崩滑型堰塞坝危险性快速评估研究进展（特约稿）

崩滑型堰塞坝是由地震、降雨、火山喷发等自然因素诱发的崩塌、滑坡堵塞河道所形成的天然土石坝,其在世界范围内广泛分布。崩滑型堰塞坝的形成与溃决具有高突发性、突溃性和强致灾性,会严重威胁所在流域的人民生命财产安全。因此,快速开展堰塞坝危险性评估,对应急抢险救灾具有重要的现实意义。目前对堰塞坝危险性快速评估的研究主要集中在成坝可能性、稳定性、寿命和溃决洪水等四个方面。本文总结了堰塞坝成坝影响因素和成坝快速判别公式,系统阐述了堰塞坝稳定性和寿命的定义、影响因素及快速评估模型,详细归纳分析了堰塞坝溃决模式、溃坝影响因素及坝址与下游河道的洪水快速预测模型。研究表明堰塞坝的形成主要受地形条件,固体物源条件和水源条件的影响;其稳定性、寿命和溃决主要受坝体几何形态,坝体材料、结构和水文特征等方面的影响。根据影响因素所建立的评估模型在一定程度上可以快速估算堰塞坝的稳定性、寿命、溃决流量等参数,但由于信息获取不便等问题,评估结果仍然存在一定的不确定性。在此基础上,本文提出了需要进一步研究的方向：(1) 考虑不同外因（地震、降雨等）条件下滑坡、崩塌启动及运移过程大型模型试验,建立考虑关键影响因素和水土物质相互作用的成坝快速判别模型;(2) 基于物探等手段开展堰塞坝坝体材料和结构参数的快速获取研究;(3) 建立考虑能量转换与耗散的溃坝程度快速评估模型,分析残余坝体致灾危险性;(4) 构建流域堰塞坝溃决洪水演进及水库调蓄减灾分析模型,指导流域水量调度及流域范围内工程建设;(5)开展堰塞坝灾害链对全流域影响的快速动态风险评估,为堰塞坝灾害预测及应急处置提供重要参考依据。     

非均质结构堰塞坝溃决机理模型试验

堰塞坝是由滑坡等失稳地质体快速堆积并阻塞河道而形成的天然坝体，溃决后会对下游人民生命财产安全造成严重威胁。深入开展非均质结构对堰塞坝溃决过程的影响研究，可为堰塞坝灾害的风险评估和应急处置提供重要参考。依托自主研发的水槽试验装置，通过开展不同结构类型堰塞坝的溃决模型试验，分析了均质、竖向非均质和水平非均质结构对坝体溃决的影响。研究发现：1）堰塞坝侵蚀过程受局部区域材料性质影响严重。2）均质坝中，随着中值粒径增大，材料抗侵蚀能力增强，溃决特征先由层状冲刷变为陡坎侵蚀，再变为多级陡坎侵蚀，峰值流量逐渐减小，峰现时间逐渐推迟。3）竖向非均质坝中，坝体上部材料主要影响溃口形成阶段历时和坝前水位；中部材料主要影响溃口发展阶段的溃口下切速率；底部材料主要影响下游坡脚稳定性和残留坝体形态。受溃口加速下切和溃决流量增加彼此间相互叠加影响作用，中部及底部材料分布对峰值流量的影响最为显著。4）水平非均质坝中，坝体内部4个区域对溃口发展的影响不同。过流侧上方材料影响溃决前期的溃口下切速率；过流侧下方、对岸侧上方材料分别影响溃决中后期的溃口下切、展宽速率；对岸侧下方材料对溃口发展影响最小。泄流槽设计时，应考虑非均质结构的影响，基于坝体结构特征采用工程措施限制溃口深切、促进溃口展宽，以降低峰值流量。     

