肖家桥滑坡堵江机制及灾害链效应研究

 地震是滑坡灾害的一个重要触发因素,而这类形式的滑坡通常体积较大。以肖家桥滑坡为例,在对滑坡区进行详细的地质调查基础上,结合动力有限元分析技术,再现滑坡三维空间失稳过程。在此基础上,提出肖家桥滑坡形成及堵江的4个阶段：地震触发及岩体的累进破坏→滑体破坏、高速下滑→撞击解体、堵江形成堰塞体→震动密实。通过对堰塞体结构特征及不同工况下堰塞体的稳定性分析的成果表明：堰塞体边坡在天然状态下稳定性较好,当再次发生强地震时可能会发生局部的坍塌;最可能的破坏方式为“漫顶式”逐级冲刷破坏,由于其内部岩体结构相对较为完整,发生管涌及整体破坏的可能性较小。     

滑坡堵江成坝的形成演进机制及危险性预测方法研究进展

近年来，频发的地震活动和极端天气诱发了大量滑坡堵江，严重威胁所在流域人民生命财产和基础设施安全，而目前对滑坡堵江成坝的形成演进机制认识仍不够全面，值得进一步深化研究。梳理21世纪以来典型的滑坡堵江案例，分析其中危险性较大的堰塞坝形成的一般过程和主要特征；针对大型的岩体滑坡堵江，分别从理论分析、物理模型试验和数值模拟方法 3个方面揭示其成坝的必要条件和堵江过程的流固耦合细观机制；提出滑坡堵江危险性预测的3阶段：即堵江状态预测、堰塞坝稳定性预测和溃坝危险性预测等。通过全面梳理堵江危险性预测3阶段研究成果发现，堵江状态预测参数和标准选取尚没有统一形式，堰塞坝稳定性评价尚未考虑坝体材料和结构等特征，溃坝危险性预测的数学模型物理机制仍有待进一步揭示。基于当前研究存在的局限性，凝炼滑坡堵江研究未来应重点关注的4个问题：(1)考虑碎裂化过程的崩滑体堵江堆积结构及成坝预测模型；(2)滑坡堵江成坝演进过程的物理和数值模拟方法；(3)基于滑坡物源状态的堵江危险性评价方法与风险评估；(4)堰塞坝临灾预警因子及监测预警关键技术。研究成果为高山峡谷地区滑坡堵江灾害链预测、堰塞坝应急抢险地质处置及区域防灾减灾规划...     

唐家山滑坡成因机制与堰塞坝整体稳定性研究

 根据唐家山滑坡的地质背景,研究滑坡及堰塞体工程地质特征,分析唐家山滑坡类型及发生的地质成因机制;基于唐家山堰塞体的岩体结构稳定性分析、宏观现象监控与地表位移监测,研究堰塞体的整体稳定性。研究得出如下结论与启示：(1) 唐家山滑坡属于基岩顺层滑坡,是典型的地震诱发高速滑坡,滑坡滑动带可能发育在层间剪切带,滑坡区发育的构造背景为复式倒转背斜的一翼。(2) 唐家山堰塞体整体结构以块状岩体为主,上覆风化松散堆积物,整体地质稳定性较好;堰塞体地表位移监测显示,泄洪对地表位移有影响,最大位移约140 mm,随后位移增量较小,目前处于稳定状态。(3) 应注重地震诱发滑坡→堰塞湖→溃决→洪水的“多米诺”链式灾变研究;应注重含层间剪切带斜坡的工程地质调查分析和地震滑坡危险性研究。     

言家山堰塞湖库区马铃岩滑坡地震复活效应及其稳定性研究

马铃岩滑坡位于唐家山堰塞湖内上游约4km的通口河左岸,在堰塞湖抢险过程中备受关注。在对滑坡基本地质条件和地震前、后变形破坏迹象现场地质调查基础上,对震后、尤其是唐家山堰塞湖形成后滑坡稳定性进行了系统分析和计算。计算结果表明,各种不同工况下震后滑坡整体稳定,只是靠上游侧前缘受地震、堰塞湖蓄水及泄水水位骤降等因素影响存在局部失稳,马铃岩滑坡不会对下游唐家山堰塞坝溃坝以及未来堰塞湖综合治理工程产生不利影响,但震后重建工作中应注意靠上游侧滑坡体前缘一带不稳定对坡体上数十户居民造成的潜在危害。就马铃岩及地震重灾区其他古滑坡体而言,地震对大型古滑坡复活主要受控于其地形坡度及微地貌特征,地形坡度40°以上以及由缓变陡的转折部位是古滑坡整体或局部容易被地震触发失稳的充分条件,并非所有的古滑坡体均会被地震诱发而整体复活。     

