强震条件下碎裂岩体崩塌机理及崩塌后壁对堆积体稳定性影响研究

"5 ·12" 汶川地震的强震作用诱发产生了大量崩塌地质灾害,且多发生于碎裂结构岩体中。崩塌后斜坡后缘岩体及前缘堆积体的稳定性和后缘岩体对前缘堆积体稳定性的影响研究同样是震后灾害所面临的问题。以干河沟沟口斜坡为例,在分析该斜坡结构特征及崩塌机理的基础上,采用二维离散元软件UDEC模拟了斜坡在天然或强震条件下的稳定状态和可能失稳过程; 运用极限平衡法对陡壁岩体再次崩塌,产生新物质堆载在现有崩塌堆积体后缘前、后分别建立模型进行了稳定性分析。研究结果表明:碎裂岩体崩塌过程可分为应力重分布、潜在崩塌体形成和地震诱发崩塌3个阶段。崩塌堆积体在考虑后缘堆载作用之前,在天然或地震环境下均处于相对稳定状态,考虑堆载作用之后,其可能会在地震条件下失稳。离散元法和极限平衡法的组合使用,对于解决同类斜坡的同类问题切实可行。     

重庆小南海地震崩滑体的基本特征及形成机制研究

通过对重庆小南海地震崩滑堆积体进行野外地质调查和工程地质勘察等相关工作,阐述了该崩滑堆积体的基本特征和形成机制,认为其形成过程经历了“风化剥蚀→震荡抛射→崩滑堆积→堵江成湖”4个阶段,其岩体破坏形式为高度破裂或严重高度破裂状态,其岩体破坏过程以崩塌为主,滑动为辅。研究发现,小南海地震崩滑堆积体的最终形成是受地震构造运动及应力、岩体构造、地形地貌及地震波作用等因素综合作用的结果：(1)该区NE向黔江逆滑（右行）断裂与NNW向仰头山逆滑（左行）断层形成的“X”型地震构造组合及轴向呈NWW向的构造压应力使小南海断块内部发生张滑（左行）破裂而导致61/4级地震发生;(2)该区呈“X”形展布的3组主要构造节理是崩滑体发育的物质基础,大、小垮岩在地震波作用下最终发生了向山体临空面（约145°~155°方向）的各自崩滑;(3)从崩滑堆积体中发现的灰岩块石证明崩滑体原始地层中曾含二叠系栖霞组和茅口组灰岩,这为恢复崩滑前山体地形提供了直接证据;(4)崩滑体中堆积岩块直径分布区域沿约150°方向自WN到ES依次递减,间接证明了地震时崩滑体抛洒方向为约150°方向,且大、小垮岩分别形成堆积区,交叉堆积部分较少。     

地震崩滑预测方法及其工程应用研究

在对我国已有地震崩塌和滑坡资料 (简称崩滑 )的研究分析基础上 ,提出适用于我国西部地区地震崩滑的由粗至细、分级预测地震崩滑的方法。 1 )建立地震崩滑最大震中距 ( Rm)与地震震级 ( Ms)间关系的初判准则 ;2 )综合考虑岩性、结构类型、地形、气象、地震等因素对地震崩滑的共同作用 ,并对不同因素的主次作用进行区分和量化 ,建立预测地震崩滑的再判准则。并用 1 996年 2月 3日丽江 7.0级地震引发的地震崩塌和滑坡实例对此预测方法进行了验证。     

川藏公路茶树山滑坡特征及成因机制分析

通过对川藏公路茶树山滑坡地质环境条件的系统调查研究,分析了滑坡岩土体结构、边界条件、变形特征、影响因素,并结合3DEC数值模拟,对其变形破坏机制进行了深入的探讨。综合分析表明,滑坡位于活动断裂带内,后缘斜坡陡峭,岩体破碎,同时前缘为较厚的松散堆积体斜坡,在地震活动、降雨等影响因素的诱发作用下,滑坡成因机制主要表现为以下3个阶段:(1)倾倒拉裂阶段,滑坡受后缘地形及岩体结构控制作用较为明显,在坡体浅表层一定深度范围内出现较为强烈的倾倒拉裂变形带,产生倾倒-拉裂滑动; (2)蠕滑变形阶段,前缘松散堆积体在强大的自重推力作用下发生蠕滑变形; (3)前部"锁骨段"剪断,整体失稳阶段,滑坡前部锁骨段在自重推力及断层活动的持续影响下,发生剪断,控制后缘倾倒拉裂体稳定性的潜在滑面与前缘松散堆积体体内的剪切滑动面贯通,滑坡整体失稳。     

