高速远程滑坡动力学研究进展

高速远程滑坡动力学机理研究一直是国际地质灾害领域长期关注的热点与前沿性科学。通过对已有研究成果的系统性梳理,对高速远程滑坡动力学研究现状进行了概略性述评,厘定了本文所讨论的高速远程滑坡的定义,阐述了高速远程滑坡的典型沉积学特征,并对国内外学者提出的最有影响、最有地质证据支持的高速滑坡远程运动机理——摩擦生热减阻、滑带液化减阻、动力破碎减阻、底部裹挟减阻、剪切振动减阻、动量传递远程进行了论述。在此基础上,分析与讨论了高速远程滑坡动力学研究的发展趋势,提出今后研究所面临的深层次科学问题,并提出未来应进一步重点研究的关键科学问题在于速率相依摩阻弱化机理、破碎渐进相变耗能机理、过程相依波动减阻机理等。     

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。     

碎裂岩体滑坡运动特征及近场涌浪变化规律

收集三峡库区48组典型岩体滑坡参数及裂隙发育情况,在遵循相似准则的基础上,结合万州河段地形资料建立浅水区碎裂岩体滑坡涌浪三维物理模型. 通过多组模型试验,测定不同形状及方量的岩体滑坡水上运动特征以及滑坡淹没率对近场涌浪最大波幅的影响. 结果表明：破碎后的岩体滑坡沿厚度方向产生速度梯度,使得滑坡体分层滑向水面,且滑坡最大厚度随着滑动距离的增加呈指数衰减;当滑坡淹没率小于极限淹没率时,近场涌浪最大波幅随着水深的减小而急剧降低. 通过对无量纲参数的多元回归分析,建立碎裂岩体滑坡最大厚度衰减公式、浅水区滑坡淹没率经验公式以及三维涌浪近场最大波幅的预测方程. 红岩子滑坡和龚家坊滑坡现场观测资料分析结果验证了方程在浅水中的有效性.     

青藏高原典型液化型高速远程滑坡形成机制分析

高速远程滑坡作为一种特殊的地质灾害,具有运动速度快、滑动距离远,致灾范围广等特征,一旦发生往往给人类的生命财产带来巨大的损失,因此,针对其超强运动机制的研究一直受到国内外滑坡领域的高度关注。液化减阻作为高速远程滑坡发生超强运动的一个重要机制,强调滑坡运动过程中出现超孔隙水压力累积、有效应力降低等液化行为,导致滑坡基底摩擦系数减小,发生高速远程运动。本文根据前人研究结果对液化的影响因素和高速远程滑坡的液化机制进行总结,将不排水加载作用下滑坡的液化机制归纳为结构液化和滑动带液化两种;并基于详细的现场调查对青藏高原地区两类典型的液化型高速远程滑坡（玉树滑坡和乱石包滑坡）的形成机制进行了初步分析。结果表明：玉树滑坡和乱石包滑坡在启动条件、运动和堆积地貌单元及液化机制等方面均有差异。玉树滑坡为发生于山间沟谷中、由强降雨诱发的崩坡积层滑坡,滑坡体积小但运动距离远,滑带土为堆积于沟谷中的饱和松散砂质黏土（细粒土）,可忽略颗粒的剪切破碎性;不排水加载作用破坏了松散的土体结构,从而诱发滑坡液化;乱石包滑坡发生于山前盆地由古地震触发并斜抛启动,滑带土为风化的花岗岩粗砂,具有剪切易破碎性,土颗粒破碎引起滑动带液化是滑坡发生高速远程运动的主要原因。     

滑坡孕育过程的混沌特征与防治

在对滑坡位移典型曲线分析的基础上，指出了滑坡孕育发展进入混沌的路途，说明了许多滑坡的发展过程是一种从有序-混沌(无序)—有序的过程。最后根据滑坡孕育过程具有混沌特征的这一特性对滑坡防治提出一些提议。     

