强震条件下碎裂岩体崩塌机理及崩塌后壁对堆积体稳定性影响研究

"5 ·12" 汶川地震的强震作用诱发产生了大量崩塌地质灾害,且多发生于碎裂结构岩体中。崩塌后斜坡后缘岩体及前缘堆积体的稳定性和后缘岩体对前缘堆积体稳定性的影响研究同样是震后灾害所面临的问题。以干河沟沟口斜坡为例,在分析该斜坡结构特征及崩塌机理的基础上,采用二维离散元软件UDEC模拟了斜坡在天然或强震条件下的稳定状态和可能失稳过程; 运用极限平衡法对陡壁岩体再次崩塌,产生新物质堆载在现有崩塌堆积体后缘前、后分别建立模型进行了稳定性分析。研究结果表明:碎裂岩体崩塌过程可分为应力重分布、潜在崩塌体形成和地震诱发崩塌3个阶段。崩塌堆积体在考虑后缘堆载作用之前,在天然或地震环境下均处于相对稳定状态,考虑堆载作用之后,其可能会在地震条件下失稳。离散元法和极限平衡法的组合使用,对于解决同类斜坡的同类问题切实可行。     

青海玉树Ms7.1级地震地质灾害主要特征

2010年4月14日7时49分,青海省玉树县发生Ms7.1级地震。玉树地震产生较连续的地表破裂和大量房屋破坏,并诱发了滑坡、崩塌和震裂山体。此外,地震诱发的砂土液化、水渠溃决等加剧了局部山体地质灾害。通过现场调查和地震前后玉树县地质灾害发育状况,简要阐述了地震地质灾害的主要发育特征,包括震后地质灾害数量明显增加、地震地质灾害分布受活动断裂控制、低位滑坡为主、地质灾害链生效应显著等,并对灾后重建过程中的地质灾害防治提出了建议。     

汶川地震诱发文家沟巨型滑坡 碎屑流基本特征及成因机制初步分析

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2008年5月12日,汶川M80地震在四川省绵竹市清平乡文家沟内诱发一巨型滑坡。通过现场调查得知,滑坡前后缘高差455m,厚度20～30m,滑面为基岩层面,初始方量2750×107m3。滑体在运动中转化为碎屑流。滑坡-碎屑流总的水平运动距离为4022m,垂直运动距离为1443m,遗留的堆积物体积达5×107m3。滑坡距映秀—北川断裂仅36km,位于其下盘,地震烈度达XI度。滑坡导致文家沟中48人遇害,并形成一条完整的地震次生地质灾害链。初步分析表明滑坡启动速度快,滑坡向碎屑流转化过程明显、地点明确。碎屑流运动过程复杂,伴有强烈的“气垫效应”和“前缘气浪冲击效应”。作者认为,文家沟滑坡的高启动速度是长持时强烈地震动作用的结果,与山体的猛烈碰撞是导致滑体解体并转化为碎屑流的原因。     

贵州关岭大寨高速远程滑坡—碎屑流研究

2010年6月28日,贵州关岭因突降暴雨发生高速远程滑坡,滑程约1.5km,体积约174.9万m³,两个村组被毁,99人遇难。滑坡区位于西南地区常见的煤系地层区,上部为灰岩、白云岩,中部为相对较缓的砂岩地层,下部为页岩、泥岩地层,局部含煤,具有上硬下软的山体地质结构和上部富水下部隔水的水文地质结构,极易形成滑坡地质灾害。从地形上看,斜坡上陡下缓,形似“靴状地形”,上部陡峭地形导致山体易于失稳,而中下部开阔伸展良好的沟谷提供了远程的运动条件,较大的势能向动能的转化,容易形成高速远程滑坡—碎屑流。6月27日和28日的降雨是触发此起特大灾害的主要原因,其24h降雨量达310mm,超过了当地近60a来的气象记录,分析表明,降雨产生的沟谷径流量是平时强降雨(100～150mm·d^-1)的沟谷径流的2倍之上,一是在滑源区砂岩裂隙岩体中形成静水压力和渗透压力,触使滑坡的失稳下滑; 二是在沟谷中产生地表径流,为碎屑流远程流动形成饱水下垫面,导致了碎屑流流动距离和速度的显著增加。近年来随着极端强降雨等灾害性天气的重现期缩短,高速远程滑坡造成的群死群伤特大地质灾害在我国呈逐渐增加趋势,应加强对这种灾害类型的调查与防范,特别是要进行滑坡安全避让范围和逃逸速度的研究。     