堰塞坝背水面坡度对溃决过程影响机理大尺度试验

堰塞坝溃决物理概化试验是当前研究堰塞坝溃决机理较为可行的方法,但在现有堰塞坝溃决试验中,由于试验坝体尺寸较小、试验上游库容不足,导致试验的溃决过程与实际堰塞坝溃决存在较大差异。为尽量克服库容的不足所带来的影响,本文采用了最大库容达380m3的大尺度堰塞坝溃决试验系统。本文以无粘性、宽级配砂砾料堰塞坝为对象开展了多组室内大尺度溃决试验来揭示堰塞坝溃决机理,并通过设置不同背水面坝坡来研究其对溃决过程的影响。通过试验发现堰塞坝溃决过程可以分为沿程冲刷、溯源冲刷、快速发展和溃口稳定四个阶段。在溃决过程中发现陡坎侵蚀和溃口两侧土体失稳坍塌是溃口快速发展的主要机理。不同背水面坡度下的沿程冲刷阶段冲蚀特征基本相似,而溯源冲刷阶段及快速发展阶段溃决过程差异显著,较大的背水面坡度使溯源冲刷阶段跌坎水流更容易得到发展,进而影响溃口处的垂向冲深及侧向发展,导致快速发展阶段更易形成垂向落差较大的陡坎洪水冲蚀。从溃决历时来看,坡度的增加使溃口发展更快、峰值流量出现时间更早,进而导致溃决历时缩短。坝顶溃口宽度及峰值流量也会随着坡度的增加而增加。在本试验还较好地重现了天然堰塞坝下游河道两岸的淤积现象,并根据堰塞坝溃决过程中的水流特点、泥沙运动及溃决完成后下游河道的地貌,初步分析了淤积区的形成机理。     

堰塞坝漫顶溃决与演变水槽试验指标初探

水槽试验是研究堰塞坝体溃决机理的有效手段之一,但现有试验研究中合理的设计准则尚不多见,本文通过理论分析和水槽试验对堰塞坝漫顶溃决的试验设计进行了研究。基于总结分析,探讨了影响坝体溃决的因素以及堰塞坝漫顶溃决条件下溃口发展的一般进程。通过分析推导,提出了溃口发展过程中流深d的概念,并建立了用于确定模型试验比尺的指标d0/D。根据这一指标所确立的相似准则,本文设计并完成了模型试验;通过与原型堰塞湖溃决过程的对比,试验结果初步印证了这一指标的合理性。本文成果可以为后续的堰塞坝溃决水槽试验研究提供借鉴和参考。     

堰塞体状态相关剪胀理论与坝体溃决演化规律研究构想（特约稿）

堰塞体一般在自然力作用下瞬间形成,堆积体具有空间结构复杂、坝料级配宽泛、稳定性差、易在水流冲刷下发生溃决等特点。堰塞体作为一种重大的水旱自然灾害,其安全评价和灾害预测是国内外学者关注的焦点,目前尚有很多问题需要解决,包括：（1）堆积体由天然宽级配土石料构成,表现出显著的状态相关性,缺乏正确描述这种宽级配堆石料的状态相关剪胀理论与本构模型;（2）堰塞体形成后,会受上游堰塞湖水位抬升、持续非稳定渗流、湖区滑坡涌浪、后期地震等外荷载作用的影响,缺乏稳定性评判的标准和方法;（3）堰塞体缺乏必要的洪水溢流设施,容易发生溃决,且溃决水流冲蚀过程呈明显的非线性特点,溃口水力要素指标呈强非恒定流特征,缺乏反映宽级配堰塞体材料冲蚀机理的溃决过程数学模型。为此,有必要采取现场勘查、多尺度物理模型试验、数值仿真等综合手段开展研究,揭示堰塞体外观形态、内部结构和材料宏观力学特性及其时空变异规律,提出状态相关（级配、孔隙比、应力水平）的宽级配堰塞体材料剪胀方程,建立能适应复杂应力路径的广义弹塑性本构模型与坝体极限平衡分析方法;开展大型水工模型试验和溃坝离心模型试验研究,揭示非恒定流作用下堰塞体材料的动态冲蚀特性与堰塞体溃口演化规律,建立非恒定流作用时溃口动边界条件下的挟砂水流冲蚀方程,提出考虑流固耦合的堰塞体溃决过程数学模型,实现堰塞体漫顶或渗透破坏溃坝全过程水流运动特征、坝料输移规律、溃口演化过程及结构失稳的数值模拟。综合可靠度理论与溃坝过程数值模拟方法,提出能考虑流固耦合的堰塞体渗流、变形、稳定和溃决过程的一体化数值仿真平台,构建堰塞体全生命周期安全评价与灾变模拟理论体系与方法,为提升我国堰塞体防灾减灾决策水平提供科学的理论与技术支撑。     