基于地貌与运动学特征的古滑坡群成因分析

针对四川省雷波县马湖古滑坡群规模的新发现,对其地貌与运动学特征进行详细分析,以期研究该滑坡群的成因.依据钻孔及超声波所测量的马湖湖底地形确定古璜琅河河床特征、古滑坡群平面范围和深度;在古滑坡外形、结构及地质环境现场调查的基础上,重点进行地貌分析、古滑坡群分期和确定各期运动轨迹;运用能量守恒方程计算滑坡速度,辅助确定古滑坡群的形成机制.结果表明:滑坡群规模巨大,面积达18.2 km2(包括湖底部分),体积约20×108 m3;滑坡群按照岩性和结构可以分为3区,形成过程分为4期;古滑坡群为多期地震诱发的顺高陡地层界面的高大、高速、远程滑坡;地貌和运动学分析可作为确定古滑坡成因的一种方法.     

新疆萨热克砂砾岩型铜矿区碎裂岩化相特征

新疆萨热克砂砾岩型铜矿床受萨热克巴依中生代陆内拉分盆地控制,矿体主要赋存于上侏罗统库孜贡苏组蚀变杂砾岩层中?受后期碎裂岩化相强烈改造,碎裂岩化相对萨热克砂砾岩型铜矿床具有明显控制作用?碎裂岩化相形成于盆地改造过程,并具有裂隙-盆地流体强烈耦合作用?碎裂岩化-裂隙构造是深源热流体叠加成矿的运移通道和储矿构造?碎裂岩化相宏观特征以顺层裂隙破碎带+切层裂隙破碎带+碎裂岩化+沥青化+网脉状铜硫化物为主?微观裂缝类型主要为砾内缝?砾缘缝与穿砾缝,沿裂隙和裂缝充填绿泥石?辉铜矿?沥青质?石英和铁碳酸盐等?地层从老到新,裂缝密度整体呈现由低到高的特征?裂隙渗透率和气测渗透率表明上侏罗统库孜贡苏组含矿层的裂隙渗透率比其他非含矿层更高,裂隙和裂缝为盆地成矿流体提供了运移通道和储矿空间?     

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.     

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。     

高速远程滑坡热-水-力耦合效应与沿程侵蚀研究

为研究高速滑坡超强流动性及沿程侵蚀问题,本文在Goren热-水-力耦合模型的基础上结合滑坡侵蚀率公式,构建了考虑沿程侵蚀影响的一维高速远程滑坡热-水-力耦合物理模型,提出了有限体积法隐式格式与TDMA耦合算法,对高速滑坡运动热水力耦效应及侵蚀效应进行数值模拟。结果表明：高速滑坡运动过程中热水力耦合效应提升了滑坡的流动性并显著影响滑坡的沿程侵蚀作用。     

崩滑碎屑体堵江成坝研究综述与展望

堰塞坝是由崩塌、滑坡、泥石流等斜坡失稳体堵塞河流而形成的天然坝体。我国是堰塞坝的高发区,在作者统计的全世界范围内堰塞坝案例中,发生在我国的高达758例,占比59%。近年来,频发的地质构造活动和极端气候灾害(台风、暴雨、融雪等)诱发了大量的堰塞坝,严重威胁所在流域的生命财产安全。崩滑碎屑体堵江形成的堰塞坝通常结构松散、稳定性差、溃决程度大、溃决速度快,容易形成巨型洪灾,对下游生命财产造成更大危害。首先简要总结了一般堰塞坝堵江研究,阐明了崩滑型堰塞坝成坝特点。然后分析崩滑碎屑体运动及破碎机理和碎屑体堵江成坝机理研究,明确了颗粒破碎和水流条件对坝体形态特征、物质组成和稳定性的作用。崩滑碎屑体堵江通常有3种成坝模式：滑入型、爬高型和折返型,不同类型堰塞坝的稳定性具有显著差异。堰塞坝的稳定性与坝体关键特征参数(几何形态、坝体结构和物质组成)密切相关,而坝体特征参数又主要由崩滑体在运移过程中碰撞破碎和入河堵江时的固液耦合作用共同决定。考虑上述两种因素,结合物源性质、边坡地形、河谷及水流条件,本文提出了成坝影响因素与堰塞坝的空间形态、结构特征及稳定性的内在关系的研究思路,以便建立基于坝体稳定性快速评价的坝体特征预测模型。本研究的开展可为堰塞坝形成前坝体特征的事先预测以及堰塞坝形成后坝体稳定性的快速评估等方面的研究与实践提供重要理论依据。     