汶川地震诱发大型滑坡分布规律研究

2008年5 ·12汶川地震由于其超常的地震动力,触发了数百处大型滑坡灾害。本文以遥感解译所获取的汶川地震区112处面积大于50000m²大型滑坡的基本信息为基础,结合代表性大型滑坡实例的现场调绘,对汶川地震诱发大型滑坡的发育分布规律进行了较系统的研究。结果表明,汶川地震大型滑坡分布除表现出与汶川地震诱发区域性地质灾害类似的分布规律之外,因主要源于发震断层瞬间大幅度错动的直接地震动力引发的大型滑坡,其发育分布及滑动、运动方式还表现出自身的特点,具体可归结为以下几种效应: (1)距离效应:约80%的大型滑坡集中分布于发震断裂地表破裂带两侧5km的范围内,距离越远,滑坡分布数量越少; (2)锁固段效应:汶川地震诱发的大型滑坡主要集中分布在与发震断裂的交叉、错列、转换部位及NE段末端等5个集中区段。其中,红白-茶坪段是大型滑坡最为集中发育段,不仅滑坡数量多,而且规模大,汶川地震诱发的最大两处滑坡均分布于此段。其次为断裂NE段末端的南坝-东河口段,该段大型滑坡密集发育,东河口滑坡和窝前滑坡等大型滑坡均出露于此段; (3)上下盘效应:绝大多数(>70%)大型滑坡都位于活动断裂的上盘,存在明显的"上下盘效应"; (4)方向效应:在与发震断裂带近于垂直的沟谷斜坡中,在地震波传播的背坡面一侧的滑坡发育密度明显大于迎坡面一侧,存在"背坡面效应"。同时,大型滑坡的滑动及运动方向还与各区段断层的错动方向有一定的相关性。在断层活动以右旋走滑为主的青川境内,有相当数量的滑坡表现出向NE方向滑动和运动的特点。     

川藏公路茶树山滑坡特征及成因机制分析

通过对川藏公路茶树山滑坡地质环境条件的系统调查研究,分析了滑坡岩土体结构、边界条件、变形特征、影响因素,并结合3DEC数值模拟,对其变形破坏机制进行了深入的探讨。综合分析表明,滑坡位于活动断裂带内,后缘斜坡陡峭,岩体破碎,同时前缘为较厚的松散堆积体斜坡,在地震活动、降雨等影响因素的诱发作用下,滑坡成因机制主要表现为以下3个阶段:(1)倾倒拉裂阶段,滑坡受后缘地形及岩体结构控制作用较为明显,在坡体浅表层一定深度范围内出现较为强烈的倾倒拉裂变形带,产生倾倒-拉裂滑动; (2)蠕滑变形阶段,前缘松散堆积体在强大的自重推力作用下发生蠕滑变形; (3)前部"锁骨段"剪断,整体失稳阶段,滑坡前部锁骨段在自重推力及断层活动的持续影响下,发生剪断,控制后缘倾倒拉裂体稳定性的潜在滑面与前缘松散堆积体体内的剪切滑动面贯通,滑坡整体失稳。     

岷江上游叠溪地震区斜坡变形破坏分区特征及其成因机制分析

以1933年岷江上游叠溪地震诱发的地面地质灾害基本特征入手,系统阐述了叠溪地震区斜坡变形破坏分区分带的 典型特征,归纳总结了高地震烈度区斜坡变形破坏的空间发育分布规律;重点从斜坡变形破坏分区特征与发震机制和应力场 的成生关系方面,分析探讨了叠溪地震区斜坡变形破坏分区特征的成因机制,阐明了1933年叠溪地震造成震区不同区带斜坡 变形破坏类型和变形破坏强烈程度差异之原因,充分揭示了内生地质作用对浅表生地质灾害的控制作用。     

