地震堰塞湖对山区河流的影响与综合治理

2008年5月12日,中国四川汶川发生里氏8.0级地震,对四川和甘肃的13个县市造成了严重破坏.强烈的主震和余震在地震区造成了大量的滚石、崩塌、滑坡、泥石流、碎屑流等次生山地灾害,大规模滑坡崩塌堵断河道形成堰塞湖,引起山区河流强烈演变.分析了汶川"5·12"地震在四川省境内形成的众多堰塞湖(体)的不同类型、组成特征,提出堰塞体等河道堆积物对河流自然形态、生态环境和人类社会可能存在的影响.针对震后山区河流开发保护与生态环境建设的目标,对堰塞体综合治理提出了具体的指导意见和措施,以便尽可能地避害趋利,有效维护河流的健康.     

震后泥石流沟内滑坡堰塞坝的侵蚀特征分析——以银洞子堰塞坝为例

强烈地震后的沟内滑坡堰塞坝是泥石流地质灾害的重要物质来源,由于季节性降雨的间歇性和沟道地形的特殊性,泥石流沟内滑坡堰塞坝的侵蚀破坏过程与堵河型滑坡堰塞坝有明显区别,本文以银洞子滑坡堰塞坝为例,对此类堰塞坝的侵蚀破坏特征进行了研究。通过多年的现场地质调查和理论分析,主要得出以下结果:1)银洞子堰塞坝受到的侵蚀效应包括降雨导致的坡面汇流冲刷,溃口水流或泥石流的下切侵蚀、侧向侵蚀和溯源陡坎侵蚀;2)横向巨大高差导致该堰塞坝漫顶溃决时的初始溃口位于坝体侧面,水流或泥石流对溃口边坡的侧向侵蚀过程为单向侵蚀,在这种侧向侵蚀和下切侵蚀共同作用下,堰塞坝的溃口边坡越来越高,堰塞坝的稳定性降低;3)银洞子沟上、下游土体强度不同导致堰塞坝的坡面侵蚀效果不同,下游一侧坝体强度较弱,坡面汇流冲刷导致堰塞坝表面被两道大型拉槽分割,堰塞坝的整体性受到影响;4)银洞子堰塞坝特殊的物质结构导致溯源侵蚀陡坎向上游的发展速度缓慢,堰塞坝的侵蚀过程不一致。在多种侵蚀效应的共同作用下,银洞子沟滑坡堰塞坝下游部分的溃口边坡高度大、完整性差,很可能失稳形成二次滑坡,将导致大量松散物质进入新形成的沟道内,从而为泥石流活动提供物源储备。     

崩滑体动力学机理分析及全过程速度计算——以四川省汉源县8.6大型崩塌滑坡为例

"5·12"汶川特大地震破坏性强,影响范围广,在地震区造成了大量的滚石、崩塌、滑坡、泥石流等次生山地灾害.汉源县是汶川8.0级大地震Ⅵ度烈度区内唯一的Ⅷ度异常区,是十分典型的远震烈度异常区,由于地震导致山体松动,因而触发了大量的崩塌、滑坡.以2009年8月6日四川省汉源县顺河乡境内猴子岩发生的大型崩塌滑坡为例,将滑坡划分成起动、运动、撞击3个阶段,根据大渡河堰塞坝的形成过程,运用滑坡几何学、滑坡运动学理论,论述了汉源高位山体崩滑的形成及机理;基于岩质滑坡动力学、能量平衡原理,分析了岩质山体崩塌滑坡的运动规律,并对各阶段的岩体介质速度进行了计算.计算结果表明:猴子岩崩滑全过程中,崩滑体运动速度呈先增大后减小的趋势,行程运动阶段的速度高于起动速度和撞击后速度.研究结果可为水库的设计及涌浪高度的确定提供基本参数,同时为边坡失稳及堰塞湖的防治提供理论依据.     

