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。     

甘肃省舟曲8.7特大泥石流调查研究

本文通过对甘肃省舟曲县城后山三眼峪沟和罗家峪沟特大泥石流灾害的现场调查,从泥石流形成的地形、地质和降雨条件入手,分析了特大泥石流灾害的特征与成因：三眼峪沟和罗家峪沟泥石流形成区在2010年8月7日23～24时的1h降雨量达77.3mm,暴雨形成强大洪水依次冲毁两条沟内的天然堆石坝和人工拦挡坝,形成规模巨大的高容重黏性泥石流,泥石流冲出总量和泥沙总量分别为 144.2×10⁴m³和97.7×10⁴m³; 泥石流携带具有强大冲击力的巨石冲毁房屋5500余间; 在白龙江内形成长约550m,宽约70m,高约10m的堰塞坝并形成堰塞湖,堰塞湖回水长3km,使县城一半被淹; 泥石流造成1744人死亡和失踪。分析研究表明,三眼峪沟和罗家峪沟泥石流如果在近期遭遇强降雨还会暴发泥石流,但规模比87特大泥石流小;如果强降雨发生在数年后,暴发的泥石流规模比87特大泥石流略小;在20a或更长的时期内,没有发生新的地震影响下,在三眼峪沟和罗家峪沟经历一次大规模泥石流暴发后,泥石流的规模将回到汶川地震前的水平。     

2008汶川大地震极端滑坡事件初步研究

  为了分析汶川地震诱发滑坡灾害事件强度和影响,本文以汶川地震诱发滑坡极端事件为线索,在统计分析前10个规模最大、位移最远、危害最重及最大滑坡堰塞湖分布特征的基础上,重点研究前三甲极端滑坡事件的简要特征,初步揭示： (1)汶川地震诱发的极端滑坡事件主要沿龙门山中央断裂（映秀—北川断裂带）和Ⅹ-Ⅺ高烈度地段分布,强震的振动力、地震主传播方向和发震断裂NE向扩展作用是启动极端滑坡事件的主要原因;  (2)规模最大的前10个滑坡和距离最大的前10个高速远程滑坡具有很好的重合特征,两者都反映汶川地震诱发的高能量滑坡事件; 其中,规模最大的绵竹市安县大光包滑坡,初步估算体积约742×108m3,最大运动距离达到35km,距离排名第二; 距离最大的绵竹文家沟高速远程滑坡,初步估算最大位移为42km,其体积约15×108m3,规模排名第二,这两个滑坡都属于世界上罕见的大型高能量高速远程滑坡;  (3)前10个最大的灾难性滑坡事件,累计导致3751人死亡,单个滑坡引起的人员死亡超过100人,最多的达到1600人,属于世界上罕见的灾难性滑坡事件;  （4）潜在危险性最大的10个滑坡堰塞湖,曾经威胁几十万人的生活安全,其中,最大的北川唐家山滑坡堰塞湖,曾经威胁下游绵阳市30万人的生活安全,这些滑坡堰塞湖都及时采取人工开挖措施排除了潜在危险。     

考虑引流槽开挖措施的堰塞坝溃决机制分析

基于土水耦合机制,耦合溃口水力学、溃口扩展、溃口侵蚀、洪水调节模型,提出了考虑引流槽开挖措施的堰塞坝溃决机制分析方法,并应用于红石岩堰塞坝案例,定量分析了不同开挖措施导致的溃决洪峰流量、洪峰时间、总泄洪量以及对下游梯级水库群的风险效应。结果表明,若单一考虑坝址的溃决洪水,不同开挖措施的溃决洪峰流量及溃决时间相差不多,溃决洪峰流量差值在360m3/s范围内变化。当开挖的引流槽宽度增加时,堰塞坝洪峰流量降低,总泄洪量增加,到达洪峰时间相差不多,下游水库群的最高水位、出库洪峰流量降低,漫顶时间推迟。当深度增加时,堰塞坝溃决洪峰流量、总泄洪量降低,到达洪峰时间提前,下游水库群的最高水位、出库洪峰流量降低,漫顶时间提前。以下游梯级水库群不翻坝为首要风险安全控制标准,可确定引流槽开挖最优方案为宽20m、深10m。     