三峡引水工程秦巴段主要地质灾害及其工程影响

为了研究三峡引水工程秦巴段的地表地质灾害特征及其工程影响,本文在简要分析秦巴山地区域工程地质条件和线路工程地质条件的基础上,重点分析秦巴山区典型地质灾害分布特征及其对引水工程的影响,初步揭示：(1)秦巴山区浅表层地质灾害具有类型多、成群带分布、规模大小差异明显;(2)秦巴山区地质灾害形成发展的主要影响因素是构造地貌、高陡边坡、斜坡结构和易滑地层组合,主要诱发因素为局部集中强降雨和线性工程（主要是公路）切坡及河流冲蚀作用;(3)地表地质灾害主要影响引水设施施工安全、施工便道、主要场地（水库和渡槽）等的安全,需要引起重视。     

高陡岩质边坡稳定性三维离散元分析

某高陡岩质边坡地质条件复杂、软弱结构面发育、开挖高度大、坡度陡、临空面多,为边坡变形提供了有利的空间,边坡多处出现失稳破坏迹象。通过对边坡工程地质条件调查,岩体结构特征和边坡开挖等影响因素的分析,认为边坡变形主要发生在强风化强卸荷岩体内,受软弱结构面的控制比较明显,表现为结构面组合控制的块体变形失稳破坏模式。采用3DEC数值模拟软件,模拟了边坡开挖后坡体变形特征,数值模拟结果表明,边坡浅表层块体以及控制性块体稳定性差,可能导致边坡产生整体失稳。     

浅埋偏压隧道出口变形机理及稳定性分析

以皖南某公路浅埋偏压隧道出口段高边坡为研究对象,提出了"零开挖进洞"的施工方案,并结合洞口的工程地质条件,采取必要的加固措施。通过对该边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC^3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡的变形首先以隧道内侧存在的软弱岩体(挤压错动带、断层)的不均匀压缩为先导,进而引起上部岩体产生由NE向陡缓结构面构成的阶梯状滑动,这将会使隧道构筑物及隧道外壁承受较大的压应力,当压应力超过隧道构筑物及外壁的极限强度时将产生破坏,从而诱发上部岩体产生更大规模的地质灾害。基于此,隧道进洞开挖前首先应对上部岩体进行加固处理,避免隧道构筑物及隧道外壁产生应力集中现象。     

汶川地震触发文家沟高速远程滑坡-碎屑流成因机理分析

文家沟高速远程滑坡-碎屑流位于映秀—北川断裂带与灌县—安县断裂带夹持的文家沟向斜断块中,地震断裂的强烈活动引起的振动效应是形成滑坡的先决条件。滑坡源区顶端与文家沟沟口高差约1360m,突兀山体下临深切峡谷的地形使地震动荷载在山脊部位的放大效应显著,并直接导致坡体破坏; 滑坡源区的地震动加速度3分量峰值分别为aEW=2.4g,aNS=2.3g,aUP=1.2g。D2gn观雾山组石灰岩斜坡具有强度渐进式分层结构,坡体表层以下约50m内的结构相对松散的残坡积层~新鲜岩体上部无法抵抗地震纵横波的周期性拉压与剪切耦合作用,被切割成为初始滑体; 滑体在第八级台地边缘高位剪出后,在文家沟上游地区最高滑移速度约介于93m ·s^-1~122m ·s^-1之间。滑体上部的干碎屑流在两处路径转折端瞬间压缩沟谷内的圈闭气体,形成明显的"气垫效应",滑体下部泥石流底层液化和颗粒有效动摩擦系数随剪切速度增大而减小的效应都是导致碎屑流体高速远程滑移的关键; 同时,碎屑物流通过程中还伴有明显的岸坡铲刮与翻越效应、以及树木摧削效应。汶川地震后截至2009年9月,降雨诱发碎屑堆积物形成多次泥石流,反映了地震地质灾害的链生性和长期性。     

汶川大地震山地灾害发育的控制因素分析

汶川大地震震后地质灾害调查结果表明,龙门山山地灾害无论是空间分布还是在剖面分布上均具有明显的不均一性：平面上集中在发震断裂及非发震断裂及其附近,剖面上集中在坡顶、坡折及孤立的突出地形上;运动形式具有加速起飞-滑翔-俯冲着陆三阶段。主要受控因素有发震断裂、高烈度、地震持续时间、斜坡地形效应、岩性及结构等。     