落石冲击破碎特征的加载率相关性研究

落石在与地面碰撞的过程中易发生破碎,形成较多能量大、形状各异的岩石块体,从而增加了落石的危害性。长期以来,由于对落石破碎后的运动轨迹、能量演化、块体尺寸分布等的量化存在较大的困难,落石的破碎解体还没有被考虑到落石的运动学分析中。因此,研究落石的冲击破碎机理,判断落石是否破碎和预测破碎块体的大小将促进落石运动分析的进一步发展。本研究运用离散单元方法建立落石与地面的数值模型。落石由紧密粘接的球形颗粒组成,刚性地面由一层固定颗粒代替。研究落石在不同的速度撞击下的破碎特征,分析落石破碎特征与冲击加载率的关系。研究结果表明：落石在撞击地面后,内部瞬间产生大量的裂纹,这些裂纹相互贯通,便将落石破裂成为不同大小的块体。随着冲击加载率的增大,落石内部产生的裂纹急剧增加,致使落石破碎的块体数目增多,块体尺寸减小。落石的破碎程度与加载率呈线性正相关关系,破碎块体数量和最大块体尺寸与加载率呈幂函数关系,且破碎块体的尺寸分布特征符合三参数极值分布。     

岩石爆破逾渗断裂行为与块度分布研究

岩石是一种内部空间结构具有强烈随机性的高度无序介质，其爆破损伤断裂和破碎过程极为复杂．运用逾渗理论和重整化群方法分析了岩石损伤断裂的临界性质，阐明了岩石断裂破坏的物理机制，建立了临界参数与岩石宏观物理性质之间的联系，揭示了临界参数的物理意义．根据破裂面分维与碎块分维的关系结合损伤演化方程，提出了块度分维计算式，研究了爆破块度分布规律．     

青藏高原东南三江流域滑坡灾害发育特征

青藏高原东南三江流域横跨青藏高原东南的高山峡谷区与藏北高原区,地形地貌与气候特征差异大,新构造运动与地震活动强烈,致使该区地质环境脆弱、地质灾害频发、灾害链特征显著,对区内人民生命财产和工程建设的安全、重要基础设施的正常运营构成了严重威胁。本文在利用遥感解译确定青藏高原东南三江流域滑坡灾害空间分布的基础上,探讨滑坡灾害的发育规律及其主要影响因素。 利用GoogeEarth影像结合现场调查进行滑坡灾害的遥感解译,得到滑坡灾害类型及其空间分布;采用分辨率为90m的SRTM数字高程模型（DEM）进行地形地貌特征分析,得到研究区海拔高程、地形坡度、坡向、相对高差栅格图层;以1:50万地质图的地层岩性为基础进行岩组划分并栅格化形成地层岩组栅格图层,以1:50万地质图中的主要断层为基础并与1:150万青藏高原及邻区大地构造图中的主要断裂进行整编后进行缓冲区分析形成距主要断裂的距离图层;根据1:150万青藏高原及邻区大地构造图获得研究区大地构造单元图层。对上述栅格图层分别进行分带、分类后与滑坡灾害空间分布图层进行叠加分析,以滑坡所占面积的百分比为依据绘制直方图,从而得到研究区滑坡灾害的主要发育特征。 在面积为46.2万km2的青藏高原东南三江流域范围内,累计解译面积不小于0.001km2的滑坡灾害60315处,包括滑坡体、崩塌堆积体和变形体3类;以滑坡体为主,占总数的97.73%。滑坡灾害空间分布具有沿深切峡谷成带分布,沿部分断裂构造,如巴塘断裂、维西-乔后断裂、苏哇龙-雄松断裂的拉哇-昌波段等密集分布的特点。从滑坡所占面积的百分比直方图可以看出,滑坡灾害多发育在坡度20~30°、高程小于4000m、相对高差超过1000m的斜坡内。在18类地层岩组中,碎屑岩、板岩夹灰岩组合、泥页岩与粉砂岩组、蛇绿混杂岩、板岩与千枚岩岩组、火山岩等5类为滑坡灾害发育的明显优势岩组。在25个大地构造单元中,金沙江蛇绿混杂岩、中咱碳酸盐台地、那曲-洛隆弧前盆地、保山陆表海盆地、盐源-丽江陆缘裂谷盆地、北澜沧江蛇绿混杂岩、甘孜-理塘蛇绿混杂岩等7个为滑坡灾害明显优势发育的构造单元。尽管距主要断裂距离、坡向对滑坡灾害发育有一定影响,但不显著。 由此可见,青藏高原东南三江流域滑坡灾害发育,影响滑坡灾害发育的地形地貌与地质因素主要为地形坡度、高程、相对高差、地层岩组及大地构造单元,距主要断裂的距离、坡向的影响不显著。     