堰塞坝溃口下切过程实验研究

针对堰塞坝溃口下切过程和不同因素对过程影响的问题,开展了室内水槽实验。结果表明：溃口下切过程分3个阶段,Ⅰ为溃口缓慢发展阶段：为水流缓慢溢出溃口阶段,侵蚀速率较小,泥沙输移主要以悬移质运动为主,溃口下切缓慢;Ⅱ为溃口迅速发展阶段：表现为溯源侵蚀强烈,溃口底部变化迅速,推移质运动占主导地位;Ⅲ为稳定河床形成阶段：水流速度和流深减小,水流携沙力减弱,河床形成粗化层,最终达到新的水沙平衡。溃口流量与侵蚀的关系表现为：来水流量的加大增加了相应时刻的溃决流量,增大了侵蚀率,缩短了溃决时间,溃口底部趋于平滑。来水流量的加大提高侵蚀率曲线斜率,使侵蚀率曲线向瘦高型发展。随背水坡坡度的增加,溃决流量增大,侵蚀率增加,坝体残留高度降低。另外,因背水坡坡度增加导致坡面土颗粒稳定性的降低可采用水槽坡度与背水坡坡度之和的正切值的三次方这一因子反应。最后指出,考虑堰塞坝材料性质差异性的溃决过程是下一步研究的重点。     

金沙江白格滑坡堰塞坝溃决洪水灾害调查与致灾浅析

2018年10月10日和11月3日,西藏自治区江达县波罗乡白格村金沙江右岸同一位置先后两次发生滑坡堵江事件并形成了巨大的堰塞湖,其堰塞坝在自然泄流和人工开挖泄流槽两种处置方式后溃决。其中,第二次滑坡堰塞坝的溃决洪水给下游西藏、四川和云南3省（自治区）受灾范围内的道路、桥梁、耕地和房屋造成了巨大破坏。为了应对类似的极端、超常规、特大堰塞坝溃决洪水威胁以及相关的基础性研究需要,课题组于2018年12月21日至29日对这次金沙江白格堰塞湖溃坝洪水对下游的受灾情况进行了考察调研。考察以受灾最为严重的巴塘县巴楚河（又称巴曲河）与金沙江的交汇口为起点,直至洪水威胁基本消除的梨园水库库区为终点沿江共计488.6km的受灾河段为主。考察重点为沿岸房屋、道路、桥梁和水利基础设施等受损情况,并对溃坝洪水的最大淹没水位（洪痕）、考察时的河道水位,河道两岸堆积的泥沙及其颗粒级配,桥梁致灾水位等进行了分析,得到了一些有价值的灾情数据与成果,这些成果可为进一步的基础性研究提供一定的数据支撑。     

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。     

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。     

堰塞湖风险评估快速检测与应急抢险技术和装备研发研究构想与成果展望

我国堰塞湖灾害发生频率高、分布范围广、受灾群众多、经济损失大,提升堰塞湖灾害防灾减灾救灾能力是国家重大需求。目前,我国堰塞湖风险快速评估与应急抢险技术和装备研究尚处于起步和探索阶段：在理论方面对堰塞坝成生机制及溃决机理尚认识不清；在技术方面目前已有的堰塞湖风险快速评估方法及应急处置装备尚不能满足堰塞湖高效应急抢险的需求。针对堰塞湖风险快速评估与应急处置这一国家重大需求,拟运用现代地质学、水沙动力学与信息学等多学科综合交叉与融合的手段,旨在解决“基于岸坡地质和运动过程分析的堰塞体形成机理、不同结构及变化环境下的堰塞体溃决机理”两大科学问题,突破“堰塞湖多源信息快速感知与动态识别和结构探测技术、基于携砂水流的堰塞体溃决过程模拟技术、考虑结构形态要素的堰塞湖致灾风险评估技术、堰塞湖高效排水疏通及堰塞体流道控制技术”四大关键技术,形成完善的堰塞湖风险评估体系及应急抢险成套技术和装备。通过开展堰塞体形成与溃决机理及溃决过程、多源信息快速感知与探测、险情应急监控与预警、致灾风险评估、高风险堰塞湖应急处置技术及应急抢险关键装备研发等六个方面的系统研究工作,破解堰塞湖成生及溃决难题,构建堰塞湖风险评估理论体系,最终形成成套堰塞湖应急处置技术和装备并进行示范应用,以期通过协作攻关研究进而提升我国堰塞湖应急处置与抢险水平并为保障人民生命财产安全提供科技支撑。     

