综合研究,提出了小基线集雷达干涉（SBAS-InSAR）技术解译分析、地质-力学联合分析、动力过程数值模拟分析三者相结合的滑坡变形早期判识与风险评估全流程分析模式。基于SBAS-InSAR技术解译能够准确地判识江顶崖滑坡的分布范围及早期形变特征,江顶崖滑坡的变形破坏模式为牵引式,滑坡体长度约680 m,宽度约210 m。基于早期识别信息,地质-力学联合分析表明:江顶崖滑坡为典型的老堆积层滑坡,前缘局部变形,破坏模式为牵引式,滑坡体平均厚度约35 m,滑床整体坡度较缓,失稳后运移速度不大。选取符合江顶崖滑坡体滑移摩擦特征的库伦摩擦模型,基于深度积分连续介质方程,分析计算滑坡体的动力学过程,结果表明:滑坡体滑移速度不大,最大值约为2.2 m/s,运动方式表现为推挤白龙江河道,堵江可能性较小,并且江顶崖滑坡体前缘错动完成后,该滑坡体滑移速度从前缘到后缘快速降为0,表现为牵引式运动特征。本次分析结果与实际相符,吻合度较高,采取的综合分析方法及研究模式可用于舟曲白龙江沿岸类似滑坡的早期判识及风险评估。     

金沙江白格滑坡运动过程特征数值模拟与危险性预测研究

2018年10月、11月于金沙江川藏交界处江达县波罗乡白格村先后发生两次体积约2400×104 m3和850×104 m3的滑坡,两次滑坡平均运动距离1400 m,堵塞金沙江形成堰塞湖。首次形成的堵江滑坡坝天然溃决,未造成人员伤亡;然而第2次滑坡堵塞第1次滑坡自然溃口,导致堰塞湖库容迅速增加到3.85×108 m3。政府部门立即开展抢险工作,通过人工修建溢洪道的方法成功泄洪,极大程度上降低洪水风险。本文利用PFC3D颗粒流软件模拟两次滑坡的发生、运动、堆积过程,并在反演结果的基础上对白格滑坡滑源区残留潜在不稳定部分未来失稳的运动路径和堆积范围进行预测,对其危险性进行科学评价。结果表明:（1）滑坡在重力作用下失稳,除了受初始势能的影响外,微地貌也是决定滑坡运动路径与距离的关键因素之一;（2）PFC3D颗粒流数值模拟方法适用于类似于白格滑坡这类碎屑流类型的滑坡,两次滑坡反演得到的堆积厚度、堆积范围均与真实结果相近;（3）利用两次事件反演所得参数,可以预测若滑源区潜在不稳定部分同时失稳,则形成约70 m高的滑坡坝,可能再次堵塞金沙江。     

A modified approach for semi-quantitative estimation of physical vulnerability of buildings exposed to different landslide intensity scenarios

Landslides are the most common natural disasters in mountainous regions, being responsible for significant loss of life as well as damage to critical infrastructure and properties. As the world population grows, people tend to move to higher locations to construct buildings, thereby making structures vulnerable due to landslides. This paper discusses previous research on the vulnerability assessment of structures exposed to landslides and presents a modified semi-quantitative approach to assess the scenario-based physical vulnerability of buildings based on their resistance ability and landslide intensity. Resistance ability is determined by integrating expert knowledge-based resistance factors assigned to five primary building parameters. Landslide intensity matrix defining different intensity levels is proposed based on combinations of landslide velocity and volume. Physical vulnerability of buildings is estimated and classified as class I, II or III for scenario-based low to very high landslide intensity. Finally, the application of the model is illustrated with a case study of 71 buildings from Garhwal Himalayas, India.