映秀—卧龙公路沿线汶川地震地质灾害研究

映秀—卧龙公路是汶川地震灾区距震中最近、震害最为严重的一条公路,本文对沿线地震地质灾害进行了详细的调查研究。依据震害特征,将沿线震害划分为斜坡中上部强风化岩体及土层失稳、结构面切割岩体崩滑失稳、滑坡、泥石流等4类,并分析了沿线震害发育规律。调查表明：龙门山后山断裂两侧地震地质灾害呈现显著的差异性,主要是由深大断裂的消震隔震效应,地貌放大效应,地质结构等三方面因素决定的。通过134条实测剖面分析,研究了地震失稳斜坡坡度和失稳部位。地震诱发失稳斜坡坡度在33°～84°之间,主要分布在41°～65°之间,可以认为地震诱发斜坡失稳灾害主要发生在40°以上的斜坡。斜坡失稳部位主要分布在斜坡中上部以及地貌突出部位,主要失稳部位在04坡高以上。从研究斜坡动力失稳的角度,将沿线斜坡划分为基岩-土层及强风化层斜坡地质结构、不利外倾结构面基岩斜坡地质结构、块状构造基岩斜坡地质结构、块碎石土层斜坡地质结构等几种地质结构模型,分析论述了各种地质结构相应的地震地质灾害类型及特点。
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文家沟巨型岩质滑坡高速远程运移特征分析

文家沟滑坡是汶川地震诱发的巨型高速远程岩质滑坡,其运移特征尚不明确。在现场调查的基础上,结合遥感解译,进一步深入研究其运移特征。分析得出,滑体自滑源区差异性启动,途经斜坡区铲刮坡表岩土体,随后以滑行、飞行等方式进入沟谷区,沿沟铲刮两岸坡体继续下行,与岸坡发生了5次明显的冲撞,逐步解体碎屑化,于第3次冲撞后开始大规模减速堆积,最终于沟口区停积。结果表明,地形是滑体运移堆积的主控因素,滑体的解体碎屑化和冲撞山体时的爬高、抛摔、越顶现象以及冲击气浪的形成等是高速行程的具体表现,碰撞是导致全程解体碎屑化的主要途径。     

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。     

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。     

孤立波斜坡堤堤顶及后坡越浪流数值分析

孤立波往往被用来模拟海啸等浅水大波.运用基于RANS方程、VOF方法以及Goring造波方法建立了二维数值波浪水槽,进行了孤立波在简单斜坡堤上越浪过程的数值模拟.通过数值模拟,研究了不同相对堤顶宽及不同相对波高条件下对孤立波越堤流基本特征,包括堤顶前缘水层厚度及速度、堤顶末端水层厚度及速度、堤顶流厚度及速度沿程分布、后坡流厚度及速度沿程分布.依据数值实验结果,建立了堤顶流最大厚度分布及最大速度分布的经验公式.计算结果表明,堤顶流厚度沿程减小,而堤顶流速度则沿程增大;后坡流厚度先增大,随后再沿程缓慢减小;后坡流速度先减小,随后再沿程缓慢增大.     

