文家沟抛射型高速滑坡全程运动机理研究

5·12汶川大地震期间,绵竹市清平乡文家沟发生了大型高速滑坡。本文在系统分析文家沟滑坡区的地质条件和滑体运动特征的基础上,提出了文家沟滑坡是受地震力和滑坡地面震动力共同作用的失稳启动模式,并将滑坡全程运动划分为启程震动抛射、飞行铲刮、撞击转向堆积和停积4个阶段。分析和计算表明:文家沟滑坡体在失稳启程阶段所受的地震力和滑坡地面震动力的合力方向大致为285°,这与滑体启程抛射的运动方向基本一致;同时,计算得出滑坡体在4个阶段的运动速度分别为115.64 m·s-1、69.38 m·s-1、41.6 m·s-1和20.8 m·s-1,对应的运动时间为11.8 s、8.6 s、24.0 s、48.1 s。据此得出,文家沟滑坡全程运动的持续时间约为92.5 s,这与当地幸存者估计的1分多钟的运动时间比较接近。研究表明,文家沟滑坡的启程抛射和高速飞行的运动特征,可以将滑体的高位势能充分转化成动能,是促使滑体高速运动的关键。     

老鹰岩滑坡成因机制与运动特征研究

老鹰岩滑坡是汶川地震触发的大型岩质滑坡,滑坡纵长450 m,最大展宽430 m,体积约1 500×104m3。滑坡掩埋了一座中型水电站,造成20余人死亡,巨大的滑体堆积厚达100余米的滑坡坝,形成了汶川震区库容量仅次于唐家山的第二大堰塞湖。强震触发形成老鹰岩滑坡分为三个阶段,即:①后缘震动拉裂阶段。老鹰岩滑坡后缘为一突兀山脊,地形对地震动力放大效应明显,震动拉裂沿长大结构面形成了一个陡峭、粗糙,与重力作用下呈光滑、有一定弧形的后缘拉裂面迥异的边界。②摩擦阻力降低、滑体溃滑阶段。地震动力的持续作用,地震波不断在滑面处发生反射和折射,使得滑面处摩擦阻力迅速降低,进而岩体内"锁固段"剪断,滑体顺层面高速下滑。③滑体高速流动堆积阶段。规模巨大的滑体,冲入姜巴沟,并对沟两侧的山体产生强烈的铲刮,高速碎屑流受到黄洞子沟左侧山体强力阻挡后折返,并震动堆积形成堰塞湖。     

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。     

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。     

大型厚层崩滑体运动特征模拟研究:以重庆武隆县羊角场镇大巷危岩为例

高速远程滑坡-碎屑流是大型危岩体失稳破坏的主要成灾模式之一,它具有启动速度快、运动距离远、覆盖范围广的特点,具有极强破坏性,预测分析大型危岩体的运动特征具有重要的研究意义。文中选取重庆武隆县羊角场镇大巷危岩为研究对象,通过调查危岩体所处的地质地貌条件和危岩体发育特征,分析总结其潜在失稳模式和失稳后运动过程,利用DAN3D动力分析软件,参考鸡尾山滑坡反演分析的流变模型和参数,对危岩失稳后形成滑坡-碎屑流的运动学特征进行预测分析。模拟结果表明:(1)大巷危岩失稳后运动过程可分为启动、偏转抛出、碰撞铲刮和远程堆积4个阶段,运动时间约为220s,形成滑坡-碎屑流的滑程为2 500m;(2)大巷危岩滑体方量530×104 m3,滑后堆积体方量790×104 m3,堆积体水平长约1 680m,平均厚度约为6m,铲刮最大厚度为8m,碎屑流运动过程中最大速度为60m/s;(3)碎屑流可穿过羊角场镇城区抵达乌江,说明羊角场镇城区在大巷危岩的危害范围内;(4)文中的模拟计算结果可为高速远程滑坡-碎屑流的危险性定量评价研究提供依据。     

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。     

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。     

双面高陡岩质边坡地震滑坡机制的研究

以国道G213左侧双面高陡岩质边坡为原型,采用新型连续介质离散元计算方法（CDEM）,结合振动台试验结果,对高烈度地震作用下双面高陡岩质边坡的地震滑坡机制进行了研究。结果表明：在地震力和重力作用下,滑体顶部先出现拉应力集中,造成滑体沿滑体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点;之后随着地震动的持续,滑体结构面上的剪切破坏点逐渐向滑体中前部的锁固段扩展,同时伴随着滑体表面拉伸破坏点的增加;最终造成锁固段发生渐进性破坏,滑体从剪出口滑出形成滑坡。滑床、滑体间运动的不一致性、地震动能量分布和耗散的差异性以及随地震烈度增大结构面强度的降低是诱发滑坡的3项主控影响因素。在地震动加速度较小时,滑床、滑体内加速度的瞬时频率基本一致,滑体结构面的能量透射系数及滑体内地震动能量的控制性频带均稳定在一定范围内;随着地震烈度的增加,滑体内加速度的瞬时频率逐渐下降,滑体结构面的能量透射系数逐渐减小,最后两者均趋于稳定,同时滑体内地震动能量的控制性频带也逐渐由高频带向低频带转移。     