晚更新世以来黄河上游巨型滑坡特征及形成机理初步研究

滑坡发育与气候变化关系研究是近年来滑坡灾害研究的热点问题之一。本研究以我国晚更新世以来黄河上游的巨型滑坡为研究对象,分析了其时空分布特征、发育期与气候变化的关系以及气候演变对巨型滑坡发育的作用机理。研究认为： （1）大型古滑坡在时空分布上具有明显的多期性和时段性,大区域滑坡的广泛发育与全球古环境变化的暖湿间冰期之间呈现良好的一致性关系。（2）黄河上游龙羊峡—刘家峡380km的干流河段内发育有大小滑坡205个,滑坡堆积物的残留总方量为781×108 m3,其中巨型滑坡15个,占滑坡总数的73%。（3）干流区内发育有3期滑坡,其中早期滑坡多披覆于黄河Ⅲ～Ⅳ级阶地,光释光年龄显示其发生于MIS 3时期; 晚期滑坡多披覆于黄河Ⅱ级阶地,发育于距今约5kaBP.左右的全新世暖期,现代滑坡披覆于黄河Ⅰ级阶地,多为早期滑坡前缘因人类工程活动诱发的次级滑坡。     

红石河堰塞湖漫顶溃坝风险评估

四川省青川县红石河堰塞湖是2008年5月12日汶川大地震形成的34座大型堰塞湖之一,是由东河口滑坡堵塞红石河形成的。该堰塞体高度约50 m、宽度约250 m、顺河向长度约500 m、形成的最大库容约400万m3。本文作者对红石河堰塞体做了较详尽的现场试验,包括土的冲蚀试验、土的基本物性试验等。基于现场试验数据,对土的冲蚀性和漫顶溃坝风险做了详细的分析。结果显示,从土的抗冲蚀性角度考虑,只要有水溢出就会有土体被冲蚀,这说明红石河堰塞体的漫顶溃决可能性较高。本文还提出经验公式来预测红石河堰塞体漫顶的溃决时间,大约为4.5d,如果考虑到大石块对抗冲蚀稳定性的有利影响,这一数值会增大。此外,还研究了溃决深度随时间的变化规律。     

用CE/SE法对弯曲与分叉河道的溃坝洪水波的数值研究

对作者的二维溃坝洪水波的数学模型进一步推广,得到了一般形式的基于任意四边形网格的时空守恒元和解元方法(简称CE/SE法)的新的格式.CE/SE法从守恒积分型浅水方程出发,设立守恒元和解元,严格保证其物理意义上的守恒律,并且构造思想简单,格式通用性好.首先采用CE/SE法计算等宽矩形河道的溃坝洪水波,并与Stoker解析解进行比较,在此基础上,数值模拟了180度强弯曲河道、45度三支分叉河道的二维溃坝洪水波的演进过程,揭示了溃坝洪水波在弯曲河道中内外两岸速度与水位的变化,在分叉河道中自动进行流量与动量的再分配,在分叉点处形成旋涡,水位变化剧烈等复杂的运动特征,算例结果表明基于任意四边形网格的CE/SE法精度高,稳定性好,该格式对各种不规则几何区域内的溃坝问题具有较强的适应性,对溃坝洪水波的间断具有较高的分辨率.     

汶川地震触发大光包巨型滑坡基本特征及形成机理分析

大光包—红洞子沟巨型滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,其体积达7.42亿m3, 堰塞坝高达690m,是我国已知的最大规模地震滑坡和最高的滑坡堰塞坝,也是目前全世界已知的为数不多的几个方量在5亿m3以上的超大规模滑坡之一,其高达690m的滑坡堰塞坝为目前世界最高的滑坡坝。滑坡位于发震断层上盘,距发震断裂——映秀—北川断裂不足7km。震前斜坡为三面切割的孤立型山脊,相对高差达1500m;斜坡岩层走向与坡面近于垂直,层面延展性极好,构成滑动面形成的基础。调查和分析表明,斜坡的临空条件和贯通性好的灰岩层面是滑坡产生的基础;而高强度和长持时强震地面运动是导致滑坡产生的根本因素。滑坡产生的机理和过程可分为以下4个阶段：即坡体震裂、松弛和解体阶段、高速溃滑阶段、震动堆积阶段、二次抛射和碎屑流堆积阶段。失稳高速下滑的坡体,形成了沿主滑方向长4.2km,宽2.2km的堆积体,高速流动的碎屑流越过下游侧风波岩山脊,沿红洞子沟形成了长1km的碎屑流堆积区。     