唐家山堰塞湖库区马铃岩滑坡地震复活效应及其稳定性研究

 马铃岩滑坡位于唐家山堰塞湖内上游约4 km的通口河左岸,在堰塞湖抢险过程中备受关注。在对滑坡基本地质条件和地震前、后变形破坏迹象现场地质调查基础上,对震后、尤其是唐家山堰塞湖形成后滑坡稳定性进行了系统分析和计算。计算结果表明,各种不同工况下震后滑坡整体稳定,只是靠上游侧前缘受地震、堰塞湖蓄水及泄水水位骤降等因素影响存在局部失稳,马铃岩滑坡不会对下游唐家山堰塞坝溃坝以及未来堰塞湖综合治理工程产生不利影响,但震后重建工作中应注意靠上游侧滑坡体前缘一带不稳定对坡体上数十户居民造成的潜在危害。就马铃岩及地震重灾区其他古滑坡体而言,地震对大型古滑坡复活主要受控于其地形坡度及微地貌特征,地形坡度40°以上以及由缓变陡的转折部位是古滑坡整体或局部容易被地震触发失稳的充分条件,并非所有的古滑坡体均会被地震诱发而整体复活。     

滑坡堰塞坝坝体溃决机理与溃决实验研究综述

相对于人工土石坝,天然形成的滑坡堰塞坝缺少加固、防渗及泄洪等工程措施来稳定堰塞湖水位,坝体结构不稳定、基础资料缺乏,发生的溃决现象具有突发性强、几率高、危险性大、排险处理紧迫的特点,亟需深入系统的研究.作者结合国内外堰塞坝形成及其溃决问题的研究现状,介绍了滑坡堰塞坝与人工土石坝的溃决特性、滑坡堰塞坝的溃决模式及寿命特征,以及滑坡堰塞坝溃决特性的物理模型试验研究、原型观测及大比尺现场试验研究、梯级滑坡堰塞坝溃决特性试验研究进展.最后提出了关于堰塞坝溃决机理、堰塞湖处置、溃决模式、原型及模型试验比尺效应、溃决过程原型监测预警等方面建议的研究方向.     

顺层岩质边坡加速度响应规律和滑动堵江机制大型振动台试验研究

根据动力模型试验的相似关系,制作1个尺寸为3.0 m×0.8 m×1.6 m (长×宽×高)坡角为40°的顺层模型边坡,设计传感器的布置和试验输入方案,并完成大型振动台试验。试验发现,在坡面上水平加速度随着坡高增加有明显的放大作用,并且该放大作用呈现出非线性和在不同高程的分段性特征,在坡高的1/3以下,加速度放大效应明显,在坡高2/3到坡顶处放大系数急剧增大,中间段水平加速度放大系数增长较为缓慢;在坡体内部竖直方向上,随着高程增加,加速度放大系也表现出非线性放大效应;在坡体水平方向上,在坡面一定深度内坡面处的加速度放大系数大于坡体内部,表现出趋表效应。根据破坏后的特征及试验过程中的视频回放和分析,得出模型边坡的滑动堵江机制为地震诱发→后缘松动拉裂→前缘剪切→高速下滑→对岸阻挡隆起→堆积坡脚→形成堰塞体。研究成果对地震灾区滑坡以及堰塞湖形成机制的认识和减灾防灾有一定的价值。     