青川县桅杆梁斜坡地震动响应监测研究

本文采用941B型超低频测振仪及G01通用数采仪,自2009年5月13～27日,在青川县桅杆梁监测到4次余震。对山体斜坡高程805m和875m的余震地震动峰值加速度响应监测结果分析表明：相对于805m高程, 875m测点地震动峰值加速度在水平东西向以及垂向均呈减小趋势,而在水平南北向体现显著的放大效应,放大系数可达7～8倍,其FFT主频值主要集中为2～4Hz低频值。分析表明,所监测的微—有感地震震中位于测点北侧的青川断裂上,沿地震波传播方向斜坡体具有显著放大效应作用。     

汶川地震后四川省巴州区地质灾害特征研究

5•12汶川大地震震后,对四川省巴州区次生地质灾害应急调查表明,地质构造和地形地貌是巴州区地质灾害形成的主导因素,降雨是地质灾害的主要诱发因素。巴州区主要的地质灾害类型为崩塌和滑坡,其中崩塌的危害性较大。现场调查表明,巴州区崩塌地质灾害类型以岩质崩塌为主,滑坡地质灾害类型以残积层滑坡为主,主要分布在构造侵蚀中低山和侵蚀剥蚀桌状低山地貌区。5•12汶川地震对潜在的崩塌危岩体的稳定性有不良的影响。     

地震诱发滑坡复活机制的FLAC3D 数值模拟分析

地震是影响斜（边）坡、滑坡稳定性的主要因素之一。白龙江上某大型滑坡经顺层斜坡发生倾倒变形而成,天然状态下处于基本稳定状态,在“5.12″汶川地震作用下,该滑坡有整体复活迹象,其后缘周界形成了连续贯通的拉裂缝、错动台阶,尤其是滑坡下游区变形拉裂较明显。本文以该滑坡在地震作用下发生复活为例,在分析滑坡所处的区域地质条件的基础上,详细研究了滑坡的基本特征以及地震作用导致滑坡复活的现象、特征,然后利用FLAC^3D 软件内置动力分析模块对该滑坡复活机制进行了分析、研究。数值分析表明,地震作用下滑坡变形破坏受坡体形态的影响较显著,滑坡对地震波具有明显的放大效应; 同一地震动条件下,滑坡体相对周边处于稳定状态基岩边坡对地震更为敏感。这较好地解释了“5.12″汶川地震作用下,该滑坡的复活原因。     

中国汶川特大地震损毁城镇恢复重建选址的工程地质评价

在损毁城镇震后恢复重建工作中,场址的合理选择及安全性评估极为重要。选址问题涉及地震断裂、地质灾害、场地稳定及国计民生、经济发展等诸方面的复杂因素,是一个复杂的系统工程问题。考虑问题的基本原则应是,对于震后位于地震断裂带上,且地质环境恶化、存在严重地质灾害隐患的城镇,必须异地迁建;对于虽然损毁较严重,但远离断裂带,且不存在致命的地质灾害隐患的城镇,应按照"科学规划、规范避让、合理调整抗震设防标准"的原则,原址重建。灾后重建过程中,应重视地质灾害的隐蔽性、诱发因素的多重性与长期持续性等,加强地质环境的适宜性评价及地质灾害的风险性评估。本文结合震后的实际调查,对北川、青川两个县城及青川县木鱼镇的重建选址问题进行了探讨,在对场址工程地质和环境地质适宜性评估的基础上,提出了上述典型城镇的重建选址意见。     

瓦屋山水电站厂房区红层岩体古滑坡稳定性研究

红层岩体以其岩体结构的软硬相间及软弱夹层发育而在边坡稳定方面表现为"易滑地层"。瓦屋山水电站厂房区边坡为顺向坡,砂岩类岩石与黏土岩类岩石呈缓倾、互层状(倾角10°~20°)产出。构造与表生改造作用下,在这两类软硬相间的岩石界面上常形成分布较为连续的软弱夹层,这类岩体较易沿软弱夹层产生顺层滑动。地质历史时期,瓦屋山厂房区就是在这样的地质背景下,形成了多个古滑坡体,如颜湾和庙子岩古滑坡,它们在自然状态下已基本稳定。随后因风化剥蚀等作用,古滑坡体形态被改变或被来自后缘斜坡的坡残积层所掩埋,使其在勘察期间难以被发现。庙子岩滑坡即是这样一个被掩埋的古滑坡体坡,施工开挖过程中,由于切脚及降雨作用,使其重新滑动复活。本文以反复剪试验得到的滑动面抗剪参数,采用边坡稳定极限分析能量法(Energy Method Upper Baond Limit Analysis),简称EMU法,对庙子岩古滑坡在各种工况下的稳定作了计算,并据其结果采取了相应的抗滑处理。本文可作为红层岩体地区该类型滑坡勘察和工程处理设计的参考。     