震后崩塌体与滑坡体泥沙起动条件研究

"5·12"汶川大地震具有震级高、震源浅、破坏性强、次生地质灾害严重的特点.地震引发了大量的次生灾害,主要为滚石、崩塌、滑坡、堰塞湖和泥石流.大多数次生山地灾害均会产生大量的泥沙进入河道,譬如强烈的主震和余震作用下进入河道的泥沙,堰塞坝开挖泄洪通道岸坡泥沙以及降雨、山洪等因素作用下可能进入河道的崩塌体与滑坡体泥沙等.研究泥沙输移规律对于灾后重建中的滑坡和泥石流灾害监测预警、河道整治与防洪、预防工程诱发灾害以及堰塞湖后续处理与资源利用具有指导作用.根据边坡上泥沙的起动特点,结合已有泥沙起动研究基础,充分考虑相对暴露度、相对粗糙度、形状系数等影响因素对泥沙起动的影响,对震后崩塌体与滑坡体泥沙的再起动进行了研究,得到了震后崩塌体与滑坡体泥沙起动条件.     

冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链发展过程机理与模拟技术研究构想（特约稿）

青藏高原区域滑坡-泥石流-堰塞湖灾害频繁发生,灾害损失巨大,与之相关的科学研究一直是国内外研究的热点和难点。我国在堰塞湖减灾领域已经积累了丰富的实践经验,但是冰碛土滑坡-泥石流-堰塞湖灾害演化过程非常复杂,涉及众多的物理力学机制和学科理论,复杂气象条件下冰碛土滑坡-泥石流-堰塞湖的动力形成机制、溃决冲刷及洪水演进灾害链的全过程演化分析与数值模拟方面尚需进一步研究。揭示冰碛土滑坡-泥石流-堰塞坝的链生放大机制和冰碛土堰塞湖溃决演进的动力灾变机理是实现冰碛土滑坡-泥石流-堰塞湖灾害有效防控的关键,结合国内外冰碛土滑坡-泥石流-堰塞湖形成与溃决的相关研究现状,提出了冰碛土滑坡-泥石流-堰塞湖灾害需要关注的几个重要研究方面：(1) 复杂气象条件下冰碛土力学性能演化;(2) 冰碛土滑坡-泥石流动力灾变过程与运移模型;(3) 冰碛土滑坡-泥石流-堰塞湖形成机理与仿真模拟;(4) 冰碛土堰塞坝冲刷溃决机理与流道拓展过程;(5) 下游河道水沙互馈作用机制与洪水演进模拟。并开展了大量前期探索和研究工作,初步揭示了冰碛土滑坡-泥石流运移与多期堵江机制,构建了能考虑水流侵蚀与溃口边坡间歇性崩塌的堰塞坝溃决演化模型,并探讨了冰碛土-滑坡-泥石流-堰塞坝灾害链演化过程模拟方法。研究结果为进一步弄清冰碛土滑坡-泥石流-堰塞湖灾害链过程的复杂动力学机制、构建灾害链过程的控制性理论模型、开发全过程数值模拟系统奠定了基础,以期为冰碛土滑坡-泥石流-堰塞湖灾害链的成灾机理分析提供理论依据及为非工程避险与应急处置决策提供技术支撑。     

金沙江白格堰塞湖溃决过程数值模拟

2018年10月10日和11月3日，在我国四川省与西藏自治区交界处的白格村同一位置连续发生两次滑坡，完全堵塞了金沙江形成堰塞湖。由于“10?10”滑坡形成的堰塞湖水位抬升迅速，堰塞湖于10月12日自然漫顶溃决。“11?03”滑坡堵塞了“10?10”堰塞体溃决形成的流道，形成了更大的堰塞湖，鉴于客观条件允许，采取了开挖泄流槽降低堰塞湖溃决水位的措施，至11月12日，堰塞湖发生漫顶溃决，溃口洪水峰值流量为31000m3/s。由于“11?03”白格堰塞湖溃决案例拥有较为完整的实测资料，为堰塞湖溃决过程的研究提供了宝贵的基础数据。基于堰塞体的溃决机理，建立了可考虑堰塞湖的水动力条件、堰塞体的形态和材料特征的堰塞湖溃决过程数学模型。模型采用宽顶堰公式模拟溃口洪水流量，并根据堰塞湖入湖和溃口流量以及堰塞湖的水位-湖面面积关系曲线确定堰塞湖水位的变化；采用基于水流剪应力和堰塞体材料临界剪应力，并可考虑宽级配堰塞体材料特性的冲蚀公式模拟材料的冲蚀过程；假设溃口在纵向下切和横向展宽过程中坡角保持不变，采用极限平衡法分析溃口在发展过程中发生的边坡失稳；采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟堰塞湖溃决时的水土耦合过程。采用建立的模型对“11?03”白格堰塞湖溃决案例进行反演分析后发现，模型计算获得的溃口流量过程、堰塞湖水位变化过程、溃口发展过程与实测值基本吻合。参数敏感性分析表明，冲蚀系数对溃决过程具有重要的影响，残留坝高通过影响下泄库容也对溃决过程产生作用；另外，开挖泄流槽可降低堰塞湖溃决时的库容，从而对溃口流量过程产生影响，是降低灾害损失的有效手段。     