沟谷型滑坡灾害链成灾机制及堵江危险性判别方法

沟谷型剧动式滑坡以其启程剧动、高速短程、灾害链生效应等特点在深切峡谷地区具有极高的潜在风险。以拉月滑坡为例,基于滑坡堵江动力学过程,首先分析沟谷型滑坡的变形破坏机制与灾害链成灾模式,将拉月滑坡灾害链全过程概括为:节理化边坡地震降雨协同劣化→倾倒拉裂模式下变形发展→剪出口锁固段破裂牵连坡体高位剪出→碰撞解体并碎石流化→刨蚀河床并阻塞堆积→堰塞堵江。然后针对沟谷型滑坡堵江灾害高速短程的特点,提出滑坡强度(规模、速度和滑距)为堵江灾害的主控因素,而水沙运动规律则为影响因素。在此基础上,采用层次分析法确定各致灾因素的权重作用,并建立沟谷型滑坡堵江危险性判别模型表达式。最后通过典型案例计算表明,该模型较好地反映了沟谷型剧动式滑坡堵江的特点,对今后沟谷山区工程建设所遭遇的滑坡堵江灾害预测和风险调控,防灾减灾具有指导意义。     

堰塞坝稳定性评价方法及灾害链效应研究进展

堰塞坝及其溃坝问题是当前的研究热点,因坝体形成过程特殊、组成材料不均、内部结构复杂且外部形态迥异,导致其与人工土石坝存在较大差异,目前仍缺乏有效的全寿命过程分析和可靠的稳定性快速评估方法。在全面综述堰塞坝形成条件、稳定性分析、溃坝机制及灾害链效应等国内外研究进展的基础上,通过案例汇编,建立含全球1 328例堰塞坝的大型数据库,探究堰塞坝的成因、触发因素、方量分布、形态特征、寿命规律及多参数间的内在关联性。进一步地,基于逻辑回归原理,建立坝长、坝宽及堰塞湖库容三参数预测模型,提出堰塞坝稳定性快速评估方法。最后,从灾害链的视角,指出当前研究存在的主要问题和下一步重点研究方向。研究表明:堰塞坝的方量、寿命和稳定性,与其触发因素和成因密切相关;提出的三参数快速评估方法,能够较准确地预测坝体稳定性;堰塞坝灾变全寿命过程模拟与预警系统开发是未来重点发展方向。研究结果为高山峡谷地区滑坡堵江灾害链预测、堰塞坝应急抢险地质处置及区域防灾减灾规划提供有益参考。     

单向侧蚀与下蚀共同作用下堰塞坝的演化特征

滑坡堰塞坝溃决破坏过程中均存在下蚀效应,但因堰塞坝的形成机制以及沟谷地形的限制,很多堰塞坝在横向存在高差,导致堰塞坝漫顶溃决过程中的侧向侵蚀方向为单向侵蚀。通过模型实验和数值分析,对堰塞坝在单向侧蚀与下蚀效应共同作用下的演化特征进行研究。实验结果表明,对于组成物质完全位于沟谷内的堰塞坝,单向侵蚀与下蚀效应导致堰塞坝漫顶侵蚀过程中的溃口边坡失稳规模逐渐增大。而对于横向高差悬殊的大型堰塞坝,在溃口水流的单向侧蚀与下蚀效应共同作用下,溃口边坡高度逐渐增大最终将导致堰塞坝发生二次滑坡,并采用数值方法对二次滑坡的形成过程进行分析。根据土力学理论,提出圆弧滑动模型对二次滑坡的滑动半径以及滑动面积进行预测,模型的计算值与理论值相差6.2%,具有一定的实用性。     

Process analysis of the Moxi earthquake-induced Lantianwan landslide in the Dadu River,China

Many large-scale landslides have occurred along the Dadu River, in particular in the middle section of the river, located on the eastern edge of the Qinghai–Tibet Plateau. The large-scale Lantianwan landslide was triggered by the 1786 Moxi earthquake (M_s = 7.75) at Luding, Sichuan province, China. Field investigations and 3D discrete element methods were used to examine the landslide formation mechanism and simulate landslide movement. The evolution of the landslide can be divided into four stages: initiation, high-speed motion, debris flow, and accumulation and river blocking. The results indicate that tension cracking and horizontal sliding were the geological origins of the Lantianwan landslide. The Moxi earthquake combined with the magnifying effect of the topography and the back slope formed deep-dip tensile structural planes in the Lantianwan slope, which triggered the landslide.

