东河口滑坡－碎屑流高速远程运移机制探讨

摘  要  青川东河口滑坡－碎屑流是“5.12”汶川大地震触发的典型高速远程滑坡,滑坡自高程1300m处开始滑动,总滑程约2400m,致使780余人遇难。野外调研结果表明,该滑坡自启动到最终静止,分别经历了滑坡启动阶段、重力加速阶段、圈闭气垫效应飞行阶段、撞击折返阶段及长距离滑动堆积阶段五个重要动力过程,最终抵达下寺河左岸的红花地村并形成堰塞湖。文中通过对该高速远程滑坡－碎屑流的地质背景及形态特征进行剖析认为,东河口滑坡启动区的断层破碎带、局部凸起地形以及力学性质较差的千枚岩、板岩的存在,对该滑坡的启动均有着显著影响;滑坡体在运行一段距离后是否可以继续保持高速远程滑动,除了有利的地形外,滑体滑动路径上坡体堆积物的含水状态是促使该滑坡成为高速远程滑坡—碎屑流的重要原因之一。     

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。     

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。     

2010年7 ·27四川汉源二蛮山滑坡-碎屑流特征与成因机理研究

2010年7月27日凌晨4时许,四川省汉源县万工乡二蛮山发生大规模滑坡,约48×10⁴m³的强风化玄武岩体,在前期降雨的影响下高位高速滑出,随即解体转化为碎屑流,沿沟谷高速运动,沿途不断携卷和铲刮堆积于沟床及两侧斜坡的表层松散物质,使滑体的体积和含水量不断增大。当运动到沟谷中段时,因沟道在此向右偏转,在强大的惯性力作用下,部分碎屑流体冲向左岸斜坡,将居住于此的双合村一组5户村民房屋掩埋,造成20人失踪; 另一部分碎屑流体继续沿沟谷高速运动近1.4km才最终停止。约30min后,堆积于沟谷中段深切沟道内的滑坡堆积物,在重力作用下再次启动,形成二次滑坡。二次滑坡缓慢蠕滑流动数小时,最终到达万工新集镇,将部分房屋推倒掩埋,造成92户房屋受损、1500人被迫紧急转移。本文在对灾害现场进行详细地质调查的基础上,结合现场测绘、颗分试验、航拍等手段,对二蛮山滑坡体的基本特征进行了较深入的调查研究,对滑坡发生及成灾原因进行了初步分析。结果表明,滑源区相对突出的地形条件、风化破碎的玄武岩体和有利的结构面组合是滑坡发生的基本条件; 前期降雨期间爆发的泥石流对滑源区坡脚的掏蚀、强降雨的饱水加载作用以及雨水沿陡倾张裂结构面的下渗软化作用,是诱发滑坡发生的直接原因。二蛮山沟谷原为一高频泥石流沟,滑坡发生前并无明显的滑坡迹象,滑坡的发生表现出极强的隐蔽性和突发性以及高位高速远程运动和危害巨大的特点,同时,主滑坡发生后在短时间内滑坡区再次启动发生二次滑坡,这些现象和特点具有特殊性,也具有典型性,值得深入研究。     

岩石碎屑流运移堆积过程数值模拟

岩石高速远程崩滑是一种特殊的、危害性很大的地质灾害,崩滑后期形成的高速岩石碎屑流具有很高的运移能力,破坏力极强。以岩石碎屑流为研究对象,重点模拟岩石碎屑流形成后,碎屑流的运移堆积过程和最大运移堆积距离。利用二维颗粒离散元数值模拟方法,建立碎屑流二维运动堆积模型,分析了岩石碎屑流初始高度、体积、加速斜面坡度、堆积底面摩擦系数以及堆积底面地表起伏程度对于岩石碎屑流最大运移堆积距离的影响。实验结果显示:岩石碎屑流运移堆积过程体现出了碎屑流物质的离散性和流动性; 碎屑流最大堆积距离随高度、体积、斜面坡度增大而增大; 随堆积底面摩擦系数、堆积底面地表起伏程度增大而减小。     