山体崩滑破坏的视滑力问题──以链子崖危岩体为例

本文提出了山体崩滑破坏的视滑力概念,给出其分析方法,并结合长江三峡链子崖危岩体进行了应用研究。它对于认识斜坡变形破坏的机理,改进稳定性评价,提高防治工程方案的针对性与工程布置的准确性有重要意义。     

重庆武隆鸡尾山危岩体形成与崩塌成因分析

鸡尾山事件是一次巨型滑移式岩体崩塌（体积大于100×10⁴m³）,也是一次特大型地质灾害（死亡/失踪人数超过30人）。鸡尾山层状石灰岩地质结构、近南北向和近东西向裂隙组合以及软弱夹层的存在是山体开裂滑移的物质结构基础。长期的降雨渗流和岩溶作用使软层强度弱化、裂隙带扩大是层状山体易于拉开的前提。类比分析认为,鸡尾山地形上高陡临空、山下铁矿大面积采空形成的“悬板张拉效应”是山体拉裂形成大规模危岩体的主要原因。视滑力分析计算得出,层状岩体向外的视滑力是逐渐克服危岩体底面摩擦力和前缘抗剪力,使危岩体蠕滑发展成崩塌的主要驱动力。鸡尾山崩塌灾害是铁矿采空和视滑力共同主导作用下的一个“山体拉裂～弱面蠕滑～剪出崩塌～碎屑流冲击～灾难形成”的链式反应过程。文章为应急管理决策解释了此次事件的动力来源问题,也为类似事件应急响应技术支撑提供了一种简便方法。     

论“岩体结构控制论”

经过长期实践和研究,作者于1984年提出岩体结构控制论是岩体力学的基础理论,并全面、系统地以岩体结构控制论为指导研究了岩体变形、岩体破坏及岩体力学性质的基本规律;提出岩体变形系山岩体材料变彤和岩体结构变形共同贡献的,岩体破坏系受岩体材料破坏和岩体结构破坏控制的;岩体力学性质不仅决定于岩体材料力学的性质,而且受控于岩体结构力学效应及环境因素力学效应。在此基础上,作者提出了岩体可以划分为连续介质、碎裂介质,块裂介质及板裂介质四种岩体力学介质,从而建立了完整的岩体结构力学理论体系。     

三峡库区巫山移民新城址松散堆积体成因机制研究

以巫山移民新城址松散堆积体成因类型为例 ,对三峡库区分布较广的松散堆积体进行了研究。通过对大量新开挖剖面的调查测绘 ,在许多地段发现了堆积与基岩之间的滑坡主滑带 ,说明了在该区分布较广的松散堆积体成因具有复合性。它是构造和岩溶作用前提下形成的滑坡体、崩塌体、泥石流堆积体和岩溶坍陷堆积体。运用高分辨率浅层地震勘探揭示堆积体发育深度可达 40 m至 6 0 m ,通过面波测试可按波速将之划分为三层。最后 ,建立了松散堆积体形成演化的概念模型 ,并运用目前最新版本的离散元软件 (UDEC3.0 )对其中最为重要的一种类型滑崩堆积体的形成演化过程进行了模拟。结果表明 ,该区的层状岩体在长江河流下切过程中 ,形成了区域性的卸荷松动 ,而在岩体下部形成压碎张裂带 ;地下水沿卸荷拉裂带渗入 ,并与压裂带贯通 ,形成了岩溶发育带 ,为滑坡、崩塌、塌陷等表生改造提供了条件。     

四川凉山州美姑县“6·1”泥石流灾害研究

四川凉山州美姑县“6.1”泥石流灾害实例研究表明,该泥石流约为20年一遇的中小规模的泥石流。流域上游短历时强降雨和冰雹天气过程是这次泥石流暴发的诱因,流域内退化的生态环境和中下两岸不稳定边坡以及沟道内大量的松散堆积物为这次泥石流提供了丰富的固体物质来源。泥石流堆积物具有典型的多峰型粒度特征,且有较高的粘粒含量。巨大的泥石流漂砾、石背石现象、龟裂现象、侧积堤和龙头堆积证实了这次泥石流为粘性泥石流。危险度评价表明,采莫洛沟属于高度危险的泥石流沟,危险度为0.67;乃托沟属于中度危险的泥石流沟,危险度为0.58。风险评估结果可知,两沟都属于泥石流高风险区风险度分别为0.52和0.45。高风险区的泥石流灾害给当地的经济社会造成了严重影响并直接造成了较大的人员伤亡和财产损失。     