     

金沙江寨子村巨型古滑坡的工程地质特征及其发生机制

 通过现场调查,对金沙江寨子村巨型古滑坡的工程地质特征及形成机制进行较为深入的探讨。该滑坡后缘与前缘高差638 m,体积2.5×108 m3。主断壁外围发育有宽30～100 cm的冠裂缝,滑坡断壁为高5～30 m的石灰岩峭壁。滑源区地形起伏较大,内部发育有规模不一的冲沟,覆盖有发育植被的坡积物、倒石堆和直径1～6 m的巨石。滑坡主体为程海断裂带,断裂带背景地层主要为C2+3石灰岩,岩性为碎裂石灰岩和岩溶角砾岩。寨子村滑坡曾诱发严重的滑坡堵江事件,滑源区对面岸坡残留滑坡坝坝顶高出江面118 m,体积180×104 m3,由70%的粒径在30 cm以下的灰岩碎块和30%的粒径30 cm以上的灰岩、岩溶角砾岩块石组成。长200 km的程海断裂带是一条规模巨大的岩石圈断裂,长期活动导致带内及其两侧岩体质量降低。沿断裂带北西侧顺其走向流过的金沙江的底蚀作用使得右岸岸坡越来越陡,为其大规模失稳奠定基础。程海断裂带还是一条活动性断裂,其自身活动产生的地震是寨子村滑坡的诱发因素。     

堰塞湖坝体动力特性及加速度分布规律大型振动台模型试验研究

 2008年汶川八级地震形成了至少257个堰塞坝,主震后发生的大量余震可能会影响堰塞坝的动力安全状态。堰塞坝体的动力特性参数(包括自振频率和阻尼比等)和加速度分布规律是堰塞坝地震安全研究的基础内容。通过大型振动台模型试验,研究在余震作用下模型堰塞坝体的动力特性参数、加速度分布规律及二者的影响因素,并根据动力相似律,计算原型坝体的动力特性参数。共进行2组不同材料的振动台模型试验,分别模拟含黏粒较多且颗粒较小(坝体I)和基本不含黏粒且颗粒较大(坝体II)的2种坝体。在不同地震波形输入、不同加速度峰值和不同水位条件下进行振动台试验。研究成果表明：(1) 模型坝体具有较稳定的X向和Z向自振频率和阻尼比。(2) 先期振动使坝体自振频率降低,阻尼比有增大趋势;坝体I的自振频率小于坝体II。水位变化对2种坝体自振频率的影响规律不一致。(3) 加速度放大倍数随高程增大而增大,最大加速度发生在坝顶处;相同高程测点加速度放大倍数最大值出现在上游或下游靠近坝坡表面处,即“表面放大”效应明显,说明坝坡表面容易受地震作用破坏。(4) 所含频谱成分与坝体自振频率接近的地震波会引起最大的加速度反应。Z向振动使坝体测点X向加速度放大倍数增大。加速度放大倍数一般随输入加速度峰值的增大而减小。     

汶川地震大光包滑坡动力响应特征研究

 运用FLAC3D模拟大光包滑坡变形失稳特征,并输入距离滑坡约4.3 km的清平台站强震加速度三向记录,结果表明：其地震动力响应较为复杂,受控于斜坡形态、岩体(地质)结构及地震强度和振动持时等因素,在水平加速度响应方面,前缘滑坡更为明显,地震动频率更高,振幅更大,利于前缘的顺层失稳滑动;在竖向加速度响应方面,后缘滑体的振幅更大,竖向加速度(绝对值)数倍于水平加速度,利于拉裂、振碎解体和抛掷失稳。大光包滑坡与简单均值结构的边坡地震动力响应特征不完全一致,随高程、坡度放大的趋向性和节律性不明显。结合地震动力响应和运动特征,对滑坡堆积和滑源进行概化分区：(1) 下部顺层滑坡堆积区,是滑坡的主堆积区,分布于滑坡东侧,堵塞黄洞子沟;(2) 上部崩滑堆积区,分布于滑坡西北、北侧,具有明显的带状特征;(3) 后缘陡壁及倒石堆区,侧缘拉裂边界,近直立不规则凹凸状断壁,分布多组张拉裂隙,说明受陡倾角张性裂隙控制,表现为张性破坏特征,陡崖下部分布大量倒石堆,呈串珠状分布,以碎块石为主,岩性与后缘及北侧陡壁岩体一致,系地震后的重力调整所致;(4) 顺层滑面及擦痕区,在滑面上分布大量与岩层倾向相同的擦痕,说明顺层滑坡在后部具有向北方向偏转滑动的特征。     