汶川地震灾区帽壳子滑坡形成泥石流的过程和特征

实地调查了汶川地震灾区北川县帽壳子滑坡转化为坡面泥石流和沟道泥石流的基本特征和形成过程,并利用能量守恒原理和Takahashi泥石流运动模型对其运动特征进行了分析。结果表明：对于强震诱发的滑坡,其层间碎块石土体强度低,滑坡体内部裂隙发育,在强降雨作用下容易转化为泥石流;滑坡转化为坡面泥石流的过程为岩土体沿基岩面下滑→撞击→强碎屑化→流动→快速停积;滑坡转化为沟道泥石流的过程为滑坡体崩滑→弱碎屑化→水流掺混→掏蚀沟道→流动堆积;滑坡转化为坡面泥石流后,起始速度较快,但没有沟道限制和水力作用,因此运动阻力较大,冲出距离远小于沟道泥石流;利用Takahashi泥石流运动模型计算得到的沟道泥石流冲出距离与实际观察值比较吻合。     

大冶铁矿滑坡破坏特征及判据

通过地质调研,分析了大冶铁矿滑坡体破坏特征和成因.根据滑坡发展过程表现出来的破裂扩展极限特征,建立了滑坡位移、变形速率、蠕变切线角、位移加速度、位移矢量角变化趋势曲线.运用数理统计,将多参数进行联合分析,提出了滑坡的综合预报判据,为滑体后续监测提供了科学的理论和实际依据.     

Improvement and Application of Grain Size Distribution Characteristics Calculation of Bed Material

Grain size distribution of bed material is an important characteristic for studying evolution of natural river channel by means of experimental ways and numerical modeling of flow and sediment process.In this study,the fractal characteristic of sediment particle has been defined by means of fractal theory based on ana- lyzing the property of grain size distribution of bed material in the river channel.Furthennore,the fractal prop- erty of sediment particle has been applied to judge the process of armoring and stabilizing in the armoring ex- periment of bed material.In addition,the relationship between the riverbed roughness and its fractal dimension is also obtained according to the experimental data.Finally,the relationships between bed material roughness, fractal dimension,and representative diameter(d_(50),d_(90))are discussed respectively,the roughness comparison shows that the proposed roughness formula based on fractal theory has higher precision.     

Analysis of microscopic pore structures of rocks before and after water absorption

Hydrophilic characteristics of rocks are affected by their microscopic pore structures, which clearly change after water absorption. Water absorption tests and scanning electron microscopic (SEM) experiments on rock samples, located at a site in Tibet, China, were carried out. Changes of rock pore structures before and after water absorption were studied with the distribution of pore sizes and fractal characteristics of pores. The results show that surface porosities, fractal dimensions of pores and the complexity of pore structures increased because the number of new small pores produced increased or the original macropore flow channels were expanded after rocks absorbed water. There were points of inflection on their water absorption curves. After water absorption of other rocks, surface porosities and fractal dimensions of pores and complexity of pore structures decreased as the original pore flow channels became filled. Water absorption curves did not change. Surface porosity and the pore fractal dimensions of rocks have good linear relationships before and after water absorption.