一个由左右岸滑坡形成的滑坡坝成因机制分析

滑坡坝及形成的堰塞湖在世界各国特别是山区一带广泛分布。它能够形成天然水库 ,在发生溃坝和洪水漫坝的情况下 ,造成的灾害损失很大。历史上产生过许多天然滑坡坝 ,有些很快发生溃坝 ,有些存在时间很长。存在时间较长的滑坡坝 ,它周围风景秀丽 ,成为旅游热点地区 ,同时也可开发其水资源。滑坡坝的形成有滑坡堵江、崩塌堵江和泥石流堵江 3种形式 ,它的形成机制对于滑坡坝的存在时间起了重要的作用。在开发和利用滑坡坝时 ,它的成因机制需要分析评价。本文对某滑坡坝的形成机制进行了研究 ,在研究某滑坡坝时发现 ,它由左右两岸的滑坡共同作用形成 ,这种形成模式在国内外报道很少 ,对类似工程也有一定的借鉴意义     

二维溃坝绕流的WENO格式数值模拟

WENO(Weighted essentially non-oscillatory scheme)格式是一类新的高精度无振荡差分格式.本文将WENO格式和Runge-Kutta时间离散的思想应用于二维浅水方程组的求解,数值模拟矩形河道中大坝瞬间局部溃倒,下游有障碍物的洪水演进过程,并对模拟结果进行了分析,表明采用WENO格式所建立的高分辨率模型能够有效地模拟溃坝波的演进过程.     

黄河上游戈龙布滑坡高速下滑成因机制及堵江分析

黄河上游戈龙布滑坡位于积石峡水电站库区内,经过现场调查可知,戈龙布滑坡为一大型滑坡,整个滑坡体积达到5040万m3,一共分为4个区。研究表明,戈龙布滑坡成因机制为滑移－拉裂型,滑坡在黄河右岸经过高速远程下滑过后撞击上游山体,部分滑体越过黄河堆积于左岸并堵塞黄河达数百年,堰塞湖内有厚度达30余米的纹泥沉积,初步分析滑坡坝的高度在100m左右,库水深在70m左右,滑坡堵江时代在Q4时期。滑坡坝溃决后导致黄河改道,残留的滑体分别位移黄河的左岸和右岸。     

金沙江某水电站上下坝址岩体卸荷差异研究

油水乳化渗流是三元复合驱和热力采油过程中常见的现象,地层介质的微观 孔隙结构特征对乳状液流动有着重要影响. 现有描述乳状液渗流的理论模型都属于确定性方 法,只能反映出介质孔隙结构的体积平均效果. 当介质内部微观非均质性相比其尺寸不能被 忽略时,采用确定性方法描述会与实验结果存在偏差. 基于连续时间随机游走理论建立 了描述乳状液渗流的随机理论模型. 该模型引入反映液滴微观运动特征的跃迁时间和跃迁位 移两个概率分布函数来反映多孔介质微观非均质特征. 研究结果表明该模型能很好地刻画 实验曲线中出现的与介质尺度相关的拖尾现象,可作为更一般的过滤模型.     