地震破裂带特殊部位大型滑坡及其基于构造地貌发生模型的机制解释:以东河口抛射型滑坡为例

汶川地震在龙门山地区激发了大量的次生地质灾害,其中尤以滑坡灾害分布最为广泛和严重。在所有滑坡灾害中,东河口滑坡发生在北川破裂带的北东端点,具有相当的特殊性,并造成了大量的生命财产损失。东河口滑坡是一种抛射型滑坡,具有与其他如重力或者降雨作用导致的滑坡不同的特点,即没有统一连续的滑动面,由上部比较深陡和下部比较浅缓的截然分开的两部分组成,在强地震加速度的作用下,滑坡体被抛射并在与地面发生碰撞之前沿抛物线轨迹运行。文章综合分析了东河口抛射型滑坡发生的地质地貌条件,并解释了该抛射型滑坡发生的动力源机制。结果显示,东河口滑坡区的滑坡带和翼状裂隙带在北川破裂带两侧的规则分布受控于断层的运动方式和滑坡的空间分布位置;此外,除地震动水平加速度和地质地貌条件外,垂直加速度和断层的运动方式对地震滑坡的激发也起着重要的作用。     

贵州水城“7.23”高位远程滑坡冲击铲刮效应分析

以2019年贵州水城“7.23”滑坡为例,采用现场调查、无人机航测和数值模拟技术,分析了滑坡的运动过程和冲击铲刮特征,结果表明:（1）水城“7.23”滑坡属典型的高位远程滑坡,滑体高位启动后冲击下方凸起山脊,铲刮地表残坡积土层,并解体形成碎屑流,最大铲刮深度可达11 m;（2）模拟结果显示,滑坡运动最大速度为30 m?s-1,最大动能达8 900 kJ,铲刮体积达46×104 m3,最终体积为116×104 m3,灾害放大效应明显;（3）水城滑坡的冲击铲刮过程可分为冲击嵌入→剪切推覆→裹挟混合三个阶段。      

汶川大型地震滑坡的类型及启程剧动机理研究

2008年汶川大地震诱发大型地震滑坡300余处,造成了巨大的生命财产损失,研究其发生机理有重要的理论意义和防灾减灾的实用价值.经收集分析已有地震滑坡的研究成果及多次深入现场调查,本文发现众多大型地震滑坡发生时都伴随有区别于汶川主震的地面震动,并将其称为滑坡地面震动,简称滑坡震动.本文在论述滑坡震动依据、成因及特征的基础上,根据滑坡震动力与主震力的组合情况及其对大型地震滑坡的影响不同,将汶川地震滑坡划分为3种类型:主震型地震滑坡,迟震型地震滑坡和同震型地震滑坡.认为主震型地震滑坡在主震结束前滑动,其主导失稳力学因素为主震力和重力,无滑坡震动或可忽略; 同震型地震滑坡亦在主震结束前滑动,但其主导失稳力学因素除主震力和重力外,滑坡震动力起重要作用; 迟震型地震滑坡在主震结束后滑动,主导失稳力学因素为滑坡震动力和重力.认为大型地震滑坡地面震动的发生与活断层导致地震类似,据此提出了滑坡震动加速度的估算方法,并以此为基础分析研究了各类型地震滑坡的启程剧动机理.     

