唐家山滑坡堵江机制及堰塞坝溃坝模式分析

 在对唐家山滑坡及其堰塞坝现场进行详尽地质调查结果基础上,结合早期(地震前)资料开展研究,结果表明,该滑坡形成及堵江过程可概括为：顺层岸坡结构地震诱发→滑坡体前缘剪切、后缘拉裂→高速下滑、形成气浪、前缘刨蚀河床、对岸阻化隆起→后缘边坡坐落下滑→堰塞堵江。对堰塞坝体地质结构、不同水位条件下堰塞坝整体及上下游部位不同工况稳定性分析表明,堰塞坝以沟槽部位表层松散体水流逐级淘刷的“溢流破坏”方式为特点,整体溃坝可能性小。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

通麦堆积体稳定性分析及堵江预测

西藏林芝地区冰川地貌发育,冰碛物堆积体岸坡典型,在极端条件下容易发生滑动,造成堰塞堵江,对人民的生命财产安全构成威胁。文章以林芝市波密县通麦镇的堆积体岸坡为例,在分析堆积体稳定性的基础上,依据现场调查和数值模拟分析,圈定堆积体可能发生滑动的范围,从而计算出滑坡的体积。最后利用滑距推算法,计算滑坡的堵江高度。     

唐家山滑坡变形运动机制的离散元模拟

 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危害较大。以汶川地震触发的唐家山滑坡为例,在野外现场调查基础上,采用离散元数值模拟技术,对滑坡由变形累积到破坏滑动的全过程进行模拟,以研究地震作用下顺层岩质滑坡的变形破坏过程。结果表明：在地震力及滑体重力作用下,坡顶首先形成应力集中,滑体沿中后部的软弱面产生蠕变变形,随着持续的地震动力输入,应力不断向中前部的锁固段集中,使得变形沿接触面不断向坡脚方向扩展,最终从坡脚剪出,破裂面贯通形成滑带;通过滑动过程模拟表明,唐家山滑坡运动模式为：启动→高速滑动→碰撞停积→自稳过程,滑坡滑动过程中,斜坡表层部分块体在地震水平力作用下发生临空抛射现象,表层岩体在滑动过程中,受地震竖向作用力而发生垂直抛落现象;地震力作用下坡体中质点加速度、速度具有高程放大效应,表现为水平加速度放大系数大于竖向加速度放大系数、水平速度放大系数大于竖向速度放大系数,对比结构面监测点和基岩监测点加速度、速度放大系数,表明滑坡启动时具有较大的加速度,也说明不连续结构面对岩质边坡的动力反应起着控制性作用。     

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。     

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。     

Numerical simulations of kinetic formation mechanism of Tangjiashan landslide

Tangjiashan landslide is a typical high-speed landslide hosted on consequent bedding rock.The landslide was induced by Wenchuan earthquake at a medium-steep hill slope.The occurrence of Tangjiashan landslide was basically controlled by the tectonic structure,topography,stratum lithology,slope structure,seismic waves,and strike of river.Among various factors,the seismic loading with great intensity and long duration was dominant.The landslide initiation exhibited the local amplification effect of seismic waves at the rear of the slope,the dislocation effect on the fault,and the shear failure differentiating effect on the regions between the soft and the hard layers.Based on field investigations and with the employment of the distinct element numerical simulation program UDEC(universal distinct element code),the whole kinetic sliding process of Tangjiashan landslide was represented and the formation mechanism of the consequent rock landslide under seismic loading was studied.The results are helpful for understanding seismic dynamic responses of consequent bedding rock slopes,where the slope stability could be governed by earthquakes.     

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。     

唐家山滑坡后壁残留山体震后稳定性研究

 在对残留边坡现场地质调查基础上,根据坡体表部裂缝分布、延伸长度和贯入深度,结合唐家山高速滑坡形成机制,推测残留山体除表层零星塌滑外,仍存在较大规模滑坡的可能,其破坏模式以坡顶拉张裂缝贯穿下错→坡体中部沿顺层滑移→前缘切层剪切破坏的拉裂–滑移–剪断三段式为特点。根据该破坏模式,对残留山坡分别考虑在天然、持续暴雨以及地震等不同工况下,按二维和三维折线型潜在滑面进行稳定性计算和分析。结果表明,残留山坡整体稳定,但浅表部稳定性差。在此基础上,对残留山坡提出相应的整治措施建议。     

