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.      

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质不均匀运动的结果,其受地形和内聚力的影响。高速远程滑坡的沉积学特征明显受到岩性、地形和基底等因素的影响,本文对高速远程滑坡的沉积相模式及其运动学意义进行了分析,并对地层不变性与反序结构两个重要堆积特征进行了讨论。最后,指出高速远程滑坡地貌学与沉积学研究当前主要存在的一些问题,建议将大型物理模拟与数值模拟方法相结合,加强对高速远程滑坡地貌微形态和堆积结构的形成机制研究。     

陕西泾河南岸大堡子高速远程黄土滑坡运动过程模拟

高速远程滑坡具有速度快、运程远的特点,一旦发生,人员逃离十分困难,往往造成严重灾难,因此对这类滑坡展开研究具有重要意义。对已发生滑坡运动过程进行参数反演和模拟可为潜在高速远程滑坡的预测提供借鉴。因此本文以陕西泾河南岸大堡子高速远程黄土滑坡为例,在野外调查测绘和室内试验的基础上,利用Sassa的滑坡运动模型对该滑坡运动过程进行模拟分析。结果表明,滑坡体最大平均速度为9.56m·s-1,具有高速运动特点,运动持时为24.5s,滑坡运动过程可分为启动加速阶段（0~5.7s）和运动减速阶段（5.7~24.5s）,加速阶段平均加速度为1.68m·s-2,减速阶段加速度为-0.51m·s-2,加速过程比减速快3倍左右。滑坡区高陡地形和黄土高结构强度为滑坡高速运动提供条件,开阔阶地地形以及阶地砂砾石层近饱和含水条件决定滑坡远程运动特点。     

哀牢山芭蕉树滑坡地质力学模型及诱因分析

芭蕉树滑坡位于云南省哀牢山东麓,发生于2002年8月14日。本文详细介绍了芭蕉树滑坡的基本工程地质特征,并由此概化出滑坡形成的地质力学模型;应用极限平衡法对天然状态及暴雨状态下斜坡的稳定性进行了分析研究。分析结果表明芭蕉树斜坡在不考虑暴雨作用下处于稳定状态,而在暴雨触发作用下将失稳滑动。     

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.      

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。      

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。     

考虑滑床摩擦弱化的大光包滑坡运动机制DDA数值模拟研究

2008年汶川发生M_S8.0级地震,此次地震触发了大约20万处滑坡,其中大光包滑坡是汶川地震触发的最大规模的滑坡,其复杂的高速远程运动机理引起了国内外学者的广泛关注。本文结合热分解及动态结晶将地震中断层间摩擦弱化机制(闪速加热导致热分解及粉末润滑)运用于大光包滑坡高速远程运动的模拟。本文通过修改非连续变形分析(DDA)程序中强度参数的输入方式,以基于速度变化的强度参数取代原DDA程序中的常数强度参数,进而实现了摩擦系数随接触两侧相对速度变化的动态调整。运用修改后的DDA对大光包滑坡的运动过程进行模拟。模拟结果表明滑床摩擦弱化是导致大光包滑坡高速远程运动特征的重要原因,修改后的DDA由于考虑了滑床摩擦弱化能够更加合理地模拟滑坡的高速远程运动特征,本文模拟的大光包滑坡在地震作用下失稳后,由于滑床摩擦弱化,更多的能量转化为动能,高速滑体掠过黄洞子沟后,爬上对面的平梁子,最终由于平梁子的“急刹车”作用,滑体停止运动。与修改前DDA相比,修改后的DDA对大光包滑坡运动过程和最终堆积形态的模拟结果与已有文献记载和野外调查结果相吻合。这也间接证明了大光包滑坡滑动过程中由于白云岩间摩擦闪速加热导致热分解及粉末润滑造成的摩擦系数降低,可能是造成大光包滑坡高速远程运动的重要原因。     

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。     

三维大规模滑坡离散元建模与模拟研究——以茂县新磨村滑坡为例

数值模拟是研究高速远程滑坡的重要手段。本文以茂县新磨村滑坡为例,提出一种三维大规模滑坡离散元建模与数值模拟方法。基于离散元法宏微观转换公式和数值模拟测试,快速得到与滑坡体砂岩力学性质类似的离散元堆积模型。并结合滑坡数字高程数据和地层信息,建立起符合滑坡实际地层条件和岩体力学性质的三维离散元薄壳模型,模拟了新磨村滑坡启动、高速下滑和堆积的全过程。模拟结果与实际的滑坡堆积体在形态和分布上非常相似,并且模拟的滑坡速度场变化特点和时间范围与理论估算与实测地震信号较为一致,验证了数值模拟结果的可靠性和方法的有效性。论文共享了数值模拟源代码,可快速构建三维滑坡数值模型,为高速远程滑坡的数值模拟研究和相应灾害范围评估提供一个可选的方法。     