高速飞行器壁板颤振的分析模型和分析方法

壁板颤振是壁板结构在高速气流中产生的一种自激振动,在超声速和高超声速飞行器上特别容易发生这种现象。壁板颤振引发的非线性振动将对高速飞行器结构的疲劳强度、飞行性能和飞行安全带来不利的影响。随着高速飞行器设计中各项研究工作的开展,壁板颤振问题受到了到越来越多的重视。本文阐述了目前国内外学者在高速飞行器壁板颤振分析领域的研究现状及壁板颤振研究中常用的六种分析模型,并根据壁板颤振分析中使用的结构理论和气动力理论,详述了这种分类的依据。文中还介绍了温度、气流偏角、壁板几何尺寸及边界条件对壁板颤振的影响规律和目前常用于分析壁板颤振问题的频域和时域方法,总结了各种分析方法的优缺点。最后归纳了目前在高速飞行器壁板颤振研究中得出的几个重要结论,提出了今后在高速飞行器壁板颤振研究中需要解决的若干问题。     

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。     

黄土滑坡发育类型及其空间预测方法

现场调查了黄土地区的大量滑坡,按运动方式将其分成错落式滑坡、高速远程滑坡、低速缓动滑坡和滑坡泥流四种类型,并以4个典型滑坡为例,分析了各类滑坡的形成条件和运动学特征。提出了在各类运动方式下黄土滑坡的空间预测指标、影响因子和建模思想。为黄土地区的滑坡灾害空间预测提供了整体思路,为滑坡的预测理论建模提供了基础依据。     

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。     

工程岩体卸荷破坏机制研究的现状及展望

综合讨论了工程岩体的性质、卸荷破坏的特点及其机制; 回顾了工程岩体卸荷破坏机制的研究现状, 对当前工程岩体破坏研究的主要问题和今后的方向进行了探讨与展望。     

西龙池抽水蓄能电站下水库BW2危岩稳定性分析

BW2危岩位于山西西龙池抽水蓄能电站下水库进/出水口和地面开关站及副厂房附近,其下部基座由较软的砂质页岩夹竹叶状灰岩构成,上部为坚硬的厚层泥质条带状灰岩,而且由于受到F118断层割切,已形成一座柱状的分离体。这种上硬下软的结构是BW2危岩岩体产生卸荷松动变形的根本原因。如果BW2危岩体发生破坏,将对水库安全产生巨大的影响。通过系统分析BW2危岩体的工程地质条件后,提出了危岩体可能的破坏模式,然后利用刚体极限平衡和快速拉格朗日(FLAC^3D)方法对危岩体在4种不同工况条件下的稳定性进行评价和预测,并提出危岩防治措施。     

水平互层围岩隧道破坏机理及其范围预测模型

水平互层围岩因其显著的层理构造, 导致其破坏形式相较于均质围岩有较大区别. 目前针对水平互层围岩的研究集中在单一破坏模式, 未考虑破坏形式的多样性. 为探究水平互层围岩的破坏范围, 首先按其层理面划分为单层围岩进行分析, 将围岩破坏分为拉破坏、楔形剪切破坏和拱形剪切破坏3种典型模式, 分别建立了岩梁受拉分析模型和拱形关键块剪切分析模型进行分析, 提出了相应的破坏准则, 并引入塌落系数和临界高度对不同破坏模式的孕育条件进行研究, 将此方法应用于矿井巷道和隧道工程实例中, 与既有方法进行比较, 验证了单层围岩破坏机理模型的可靠性, 同时代入离层破坏算例中验证其实用性. 并以此为基础, 结合破坏范围层间连续条件和破坏休止条件建立水平互层围岩破坏预测模型, 将上述水平互层围岩破坏模型应用于补连塔矿巷道实例. 结果表明本文预测的水平互层围岩破坏范围与数值模拟结果、真实塌落情况吻合较好. 研究成果可为水平互层围岩隧道支护方案设计提供理论基础.      