串珠状堰塞湖级联溃决对汶川震区河流演化的影响

"5·12"汶川地震震后3年多以来,串珠状堰塞湖群的形成和发展,对震区河流演化的影响重大。通过对汶川地震灾区岷江支流——渔子溪的耿达—映秀河段的野外考察发现,堰塞坝对河流挤压造成异岸冲刷,河道横向展宽或弯曲;多堰塞湖河段河床抬升强烈;部分堰塞坝由于未完全溃决而逐渐发育成尼克点,从而形成阶梯状河床。鉴于野外考察的局限性,通过野外水槽实验初步探索了堰塞湖级联溃决的动力学特征,堰塞湖级联溃决放大了山区河流洪水的峰值流量,从而加剧了河流沿程冲淤程度,更有利于梯级河床的形成。探索多堰塞湖河段堰塞湖级联溃决情况下的河床演化规律,旨在为地震灾区河道修复及灾后恢复重建提供科学指导。     

地震堰塞湖排险技术与治理保护

“5·12”汶川特大地震形成了上百处堰塞体高度大于10 m,蓄水量大于1.0×105 m3,集雨面积大于20 km2的堰塞湖。根据各类堰塞湖因对下游威胁程度、地质、地貌、水文条件、堰塞体规模和颗粒组成制定相应的排险方案。极高危和高危堰塞湖具有潜在的溃坝风险,必须及时排险。相对稳定的堰塞湖及其所在河道则应治理保护。结合北川唐家山、都江堰枷担湾等堰塞湖排险实例,提出了地震堰塞湖排险技术,包括险情勘查、险情评估、排险方案、施工技术。同时,对灾后堰塞湖观测、治理与保护利用提出了建议。     

大型地震滑坡高速滑动堵江机制的离散元数值模拟

汶川大地震触发了大量的大型滑坡,这些滑坡体在峡谷河流地带堵塞河道形成了堰塞湖.本文以唐家山滑坡形成的堰塞湖为例,通过离散元数值方法对地震作用下唐家山滑坡的滑动堵江机制进行了模拟,结论如下:唐家山滑坡确实为一高速滑坡,滑坡从启动到停止,其速度变化曲线具有显著的非线性特征,滑坡的最大滑速达27 m/s;直观地再现了唐家山滑坡的滑动以及形成堰塞体的全过程运动特征和滑坡堵江机制,并把其划分为5个阶段,即滑动启动阶段、加速滑动阶段、减速滑动阶段、遇阻堆积阶段和自稳成坝阶段.     