四川茂县新磨村滑坡启动机制物理模拟试验研究

2017年四川省茂县新磨村滑坡的启动具有明显的“锁固段”效应。在现场调查基础上,采用高强度脆性材料制作斜坡模型,开展物理模拟试验,重现滑坡变形破坏过程,分析新磨村后山高位顺层滑坡在反倾节理和潜在滑移破裂面控制下的启动机制,结合“锁固段”岩体变形破坏特征、变形监测数据和声发射信号,研究滑坡临滑前兆。试验发现：受上部滑体推挤,滑源区前部“锁固段”岩体沿反倾节理鼓胀剪出,在坡表形成鼓胀裂缝,在斜坡内部形成顺坡向拉裂面,两组破裂面组合形成阶梯状破坏面,构成“锁固段”岩体破坏边界条件。斜坡在上部滑移块体推挤下,中部形成向临空面高速启动的弹射块体,并带动下部倾倒块体向坡外运动,滑坡启动。故对于此类滑坡,可将沿反倾节理剪出形成的鼓胀裂缝视为宏观临滑前兆;同时在“锁固段”屈服阶段,坡表与坡顶的位移比值随时间先快速增长、后平缓,表征滑面逐渐贯通,滑坡各部位变形逐渐趋于协同,滑坡即将失稳。该比值时序曲线的斜率趋近于零可视为此类滑坡的临滑前兆。研究结论对发育反倾节理的顺层边坡失稳预警有理论和实践意义。     

强震触发大光包巨型滑坡运动特征研究

文章主要研究了在强震触发下大光包滑坡在不同下滑阶段的运动特征以及响应速度问题。强震作用触发大光包滑坡体启程剧冲,继而在重力作用下沿滑面加速下滑,而后又与山体碰撞转化为碎屑流,整个运动过程中有明显的岩体抛射、前缘岩体反翘超覆以及岩块"推挤出槽"等现象。根据其运动特征,将滑体运动过程分为三个阶段,分别为主体滑动阶段、次级滑动阶段、碎屑流运动阶段,并运用静力分析法、能量法、碎屑流运动理论等对各个运动阶段的速度进行了研究。理论计算得到滑体剧冲速度为8.9m/s,主体滑动段末速度为37.0m/s,最大速度大于96.3m/s,碎屑流沿黄洞子沟和川林沟流动,分别运移了1.6km和1.3km后停止。     

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。     

贵州都匀马达岭滑坡运动特征研究

在暴雨触发作用下,2006年5月18日贵州都匀马达岭发生滑坡,滑体随即形成的碎屑流,充填了坡下长达1km的沟谷。滑坡堆积物在空间上有明显的分区特征,由上至下可分为滑源区、滑体堆积区、碎屑流流通区、碎屑流堆积区四个区域进行研究。在对马达岭滑坡进行详细野外调查的基础上,从滑坡的地形条件、堆积情况及运动特征等方面探讨滑坡的发生机理及运动过程,结果表明:马达岭滑坡为一高速远程滑坡,滑坡迅速启动并在特殊的破坏模式和地形条件下,形成了"一快一慢"两种不同的运动方式,即大块岩体"坐着"下伏流体的缓慢运移以及碰撞、铲刮形成的碎屑物质的高速抛飞。     

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。      

高边坡岩体渐进性破坏粘弹塑性有限元数值模拟

根据边坡实际地质模型 ,基于弹塑性与粘弹 -粘塑性理论的本构方程 ,通过有限元模拟分析 ,定量地揭示和模拟再现了高边坡岩体破裂、变形、破坏及失稳前后锁固段岩体渐进性破坏的机制和过程 ,探讨了高压水流作用下滑坡启程剧动的破坏机理。     

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特征,利用DAN-W软件建立芭蕉树滑坡的计算模型,分析滑坡的灾变过程,依据滑坡特征考虑滑坡分区和铲刮效应,将滑动路径分为3段:滑源段、铲刮段、堆积段进行模拟计算;结果显示:滑坡前缘最大速度为26 m/s,后缘最大速度为30 m/s,后缘最大速度发生在剪出口位置,最大滑距为420 m,滑动14 s后滑体基本滑离剪出口,至运动30 s时停止滑动。所得结果与实际情况吻合度高。     

强震作用下顺层岩质斜坡动力失稳机制及启动速度研究

岩质斜坡地震稳定性评价和地震滑坡启动速度计算是边坡地震失稳防治中的难点。结合5•12四川汶川地震诱发的大型高速滑坡,重点以唐家山高速滑坡为例,提出强震作用下中陡倾顺层岩质斜坡动力失稳机制为拉裂－楔劈－滑移－剪断,并着重阐述了拉裂面形成机制、“楔劈”岩块的杠杆作用和碎屑岩块的滚动摩擦效应。对应于该失稳模式,采用弹性力学理论,推导出地震作用下顺层岩体斜坡锁固段的破坏判据和突发剪断时锁固段岩体的形变能公式。考虑锁固段岩体形变能释放的优势方向,运用能量转化原理,给出了更为合理和精确的顺层岩质滑坡突发启动速度公式,进而确定滑坡启程速度。其研究结果为滑坡灾害范围和冲击损害程度提供有效定量计算方法。