洛安江干渠老菁湾滑坡分析

洛安江水库灌溉工程是贵州黔北万亩以上骨干工程之一，中华人民共和国成立初期建成。１９９１年＂７．５Ｆ＂洪灾，连续大暴雨，河水暴涨，倒灌暗河，产生高静、动水压力作用。岸坡岩体受不利结构面组合，发生顺层岩质滑坡，破坏干渠，严重影响灌溉。本文根据滑坡破坏情况，对滑坡产生的地质环境、滑坡特征、滑坡形成机理（滑坡形式和破坏机理，各种稳定性分析与评价），以及产生滑坡原因进行了初步分析。     

贵州关岭大寨高速远程滑坡—碎屑流研究

2010年6月28日,贵州关岭因突降暴雨发生高速远程滑坡,滑程约1.5km,体积约174.9万m³,两个村组被毁,99人遇难。滑坡区位于西南地区常见的煤系地层区,上部为灰岩、白云岩,中部为相对较缓的砂岩地层,下部为页岩、泥岩地层,局部含煤,具有上硬下软的山体地质结构和上部富水下部隔水的水文地质结构,极易形成滑坡地质灾害。从地形上看,斜坡上陡下缓,形似“靴状地形”,上部陡峭地形导致山体易于失稳,而中下部开阔伸展良好的沟谷提供了远程的运动条件,较大的势能向动能的转化,容易形成高速远程滑坡—碎屑流。6月27日和28日的降雨是触发此起特大灾害的主要原因,其24h降雨量达310mm,超过了当地近60a来的气象记录,分析表明,降雨产生的沟谷径流量是平时强降雨(100～150mm·d^-1)的沟谷径流的2倍之上,一是在滑源区砂岩裂隙岩体中形成静水压力和渗透压力,触使滑坡的失稳下滑; 二是在沟谷中产生地表径流,为碎屑流远程流动形成饱水下垫面,导致了碎屑流流动距离和速度的显著增加。近年来随着极端强降雨等灾害性天气的重现期缩短,高速远程滑坡造成的群死群伤特大地质灾害在我国呈逐渐增加趋势,应加强对这种灾害类型的调查与防范,特别是要进行滑坡安全避让范围和逃逸速度的研究。     

汶川震区北川9.24暴雨泥石流特征研究

2008年9月24日汶川震区的北川县暴雨导致区域性泥石流发生,这次9.24暴雨泥石流灾害导致了42人死亡,对公路和其他基础设施造成严重损毁。本研究采用地面调查和遥感解译方法分析地震与暴雨共同作用下的泥石流特征,获取的气象数据用于分析泥石流起动的临界雨量条件。本文探讨了研究区泥石流起动和输移过程,并根据野外调查,分析了泥石流形成的降雨、岩石和断层作用,特别是强降雨过程与物源区对泥石流发生的作用。根据应急调查发现北川县境内暴雨诱发的泥石流72处,其分布受岩石类型、发震断层和河流等因素控制。根据对研究区震前和震后泥石流发生的临界雨量和雨强的初步分析,汶川地震后,该区域泥石流起动的前期累积雨量降低了14.8%～22.1%,小时雨强降低25.4 %～31.6%。震区泥石流起动方式主要有二种,一是由于暴雨过程形成的斜坡表层径流导致悬挂于斜坡上的滑坡体表面和前缘松散物质向下输移,进入沟道后转为泥石流过程;二是"消防水管效应"使沟道水流快速集中,并强烈冲刷沟床中松散固体物质,导致沟床物质起动并形成泥石流过程。调查和分析发现沟内堆积的滑坡坝对泥石流的阻塞明显,溃决后可导致瞬时洪峰流量特别大。研究结果表明了汶川震区已进入一个新的活跃期。因此,应该开展对汶川地震区的泥石流风险评估和监测、早期预警,采取有效的工程措施控制泥石流的发生和危害。     

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30min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。