基于物理模拟的堰塞湖溢流溃决机理

受持续来流影响，在大江大河内形成的堰塞湖极易在数十天甚至数天内漫顶溢流溃决，引发非常态溃决洪水，严重威胁下游沿岸地区人民群众生命财产安全。堰塞湖溃口坍塌变形发展迅速、现场观测难度大，当前普遍难以实地观测堰塞湖溃口形态变化及水力学参数，至今未能获取溃口坍塌发展的真实数据。针对堰塞湖溃决洪水威胁及溃决机理不明等难题，基于堰塞湖溃决过程现场观察及历史堰塞湖溃决案例分析，阐明堰塞体体型、材料级配、库容及上游来水量是决定堰塞体危险性的关键。并以“11·3”白格堰塞湖为原型，分别开展了堰塞湖溃决1∶80室内和1∶20野外物理模型试验，揭示堰塞体溃口发展遵循“流速驱动、流量控制”，以获得较大流速为目标的自我演化机制；溃口坍塌发展的主要动力机制是携沙水流剪切冲刷、陡坎上游负压区涡流掏刷、陡坎下游高速水流冲刷、边坡重力坍塌；堰塞体溃决坍塌依次呈现尾部下切、陡坎溯源、全断面下切、上冲下淤4个发展阶段变化特征，溃口平面形态相应依次呈现线条型、倒喇叭型、双曲面型、近似等宽型4个变化特征。陡坎溯源是溃决前最高效的冲刷方式，也是判断堰塞体漫顶过流后是否溃决的重要标志。开展堰塞湖溢流溃决大型物理模拟试验有助于推动高危堰塞湖应急疏通排水设计和堰塞体坍塌控溃技术发展，为堰塞湖应急处置提供参考。     

一种地震搜救机器人运动结构设计研究

地震作为最危险的地质灾害之一,具有无法预知、破坏力大、易引发次生灾害等特点,时刻威胁着人类生命财产的安全。设计了地震搜救机器人,给出了其功能模块,研究了一种可变位的履带运动机构以提高地震搜救机器人的越障和避障能力,采用三自由度云台机构,实现摄像头的多角度拍摄。开发了机器人的控制系统。采用设计完成的地震搜救机器人进行了相关验证实验。实验结果表明该机器人初步实现了设计功能,可实现0～1000米范围内的远程控制和图像传输。进一步完善后,具有应用于地震救援的重要工程和实用价值。     

汶川地震灾区河道修复重建研究综述

特大地震诱发了大量滑坡、崩塌、泥石流、堰塞湖和不稳定斜坡等次生地质灾害,水土流失非常严重,造成震区江河严重破坏.地震灾区河道修复是灾后恢复重建主要任务之一.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室经过对震区的现场考察、结合灾区河道修复工程开展了相关的水沙动力学物理模型、数学模型与历史模型相结合的复合模型研究,取得了阶段性成果.作者结合国内外有关河道修复问题的研究进展,综述了河流修复在汶川地震灾后重建的重要性、河道修复的一般原则与地震灾后河道修复特殊原则、地震灾区河道修复的稳定性问题、地震灾后河流修复研究方法与案例.通过总结两年来抢险救灾与灾后重建的河流修复科学研究与工程实践,提出了灾后河道修复继续完善的建议.     

汶川地震灾区滑坡的成因及典型实例分析

滑坡是汶川地震灾区最主要的次生地质灾害类型,在灾区分布广泛,数量众多,破坏强度大,造成了大量的人员伤亡和安全隐患.首先,从地形地貌、坡体地质结构、地层岩性、地震动、坡体的稳定状态、风化作用和河流作用等方面对汶川地震灾区滑坡形成原因进行研究,断裂带附近强地震动和坡体地质结构是大量滑坡形成的主要原因;其次,对典型实例王家岩...     

彭州市震后地质灾害特征与对策建议

彭州市在5.12地震后的发生大量地质灾害,灾后重建必须考虑地质灾害的特征。本文通过现场调查与灾害类型、规模、与地震及降雨关系等数据分析,得到彭州市地震次生地质灾害特征与分布。结合旅游业数据,分析了地质灾害的主要危害及带来的相应的机遇。在上述分析基础上,提出构建可持续化发展的建议。     

Earthquake Emergency Response System of High-speed Railway by Least Square Method

This paper studies the Least Square Method to define high-speed railway(HSR) earthquake risk and solve the problem of its emergency response mechanism. Based on the construction of a monitoring system for HSR earthquake emergency response, the technical operational procedures for HSR seismic emergency response are proposed. The quantity, scale, and location of HSR earthquake emergency response mechanism are defined, and the corresponding emergency response system is built. In particular, the ear...     