Heavy-rainfall-induced catastrophic rockslide-debris flow at Sanxicun,Dujiangyan, after the Wenchuan Ms 8.0 earthquake

This paper uses the catastrophic rockslide at Sanxicun village in Dujianyan city as an example to investigate the formation mechanism of a rapid and long run-out rockslide-debris flow of fractured/cracked slope, under the application of a rare heavy rainfall in July 2013. The slope site could be affected by the Wenchuan Ms 8.0 Earthquake in 2008. The sliding involved the thick fractured and layered rockmass with a gentle dip plane at Sanxicun. It had the following formation process: (1) toppling due to shear failure at a high-level position, (2) shoveling the accumulative layer below, (3) forming of debris flow of the highly weathered bottom rockmass, and (4) flooding downward along valley. The debris flow destroyed 11 houses and killed 166 people. The run-out distance was about 1200 m, and the accumulative volume was 1.9?×?10⁶ m³. The rockslide can be divided into sliding source, shear-shoveling, and flow accumulative regions. The stability of this fractured rock slope and the sliding processes are discussed at four stages of cracking, creeping, separating, and residual accumulating, under the applications of hydrostatic pressure and uplift pressure. This research also investigates the safety factors under different situations. The double rheological model (F-V model) of the DAN-W software is utilized to simulate the kinematic and dynamic processes of the shear-shoveling region and debris flow. After the shear failure occurred at a high-level position of rock, the rockslide moved for approximately 47 s downward along the valley with a maximum velocity of 35 m/s. This is a typical rapid and long run-out rockslide. Finally, this paper concludes that the identification of the potential geological hazards at the Wenchuan mountain area is crucial to prevent catastrophic rockslide triggered by heavy rainfall. The identified geological hazards should be properly considered in the town planning of the reconstruction works.     

高速远程地震黄土滑坡发生机制试验研究

1920年海原大地震触发了多处典型高速远程地震黄土滑坡,本文在对西吉党家岔滑坡进行野外调研的基础上,采集了具有代表性的滑带土作为试验样品,以1940年5月18日美国帝国谷强震记录作为波动输入,利用DPRI环剪试验机,对该滑坡的发生机制进行了一系列环剪试验研究。结果表明,地震发生时,坡体潜在滑面的滑带土在强震作用下发生的滑动面液化（Sliding surface liquefaction）现象是导致高速远程滑坡形成的一个重要因素。伴随着滑动面液化过程,滑体产生了逐渐增大的剪切位移及孔隙水压力（地震力作用结束瞬间已分别达到2.03m及104kPa）,并获得了较大的速度,为高速远程滑坡的发生提供了条件。     

路堑边坡平面滑动演化过程及远程滑动机制的模拟与分析

永宁高速公路K117滑坡路段原为在泥质粉砂岩单斜地层内开挖2级形成的路堑边坡,开挖后产生典型平面滑动,在中部滑床形成长约25m的滑动槽,产生最远达35m的远程滑距,其成因机制复杂。本文在对滑坡基本特征及孕育过程开展详细调查研究的基础上,采用节理有限单元法对该滑坡经路堑开挖导致高位坍滑、刷方变更后触发高速远程滑塌、滑塌后壁残留滑体牵引松动,以及对其实施卸载、支挡回填及锚固的治理过程开展数值模拟,再现了该滑坡孕育发展全过程及其稳定性演化规律;分析了该边坡破坏的平面滑动机构及滑动面的物理力学特征,论述了该类滑坡启动高速远程滑动的开挖松弛致滑机理和裂隙充水致滑机理,最后提出了预测及治理该类滑坡的6点建议。研究表明,在单斜地层开挖路堑,使顺倾向软弱结构面临空暴露时,可能诱发边坡整体卸荷松弛,产生较大的不平衡滑坡推力,而卸荷松动产生的张裂隙导致滑坡对降雨入渗十分敏感,不平衡力和裂隙水压力的共同作用可迅速剪断滑面,伴随势能向动能的转化,产生高速远程滑动。     