梯级溃坝洪水洪峰增强机制

我国在多条河流上修建了大量梯级水库, 梯级坝溃决诱发洪水大大超过单坝溃决洪水洪峰, 因此亟需加深对梯级坝溃决洪水洪峰增强机制的认识. 本文建立了梯级坝溃决洪水演进过程的一维浅水动力学模型, 发展了一套能捕捉激波、干湿边界和保平衡结构的数值求解方法, 通过大量算例, 系统研究了梯级坝溃决洪水演进过程的质量转化和能量转化机制. 研究结果表明, 梯级溃决中, 上游溃决诱发的洪水大大增大下游水库的质量和动量, 形成一个带动量的水塔, 同时在尾部残留一个动量较大的射流, 不断补充下游坝体溃决后水塔的质量和动量, 持续维持洪峰高度. 根据该射流-水塔机制, 建立了梯级坝溃决洪水演进过程对应的射流-水塔单坝溃决洪水过程等效模型, 该等效模型基本反映了梯级坝溃决诱发洪水的洪峰过程, 并成功预测了多个坝间距为百公里量级的梯级坝溃决洪水洪峰高程和流量, 可望为流域防洪和梯级坝设计提供理论依据.      

2009年6·5重庆武隆鸡尾山崩滑灾害基本特征与成因机理初步研究

2009年6月5日下午15时许,重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山山体发生了大规模的崩滑,约500万m3被结构面切割成“积木块”状的灰岩山体,沿缓倾页岩软弱夹层发生整体滑动。高速运动的滑体物质在堵塞前部宽约200m,深约50m的铁匠沟沟谷后,形成平均厚约30m,纵向长度约2200m的堆积区,掩埋了12户民房和正在开采铁矿的矿井入口,造成10人死亡,64人失踪,8人受伤,成为近年来少有的一次崩滑灾难性事件。本文在对灾害现场进行大量地质调查的基础上,结合遥感、三维激光扫描等综合手段,对鸡尾山崩滑体特征进行了详细描述,对灾害发生原因进行了初步分析。结果表明,鸡尾山山体垮塌是在不利的地质结构条件下,并受到长期重力、岩溶等作用和采矿活动的影响,因前部起阻挡作用的关键块体被剪断突破而导致的一起大型山体崩滑事件。深入研究鸡尾山崩滑体的形成条件和成灾机理,对我国西南地区存在与鸡尾山崩滑体类似地质条件的灾害隐患点的减灾防灾工作,具有重要的指导意义。     

汶川震区北川县城泥石流源地特征的遥感动态分析

针对一种充气前缘(inflatable leading edge, ILE)增升技术,建立了其充气结构与流场耦合作用的运动方程. 将方程写成状态空间形式, 采用时域推进方法求解. 对使用了变前缘增升技术的NACA 63-212翼型进行了充气结构静变形的数值计算,结果表明充气结构的刚度对翼型的气动特性 有明显影响. 与原翼型相比,在不考虑充气结构变形时, 该增升技术大约能使翼型的失速迎角 增加30{\%},最大升力系数增加22{\%};考虑结构变形后增升效果有所降低. 刚度较低的薄 膜在前缘吸力峰的作用下会隆起形成鼓包,容易引起流动分离.     

汶川地震极重灾区地质背景及次生斜坡灾害空间发育规律

5·12汶川大地震造成大量的次生斜坡灾害,本次研究区域为汶川大地震的11个重灾区,包括汶川、北川、青川、安县、平武、茂县、江油、彭州、什邡、绵竹、理县等市县。通过对重灾区航片、卫片、雷达图像的解译研究发现,重灾区次生斜坡灾害的主要灾种表现为崩塌、滑坡以及崩塌、滑坡高速运动解体形成的碎屑流（个别地方由于水的参与表现为泥石流）以及它们堵江形成的堰塞湖。研究发现地震次生斜坡灾害的发育具有明显的丛集性规律。从区域上看,次生斜坡灾害明显呈带状,沿龙门山断裂带展布,并主要受北川—映秀断裂控制。各灾种的发育在不同地段发育的规模、频率差别较大。以灾害分布面积来排序,汶川县灾害面积最大,为131.55km2,其次为北川县,为45.57km2,其余9个县（市）灾害面积相差不大,均介于6~17km2,其中理县灾害面积最小,为6.25km2。各灾种的发育在不同地段发育的规模、频率差别较大。青川县、平武县灾种主要为滑坡,汶川县、茂县、安县、理县灾种主要表现崩塌转化的碎屑流,北川的主要灾种则为碎屑流,其次为滑坡,什邡、彭州、绵竹、江油等地主要灾种为崩塌。
灾种发育的这种地域性差别主要受控于地层岩性,除此而外,还与构造特征、地形地貌等因素紧密相关。研究表明：岩性对灾害种类的展布有决定性控制作用。统计发现,岩性越坚硬,崩塌、碎屑流发育率越高,滑坡则在软岩地区、较软岩地区和较坚硬区发育率最高,泥石流则在软岩地区最为发育。地形地貌对次生斜坡灾害的发育有重要影响,统计表明,崩塌、碎屑流以及泥石流在1200～2000m坡段范围内发育率最高,其次为800～1200m坡段;而滑坡则在800～1200m坡段范围发育率最高。对坡度而言,除11°~20°坡度范围外,崩塌和碎屑流的发育率总体具有随坡度增高而增大的特点;而滑坡和泥石流的发育率呈现典型的单峰特征,在1°~20°范围内发育率最大。坡向对地震次生斜坡灾害的发育影响不明显。
地震次生斜坡灾害的发育规律表明,地震斜坡灾害的发生主要受控于活动构造本身,并沿活动构造呈带状展布,同时受场地条件如岩性、地形地貌等因素的强烈控制。     