某反倾向岩质边坡地震稳定性数值模拟

以雅泸高速公路K136＋150～K136＋300 m段反倾向岩质边坡为例,采用基于离散元法原理的计算软件——UDEC,在充分研究边坡工程地质条件的基础上,模拟研究了反倾向岩质边坡在地震作用下的变形破坏机制及失稳破坏模式,进而分析了边坡的稳定性。结果表明：边坡在地震作用下其变形破坏是＂岩体松动→倾倒→崩塌＂的过程,此过程经历的时间较短,往往是在振动持时内完成。     

斜坡危岩体崩塌运动的数学模型及工程应用

崩塌是"5·12"汶川地震诱发的主要次生地质灾害之一,在对灾区村镇大量崩塌体现场调查的基础上,将崩塌危岩体的运动过程分为自由落体、弹跳和滚动3个阶段,建立了各阶段运动过程的数学模型.以灾区九寨沟杨家岩崩塌体为例,计算了危岩体的运动速度、滚动距离和冲击力,为灾后重建中崩塌体的治理提供了依据.     

高密度电法与探地雷达在隐伏地质灾害探测中的应用

地下岩溶、土洞及淤泥质洞穴等地质灾害具有较强的隐伏性,对工程施工、地基稳固等会带来不同程度的危害。近年来,关于隐伏地质灾害的勘探,许多学者提出了不同的物探思路与方法。目前,准确探测隐伏地质灾害的规模特征及空间位置是物探工作中亟待解决的关键问题。本文通过采用综合物探的方法,将高密度电法与探地雷达相结合,对地下洞穴塌陷进行勘探,充分发挥两者的优点,资料成果互相验证与补充,排除异常干扰,准确查明了洞穴塌陷的规模特征与具体位置,为工程设计与施工处理提供了科学可靠的指导依据,可在类似隐伏地质灾害探测中推广普及。     

四川芦山Ms7.0级地震的地质环境影响分析

2013年4月20日四川省雅安市芦山县发生Ms7.0级地震,此次地震对地质环境的影响备受各界关注。基于遥感解译与震后现场调查,对芦山地震的地质环境影响进行了初步分析。结果发现芦山地震的地质环境影响主要有:诱发较为广泛的崩塌等次生山地灾害,崩塌以小型为主,主要分布在双石—大川断裂带槽谷以及北西向几个深切峡谷段,如S210省道芦山—宝兴峡谷、芦山—双石峡谷、龙门—太平峡谷,其中震中区宝盛、太平镇崩塌密度最大;泥石流动静物源有不同程度增加,崩塌新增了泥石流沟的物源;斜坡上缓坡带也堆积有新的崩塌物源,使震后沟谷泥石流与坡面泥石流发生的概率增加;斜坡震裂现象较普遍,震动引起斜坡表层覆盖层不均匀沉降,宏观上表现为地面开裂、房屋开裂以及公路路基失效等;沙土液化加重灾害程度,震动引起发震断裂槽谷区砂土液化,使发震断裂带上地基失效,震害加重;厚覆盖层场地效应使地震下盘平坝区震害异常,下盘前陆盆地厚覆盖层地区地震波放大效应使芦山县龙门、清仁以及天全县老场、仁义平坝区及斜坡地带震害严重;芦山地震地质环境影响最大的区域是震中区太平—宝盛一带,其次是断裂带下盘5 km—上盘5 km 的地带、宝兴县城区域及前陆盆地带。     

四川芦山地震灾害调查与灾后重建的相关问题分析

2013年4月20日四川省芦山县发生Ms7.0级地震,发震断层为龙门山前山断裂,即大川—双石断裂。这是继2008年汶川地震后发生在龙门山断裂带的又一次强震。自4月25日起,笔者先后3次前往地震灾区进行地震灾害调查。本文小结主要的地震灾害情况,并简要讨论了灾后重建可能面临的问题。结果表明:相对于汶川地震,芦山地震的灾害相对较轻;沿发震断裂未发现明显的地表破裂带;崩塌滑坡的总体规模较小,也未出现明显的堰塞湖;滑坡点主要沿发震断层分布,岩性以三叠系上统须家河组地层为主;崩塌点主要出现在河流的峡谷段,岩性以砾岩为主,少量为侵入岩;建筑物损坏严重的基本上为砖木结构以及无圈梁或构造柱的砖混结构民居;灾后重建面临的主要地质灾害问题是主要公路的崩塌灾害以及宝兴县城的泥石流防治。