平敞型高速远程滑坡碎屑流运动与堆积演化规律研究

尼续村滑坡发育于藏南亚东-谷露裂谷带中段开阔的半地堑盆地边缘,堆积区为平坦河谷地貌,属于典型的“平敞型”岩质高速远程滑坡,堆积演化序列完整且保留至今,研究该滑坡有助于揭示这一类高速碎屑流运动与堆积演化机制。本课题对尼续村滑坡各组成部分开展了详细地面调查,结合地球物理方法揭示了源区斜坡破坏基本特征与破坏机理,通过遥感解译与堆积物颗分试验揭示了滑体演化各阶段碎屑物质的空间展布规律。通过研究提出,尼续村滑坡的高速碎屑流转化过程可划分为三个阶段,即在源区斜坡段的滑坡结构碎裂化阶段、中部滑动区的物质结构碎屑化阶段、前缘区域的碎屑流流态化运动与堆积阶段,相对应的滑体结构具有碎裂化-碎屑化-流态化的阶跃式转化过程。中部与前缘区域的碎屑流以内部或底部的层状剪切破碎为主,使得碎屑流在“摊薄效应”下继续运动与纵向扩展,而碎屑流运动由“干”的高速流态化转为固态静止的过程极为迅速,从而保留有连续脊丘与线槽等特殊流体性质下的堆积地貌形态。研究认为,地震发生后受源区斜坡结构所控制产生明显的解体与破坏,按照由前至后的序列下滑运移,受滑体自身势能条件控制,自源区而下的滑体在堆积过程中产生了由左至右、由近及远的叠加堆积过程,这是尼续村滑坡堆积范围向下游明显偏转的主要原因。     

基于流形元模型的高速远程滑坡碎屑流运动规律与拦挡结构减灾效果研究

高速远程滑坡碎屑流具有极高的动能和超远移动距离,是一种危害范围广、破坏力极大的地质灾害。目前研究多基于高速远程滑坡的效应机理,对于拦挡结构减灾作用研究较少,尚未形成完善的高速远程滑坡减灾体系,而数值模拟是研究碎屑流拦挡结构减灾作用的重要手段。本文采用数值流形方法对牛圈沟强震诱发滑坡所形成的高速碎屑流运动过程进行了模拟,分析其堆积状态以及运动特性,通过数值试验研究了碎屑流运动路径上植被覆盖、拦挡墙高度、位置以及布置方式对高速远程滑坡碎屑流堆积状态的影响,并对拦挡墙的减灾作用进行评价。不同于颗粒离散元方法,数值流形方法可以模拟任意形状块体相互接触、碰撞,从而避免了运动过程中圆颗粒滚动摩擦对模拟结果的影响。模拟结果表明,尽管在碎屑流运动路径上增加植被覆盖可降低碎屑流运动距离,为达到更好拦截碎屑流的效果,仍需在运动路径上布置拦挡墙,以有效降低碎屑流的沿程位移及远程堆积量。当拦挡墙布置于不同位置时,对滑坡碎屑流有不同的截流阻滑作用,并确定拦挡墙的最优位置。此外,相对于增加拦挡墙高度,设置多排拦挡墙可更加有效地拦截碎屑流以减少对下游的危害。     

滑坡稳定性的模糊综合评价

渝东南地区地表崎岖,多崇山峻岭,沿江河冲沟发育,为滑坡、泥石流等不良地质现象提供了天然条件.以庙堡坪古滑坡为例,运用模糊综合评价方法,从地貌形态、地层岩性、地质构造、滑体密实度、水文地质条件5个方面,分为2个层次,共7个因子建立了滑坡稳定性评价的模糊综合评判模型,确定了各因素等级标准和权重,根据最大隶属度原则,得出水库蓄水后该滑坡稳定性较差的结论,并提出了相应的工程处理措施.     