四川安县肖家桥堰塞湖稳定性初步评估

 四川省安县肖家桥堰塞湖是“5·12”汶川地震形成的高危堰塞湖之一,堰塞体高65～75 m,体积约250万m3,堰塞湖最大库容约2 000万m3。将三维激光扫描技术应用于堰塞湖地形测量中,迅速而准确获得堰塞坝的地形信息,为堰塞湖除险设计及稳定性评估提供重要依据。在现场利用三维激光雷达技术地形测绘和初步地质勘察的基础上,经过新旧地形图对比,指出有利于堰塞体稳定的结构性因素;通过经验与反演方法确定堰塞体的物理力学指标,经渗流计算与稳定分析,排除堰塞体坝坡失稳及管涌潜蚀两种溃决模式发生的可能性,指出肖家桥堰塞湖溃决模式可能以漫顶冲刷为主。     

地震高位滑坡形成条件及抛射运动程式研究

 根据典型地震高位滑坡坡体结构特点及地震斜坡响应,对其形成机制进行探讨,认为P波的垂直上抛作用及S波的水平剪切作用,将强卸荷带下限以外裂隙切割的岩体结构面贯通并使其丧失与下部岩体的结合力,后至的面波经地形放大后,巨大的加速度(通常＞2 g)将斜坡上部表层高位岩体近水平或斜向上抛出,形成地震高位滑坡。     

金鼓高速远程滑坡形成机制及动力稳定性

综合运用多学科理论和方法,对汶川地震触发的金鼓高速远程滑坡形成机制及动力稳定性进行研究。在工程地质定性研究方面,通过对滑坡区的地形地貌、地层岩性、构造与地震以及水文地质条件的综合研究,分析高速远程滑坡的形成机制,将其划分为紧密发生的2个演化阶段：第一阶段为上部滑体被抛掷分离,第二阶段为下部受铲刮发生二次滑坡。在岩土力学定量研究方面,进行以下3个方面的工作：(1) 以FLAC3D作为动力分析的数值计算引擎,采用自行开发的基于多层次微粒群的非圆弧最危险滑动面搜索并行程序,获得滑坡的动力稳定系数时程及其对应的最危险滑动面的空间分布规律,研究动力稳定系数的频域特征;(2) 通过2种潜在破坏模式的对比研究,指出金鼓高速远程滑坡2#滑动面簇发生主导破坏的可能性更大,并可触发二次滑坡;(3) 依据空气动力学定量计算,论述上部滑体长距离抛掷是完全有可能的。综合研究表明,岩土力学定量分析结果与工程地质定性成果相吻合,进而将金鼓高速远程滑坡孕育的先决条件归纳为以下4条：力学性质差、高位剪出、下降空间开阔、初速度足够大。     

基于数量化理论III的滑坡发育影响因素及耦合作用强度分析

 探讨西藏朗县研究区内滑坡发育的地质环境影响因素,借助GIS技术将影响因素指标量化,采用数量化理论III对滑坡发育的影响因素及其耦合作用强度进行分类分析。结果表明,对区内滑坡发育起主导作用的是降雨因素、坡体岩性、平均坡度、坡体前缘河流影响距,起重要作用的是坡体高度、外营力与人类工程活动、地震烈度因素,起一般作用的是土地利用因素;确定出年均降雨量、含残坡积物和绢云母千枚岩的滑坡体岩性、200 m内的河流影响距、35°～45°的平均坡度、地震烈度、高于200 m的坡体高度因素为滑坡发育的主控因素,可为区内开展滑坡评价工作提供依据;区内29个滑坡的影响因素耦合作用强度以±0.01为界进行强、中等、弱分级,耦合作用强度越高,滑坡发育程度及潜在危险性越高,对区内防灾减灾具有重要的指导意义;对分析结果以实地调查的可靠性验证,表明数量化理论III的可行性与适用性,为滑坡灾害影响因素的研究提供新的思路。