汶川地震中国道G213左侧某典型高山河谷场地地震滑坡响应分析

 以国道G213左侧一处包含河谷地形的高陡边坡为原型,采用新型离散元计算方法--基于连续模型的离散元方法(CDEM),对高烈度地震作用下高陡边坡上的堆积体滑坡由变形累计到破坏滑动的全过程进行模拟,并结合振动台试验结果,对该高陡边坡上堆积体的地震滑坡响应进行研究。研究结果表明,在地震力和重力作用下,堆积体顶部先出现应力集中,造成堆积体沿基岩–堆积体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点,之后随着地震动的持续,基岩–堆积体结构面上的剪切破坏点逐渐向堆积体中前部的锁固段扩展,同时伴随着堆积体表面拉伸破坏点的增加,最终造成锁固段发生渐进性破坏,堆积体从剪出口滑出形成滑坡。滑塌发生的时间与地震动峰值加速度到达的时间同步或稍微有所滞后。在高陡边坡地形中,以输入地震波为基准,不论是坡面还是坡体内,不同位置的峰值加速度沿坡高均有所放大,表现为竖向峰值加速度的放大效应＞水平峰值加速度的放大效应,坡面峰值加速度的放大效应＞坡体内峰值加速度的放大效应。在河谷地形中,以输入波为基准,不论是河床还是河岸两侧的斜坡,不同位置的峰值加速度沿高程均具有不同程度的放大;河谷对加速度放大效应的影响具有一定范围,且在该范围内水平加速度的放大效应＞竖向加速度的放大效应,与坡面处加速度的放大效应刚好相反;加速度的放大效应具有一定的方向性,且该方向性与河岸两侧斜坡的坡度有关;加速度放大效应在河谷底部的分布具有不均匀性,距离河岸越近,加速度放大效应越强烈。     

中部“砥柱”锁固平面旋转切向层状岩质滑坡启动力学机理与稳定性判据

中部“砥柱”锁固平面旋转滑坡,是切向层状岩质斜坡在特殊的边界条件控制下,发生渐进性变形而形成的。其主要特征是：在平面上,滑体中部的潜在滑床面部位,岩层抗剪强度较高,出现坡体变形的相对锁固段：而由滑体中部向周围边界,坡体变形逐渐增大。且变形岩体围绕着滑体的中部呈现出平面旋转变形之趋势。引起滑坡平面旋转的根本原因是滑体在变形时,其所受诸力的合力不通过滑体重心,从而产生了使滑体发生旋转的力矩。其变形与破坏模式可以概化为：在自重力、滑床摩擦力、滑床锁固段阻力和滑体周围边界处围岩切层阻力的共同作用下,圆环状岩块(岩板)所发生的平面旋转变形以及临界状态下“锁固段”的旋转破坏问题。基于弹性力学的平面应力问题,分析了圆环状岩块的旋转应力场：并应用极限平衡方法,分析了旋转滑坡下滑失稳的启动条件和旋转滑动的力学机理,建立了滑坡稳定性的判据。     

强震崩塌岩体冲击桥墩动力响应研究

 雅(安)-泸(沽)高速公路YK136＋097西冲特大桥16#桥墩岩质边坡发育的陡倾坡外结构面与风化卸荷裂隙构成倒悬危岩体。该区属高地震烈度区(VIII度),运用非连续变形数值分析(DDA)方法,对危岩体在强震作用下的失稳模式、破坏规模、运动轨迹及对桥墩冲击的动力响应进行模拟研究。演进过程如下：强地震力作用产生放大效应,使突出山梁部位岩体首先震裂、抛掷,接续为中下部岩体沿卸荷拉裂面溃崩解体,滑体进而沿主控结构面整体滑塌、冲击桥墩。统计分析坡体及桥墩监测点位移大小和变化特征,表明桥墩上各监测点位移与地震节律呈正相关,在失稳岩块撞击及堆积岩体推挤作用下,系梁与桥墩顶端变形及永久位移较墩身其他位置大,这一过程与“5•12”汶川地震滚石冲击桥梁破坏现象吻合。在对坡体及桥墩变形量化分析基础上,依据强震触发崩塌特征提出了桥梁边坡危岩防治方案。