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。     

三峡库区千将坪滑坡高速滑动机制研究

2003年7月13日,三峡水库初期蓄水至135 m高程30 d之际,在三峡库区秭归县发生了三峡库区的第一个水库滑坡,滑坡方量达1 500万m3,最大滑速达16 m/s,最高涌浪达24.5 m。滑坡造成10人死亡,14人失踪,摧毁129间民房以及4个工厂,致1 200人无家可归。千将坪滑坡发生后,为了预测三峡库区及世界其它水库工程可能发生的同类高速滑坡,持续数年研究千将坪滑坡的高速滑动机制,通过理论分析及数值模拟,探索了千将坪滑坡的高速滑动机制,认为千将坪滑坡具有孕育高速滑坡的典型结构特征,滑坡滑带的峰残强降差是滑坡高速启动的根本原因,高陡边坡蕴藏的高势能及滑带液化是滑坡加速高速滑动的主要原因。     

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。     

基于PFC3D的鱼鳅坡滑坡运动过程分析

以贵州省开阳县鱼鳅坡滑坡为研究对象,采用颗粒流离散元（PFC3D）对其破坏运动过程进行数值模拟。采用Ball-Wall建模方法建立滑坡模型,对滑坡不同关键部位颗粒进行位移、速度监测,阐明其破坏运动特征。结果表明,降雨为鱼鳅坡滑坡的直接诱发因素。该滑坡在破坏初始阶段以蠕滑变形为主,随着变形量的增加,滑坡体不断挤压坡脚,滑坡岩土体到达应力平衡极限,坡脚产生剪切破坏,并向上牵引发展,滑坡发生整体滑动,斜坡变形破坏模式为蠕滑-拉裂,按照力学条件为牵引式破坏。滑坡滑动最高时速12.4 m/s,最大滑移80 m,滑动阶段持续50 s。研究成果可为对该类滑坡影响范围预测,以及工程措施的制定具有一定的参考意义。     

Experimental and numerical investigations of a catastrophic long-runout landslide in Zhenxiong,Yunnan, southwestern China

On 11 January 2013, a catastrophic landslide of ～0.2 million m³ due to a prolonged low-intensity rainfall occurred in Zhenxiong, Yunnan, southwestern China. This landslide destroyed the village of Zhaojiagou and killed 46 people in the distal part of its path. The displaced landslide material traveled a horizontal distance of ～800 m with a vertical drop of ～280 m and stopped at 1520 m a.s.l. To examine the possible mechanism and behavior of the landslide from initiation to runout, the shear behavior of soil samples collected from the sliding surface and runout path was examined by means of ring shear tests. The test results show that the shear strength of sample from the sliding surface is less affected by shear rate while the shear rate has a negative effect on the shear strength of runout path material. It is suggested that the source and runout path materials follow the frictional and Voellmy rheology, respectively. Post-failure behavior of the landslide was modeled by using a DAN-W model, and the numerical results show that the selected rheological relationships and parameters based on the results of ring shear tests may provide good performance in modeling the Zhenxiong landslide.     

甘肃永靖黑方台地区灌溉诱发型滑坡发育特征 及力学机制

水是诱发黄土滑坡最为积极的因素,以灌溉诱发型滑坡尤为典型.基于野外水工环地质综合调查,对黑方台地区灌溉渗透诱发滑坡的发育特征进行总结.通过分析特定孕灾地质条件下滑坡发育特征的差异,认为黄土滑坡形成的力学机制以滑移-压致拉裂-剪断型和蠕滑-拉裂-滑移型为主,而黄土-基岩滑坡以滑移-压致-拉裂型为主.滑移-压致拉裂-剪断型黄土滑坡为原位溯源后退扩展式,系灌溉水入渗后造成黄土饱和带厚度增大,不仅造成台缘周边地下水溢出带部位渗透压力增大,且抗剪强度显著弱化,从而在坡体自重作用下发生蠕滑剪切.锁固段突然破坏使滑坡快速启动,滑体冲击致早期饱水滑床产生液化,产生高位抛射,借助原始地形滑体加速运移形成高速远程运动.蠕滑-拉裂-滑移型黄土滑坡是黄土底部饱和带厚度较薄或灌溉入渗影响较小的地段,以后缘拉裂为主激发形成.渗灌溉水长期入渗造成下伏基岩顺倾泥岩层面软化泥化,从而在顺向坡段产生黄土-基岩顺层滑坡,该类滑坡以低速短程滑坡为主.