基于数字图像的土、岩和混凝土内部结构定量分析和力学数值计算的研究进展

土、岩及混凝土是一种内部结构极其复杂的材料,内部细观组成和结构决定了它们在外力作用下内部应力和应变等物理场的分布状态,在很大程度上控制了它们的宏观力学响应和破坏机理和过程。自1995年以来,数字图像处理技术作为一种材料细观空间结构及几何形态的精确量测和数字表述手段快速地被应用于沥青混凝土、水泥混凝土、土和岩体材料细观结构定量分析中来。本文在研究相关文献的基础上,分析和研究了数字图像技术在土、岩及混凝土内部结构定量分析和力学数值计算中的发展过程和研究成果,内容包括:单个骨料颗粒形态特征定量分析;土、岩和混凝土内部结构定量分析;岩体结构定量分析中的应用;基于数字图像处理的土、岩和混凝土细观结构力学计算。在此基础上,本文进一步对数字图像技术在岩土领域中的应用进展及未来的发展趋势进行了探讨,认为数字图像作为一种空间分布测量手段和数字表述方法使得它具有巨大的潜力,特别是在岩土领域的纵深发展过程中,它可能实现考虑细微观结构性的岩土力学和工程分析和预测的、新的方法和理论。     

自然复合材料的强韧化机理和仿生复合材料的研究

本文评述了一个新的研究方向─—自然复合材料强韧化的细观机理及其仿生复合材料的研究。着重考察了木、人骨、贝壳珍珠层、昆虫外骨骼及翅等自然复合材料的研究现状,基于这些研究,部分仿生材料已被设计和制造出来并达到商用程度．复合材料在细观层次的仿生,是将对复合材料及其结构设计产生潜在冲击的重要发展方向．      

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。     

金属玻璃基复合材料的变形行为及本构关系研究综述

金属玻璃及其复合材料因其优良的力学性能而具有良好的应用前景,相关研究方兴未艾. 本文主要总结国内外的研究成果并结合本课题组的最新研究工作,针对块体金属玻璃基复合材料的变形行为、增韧机理和本构关系研究现状进行较为全面的综述. 首先,对近几十年来在块体金属玻璃基体材料的变形行为与失效机理以及本构关系研究方面的丰硕成果进行简要回顾. 其次,从实验研究和数值模拟两方面,重点对金属玻璃基复合材料的变形行为与失效机理研究成果进行介绍,总结了金属玻璃基复合材料的塑性变形、增韧机理及影响因素. 然后,对金属玻璃基复合材料的本构关系研究最新进展进行评述,重点介绍了均匀化方法在该领域的应用. 作为代表,较为详细地介绍了作者新近提出的一个二次均匀化的方法,并在此基础上,结合纳米孔洞作为自变量的失效判据而建立了本构模型,该模型对金属玻璃基复合材料的变形和失效行为进行了合理预测. 最后,对该领域的研究现状进行简单的总结,并对未来的研究问题进行展望.      

软岩工程地质力学研究进展

在中国煤矿软岩工程地质力学的研究中 ,作者指出了国际岩石力学学会关于软岩定义的缺陷 ,提出了新的软岩定义和分类 ,并论述了软岩的变形力学机制、软化状态方程、软岩巷道支护理论、支护荷载的确定以及软岩工程地质力学设计方法。可以认为 ,中国软岩工程地质力学已经形成了较为完整的理论框架体系.     

单面约束系统动力学研究进展

综述了单面约束系统动力学研究的历史与现状，并提出未来研究的建议。     

岩质高边坡卸荷带形成及其工程性状研究

首先针对边坡开挖或河谷下切的卸荷过程, 讨论了边坡应力场的分布, 提出了边坡二次应力的“驼峰应力分布”规律。在此基础上, 分析了伴随边坡二次应力场的形成, 岩质高边坡卸荷带的形成机理。进-步, 结合三峡船闸高边坡的开挖和监测实践, 讨论了卸荷带的工程地质意义及其力学性状表现。最后, 利用本文的基本观点, 对三峡船闸高边坡卸荷带进行了合理的数值模拟研究。