雅砻江中游某滑坡形成机制及稳定分析

雅砻江右岸某滑坡位于拟建坝址区上游,木里县卡拉乡,该滑坡一旦失稳,威胁坡脚居民以及拟建水电站的安全运行。本文在野外工程地质测绘、钻探、室内试验基础上,采用三维有限差分软件FLAC3D对滑坡进行数值模拟分析,对滑坡基本特征、形成机制以及稳定性进行分析评价。结果表明:该滑坡为特大型岩质滑坡,形成演化经历了剪切蠕动-滑移弯曲-贯通破坏三个阶段,天然状态下滑坡整体上稳定性较好,暴雨状态下处于欠稳定状态,局部表层存在二次滑动可能。     

滑坡灾害应急处置中物探技术的作用——以湖北恩施州屯堡乡沙子坝滑坡为例

恩施州屯堡乡马者村沙子坝滑坡是该州地质灾害重点监测对象之一,属特大型土质滑坡。2020年6月8日入梅以来,连续的强降雨诱发马者村沙子坝滑坡体滑移,产生滑坡泥石流并堵塞清江形成堰塞湖。在接到上级执行防汛抢险任务的指令后,携带物探设备连夜立即赶赴现场,探测滑坡体厚度。这是一次临时性、突发性的应急勘探,没有时间搜集研究测区地质资料,也没有时间仔细研究设计方案,上级要求就一个快字。在滑坡体后缘及西侧共布设了6条高密度电法剖面,使用温纳装置,针对区内覆盖层厚度开展探测工作,为划定滑坡影响范围及估算滑坡体积提供数据支撑,根据探测结果同时结合现场地形地貌及区域地质资料,对区内覆盖层厚度进行了推断,同时在滑坡体后缘发现了一条疑似破碎带,为应急抢险指挥部的相关决策提供了科学依据。结果表明,地球物理勘探在地质灾害应急处置中可发挥积极的作用。     

八宿巨型滑坡的发现及其意义（特约稿）

巨型滑坡全球不常见,但是破坏性极强,其识别对于加深区域构造背景的认识,防灾减灾和工程建设均有指导意义。基于遥感解译、无人机地形测绘和现场调查,报道了新发现的八宿巨型滑坡及其残留堆积体特征,初步分析了成因机制与演变过程,估算了滑坡方量。主要结论如下：（1）八宿滑坡发育于怒江缝合带的夏里-八宿裂谷带内,岩性以古生界加玉桥岩群大理岩组和侏罗系马里组变质砂泥岩为主,上部岩层产状为陡倾顺坡向,下部岩层产状为陡倾逆坡向,岸坡结构总体上为上硬下软;（2）滑坡区横跨冷曲的左右两岸,长约7200m,宽约4800m,面积约22.5km2,估算方量约35×108m3,目前残余方量约14×108m3,是国内已经确认的方量最大的滑坡;（3）滑坡极可能属于历史地震诱发的高速堵江滑坡,堰塞坝高度约185m,堆积体碎裂化严重,且在冷曲右岸爬升超过600m。滑坡形成后,堆积区历经了堰塞坝溃决、多拉寺次级滑坡、泥石流堆积与冲刷、表面流水冲刷等改造过程,但是滑坡地貌特征整体保存良好。由于滑坡和泥石流堵江,冷曲在滑坡区先后两次改道;（4）从滑坡与冷曲的演变过程来看,推测滑坡的发生时间应在晚更新世。即八宿滑坡为古滑坡;（5）八宿巨型滑坡的发现说明迄今为止我们对青藏高原地质环境的认知仍然十分有限。川藏铁路等工程建设应加强基础地质与工程地质研究,以及地质灾害风险论证,确保施工与运行期安全。