2011年3月10日盈江5.8级地震诱发砂土液化灾害特征研究

2011年3月10日中缅边境附近的云南省德宏傣族景颇族自治州盈江县发生Ms5.8级地震,震源深度10km,造成25人死亡, 250人受伤, 13万人口受灾,众多构(建)筑物损毁,砂土液化广泛发育,约19km长的盈江河堤开裂。5.8级地震诱发如此大的次生灾害是近年来少有的。通过对本次地震地质背景和地质灾害调查分析,初步认识到:(1)本次地震是2011年初盈江4级震群继续增强活动的结果,近年来盈江地区地震群总体上呈现沿苏典断裂带从北至南逐渐迁移的趋势,本次地震是这一趋势的延续,位于苏典断裂南端,主余震显示本次地震破裂为苏典断裂与大盈江断裂的共轭破裂; (2)砂土液化是本次盈江地震震损严重的主要原因之一,在地表产生喷沙冒水、砂土体侧向滑动、地面开裂和下沉等次生地质灾害,对房屋、江堤、道路、水利设施和电线杆等构(建)筑物造成了较大破坏作用; (3)砂土液化主要发育在大盈江全新世粉细砂冲积层分布区,严重液化区主要为盈江的老河道,构(建)筑物损毁程度与液化区范围和强度有较好的对应关系,而晚更新世砂砾地层作为盈江的二级阶地不仅地势高、防洪能力强,其地基基础承载力高,抗砂土液化能力强,是盈江盆地内工程地质条件较好的地块,未发现砂土液化且构(建)筑震损轻微,可作为当地城镇未来规划发展的首选区域。     

汶川大地震触发地质灾害的断层效应分析

“5·12”汶川大地震(Ms=8.0)触发了数以万计的崩滑地质灾害,分布范围约10万km2。这些地质灾害的空间分布固然受地形地貌、地层岩性和人类工程活动等因素的影响,然而主要还是受到发震断层的控制,沿发震断裂呈带状分布。通过都(江堰)—汶(川)路、北川—安县、马公—红光3个地质灾害集中发育区的研究,发现汶川地震地质灾害具有以下断层效应：（1）由于属逆断型发震,地质灾害的分布表现出了明显的"上/下盘效应",发震断层上盘较下盘地质灾害分布密度高、范围广、规模大;（2）断层上盘0~7km范围为地质灾害强发育区,断层上盘7～11km范围和下盘0～5km范围为地质灾害中等发育区;绝大多数的大型滑坡都分布在距断层5km范围内;（3）断裂的转折和错列部位是地质灾害集中发育部位,大型地质灾害也往往发生在这些部位;（4）滑坡滑动的优势方向为NW-SE, 与映秀—北川断裂的空间展布方向基本垂直,这与地震波垂直于断层方向传播有密切的关系;（5）地震地质灾害主要集中发育在Ⅸ度及其以上烈度的区域。其中,Ⅺ度区发育密度与Ⅹ度区的基本相当,Ⅸ度区灾害密度只有前两者的1/3,而Ⅷ度区发育密度只有Ⅺ度区或Ⅹ度区的1/10。     

强震条件下高速滑坡的空间分布特征研究

5.12汶川地震引发了大量的滑坡灾害,本文以汶川地震极重灾区涉及的四川12县市为研究区域。通过详细的现场调查研究,对强震条件下的典型高速滑坡的空间分布特征进行了综合分析。从区域上看,高速滑坡明显呈带状沿龙门山断裂带展布,并主要受北川—映秀断裂控制。此外,本文还对研究区域内典型高速滑坡的滑程、剪出口高程、滑坡前后缘高差等几何要素的空间分布规律做了分析研究。