汶川八级地震地质灾害研究

汶川地震触发了15000多处滑坡、崩塌、泥石流,估计直接造成2万人死亡。地质灾害隐患点达10000余多处,以崩塌体增加最为显著,反映出地震对山区高陡斜坡的影响差异性非常大,在山顶上的放大作用非常显著。通过综合分析堰塞湖库容、滑坡坝高以及坝体物质组成和结构,对地震形成的33处坝高大于10m的滑坡堰塞湖进行了评估,划分出极高、高、中和低4种溃决危险。汶川地震滑坡滑床往往不具连续平整的滑面,"尖点撞击"是极震区滑坡的一大共性,可以分为勺型滑床、凸型滑床和阶型滑床等类型。据实地调查,滑坡附近震毁建筑物垂向震动非常明显,具有"地震抛掷"—"撞击崩裂"—"高速滑流"三阶段特征。在高速滑流中,发生3种效应:(1)高速气垫效应,滑坡体由较大块石和土构成,具有一定厚度,飞行行程可达1~3km;(2)碎屑流效应,撞击粉碎的土石呈流动状态,特别是含水丰富时,形成长程流滑;(3)铲刮效应,巨大撞击力导致下部岩体崩裂,形成新滑坡、崩塌,但是,其厚度不大,滑床起伏不平。本文以北川城西滑坡和青川东河口滑坡为例,分析了地震滑坡高速远程滑动及成灾机理。北川县城城西滑坡导致1600人被埋死亡,数百间房屋被毁,是汶川地震触发的最严重的滑坡灾难,举世罕见。青川东河口滑坡—碎屑流是汶川地震触发的较为典型的高速远程复合型滑坡,滑程约2400m,高速碎屑流冲抵清江河左岸,形成滑坡坝,致使7个村庄被埋,约400人死亡。     

软硬相间层状复杂岩体综合变形模量原位试验研究

某拟建大型电站坝基岩体为一套河湖相沉积岩,包含了砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩等多种岩性岩体。不同岩体变形参数各异,常规变形试验只能获得单一岩性岩体的变形模量,而这种软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量是与单一岩性岩体变形模量、岩层倾角、岩层厚度多个因素相关的,如何通过试验获得这种复杂组合岩体的综合变形模量是一个重要问题。本文首先对坝址区不同岩性所占的比例进行了详细的统计,获得砂岩、粉砂岩和泥岩的厚度比为6：2.5：1.5,根据这一统计结果在坝轴线附近选择含有砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体的大型变形试验区,将承压板尺寸设定为200cm×37cm,承压板就能同时覆盖砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体,且将其厚度比确定为6：2.5：1.5。通过在承压板上施加大荷载（250余吨）将应力传至下部多层岩体,从而获得软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量。试验结果表明坝基弱下风化岩体的综合变形模量可达到7.0GPa,已经满足筑坝的要求。通过原位试验成功地论证了坝基岩体综合变形模量量值的问题。
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