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滑坡-碎屑流运动堆积特征与能量耗散规律

哈尔滨工业大学学报 2023年

作者：王佳佳陈浩军肖莉丽李枝强蔡宗润孙兆龙长安大学公路学院

为深入探究滑坡-碎屑流运动堆积特征与能量耗散规律，通过简化地形特征，考虑体积效应和启滑高度关键因素，建立室内滑坡碎屑流试验模型，监控并获取模型运动与堆积过程特征参数，揭示滑坡碎屑流运动学特征。此外，应用TS方法模拟滑坡... 详细信息

为深入探究滑坡-碎屑流运动堆积特征与能量耗散规律，通过简化地形特征，考虑体积效应和启滑高度关键因素，建立室内滑坡碎屑流试验模型，监控并获取模型运动与堆积过程特征参数，揭示滑坡碎屑流运动学特征。此外，应用TS方法模拟滑坡碎屑流缩尺模型的运动全过程，反演获得碎屑流模型关键动力学参数，结合试验和数值方法定量研究碎屑流的运动过程（距离、厚度、速度等）、堆积特征以及能量转化规律。结果表明：滑坡体积与启滑高度对碎屑流最大运动距离的影响程度较为相近，启滑高度对堆积体宽度几乎没有影响；碎屑流平均速度先增大至峰值后逐渐减小，速度峰值受到启滑高度影响明显，碎屑流前缘速度显著大于中部及后缘速度；碎屑流重力势能转化为动能的效率在10%～25%，且转化效率随着启滑高度的增加而增大，而体积对转化效率影响较小。综合研究了滑坡碎屑流运动堆积特征和能量耗散规律，成果对滑坡碎屑流动力学机制研究提供支撑，对防灾减灾具有一定的价值。

关键词：滑坡-碎屑流运动特征堆积形态能量耗散物理模型试验 Tsunami Squares方法

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滑坡-碎屑流模型实验岩石相似材料特性研究

工程地质学报 2023年第3期31卷 924-931页

作者：姬彦东林棋文王玉峰程谦恭任占强姚志勇孙先锋西南交通大学地质工程系成都611756 西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室成都611756 中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

具有较低强度、较高脆性和良好水稳性的岩石相似材料是在物理模型实验中重现滑坡-碎屑流成坝与溃坝全过程的关键条件之一,然而目前却极少有合适的岩石相似材料能够用于该过程的物理模拟,因此,本文以重晶石和钙砂为骨料,以石膏和硅酸钠... 详细信息

具有较低强度、较高脆性和良好水稳性的岩石相似材料是在物理模型实验中重现滑坡-碎屑流成坝与溃坝全过程的关键条件之一,然而目前却极少有合适的岩石相似材料能够用于该过程的物理模拟,因此,本文以重晶石和钙砂为骨料,以石膏和硅酸钠为胶结剂,以羧甲基纤维素钠和甘油为辅助添加剂,并拌合一定的水进行岩石相似材料的配比实验。采用控制变量法研究了骨胶比、重砂比、硅膏比、羧甲基纤维素钠含量和拌合水量5种因素对相似材料物理力学性质的影响,初步探究了硅酸钠控制岩石相似材料水稳性的机理。实验结果表明:骨胶比主要控制弹性模量;重砂比对内摩擦角有较大影响;硅膏比控制水稳系数;羧甲基纤维素钠含量控制内摩擦角;拌合水量控制黏聚力和单轴抗压强度。硅酸钠在提高材料水稳性方面起到化学胶结作用、填充作用和骨架作用,是控制相似材料水稳性的关键因素。结合实验结果和理论分析,本文配制的相似材料具备较低强度、较高脆性和良好的水稳性,为在1︰400~1︰800的实验尺度下实现滑坡-碎屑流成坝溃坝全过程物理模型实验奠定基础。

关键词：相似材料配比实验水稳性滑坡-碎屑流

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滑坡—碎屑流模型试验及离散元模拟

滑坡—碎屑流模型试验及离散元模拟

作者：孙荣昆明理工大学

学位级别：硕士

滑坡是一种常见的地质灾害,大型滑坡通常会对人们的生产生活乃至生命安全造成严重的影响,我国山地丘陵地区大型自然斜坡广泛存在,受极端降雨及地震等因素的影响,滑坡灾害频发。滑坡运动过程以及堆积特征是灾害影响评估的重要指标,目前... 详细信息

滑坡是一种常见的地质灾害,大型滑坡通常会对人们的生产生活乃至生命安全造成严重的影响,我国山地丘陵地区大型自然斜坡广泛存在,受极端降雨及地震等因素的影响,滑坡灾害频发。滑坡运动过程以及堆积特征是灾害影响评估的重要指标,目前滑坡运动机理还有待进一步完善,堆积特征的预测也有待进一步的研究发展。本文自行研制了滑坡-碎屑流模型装置,就碎屑流级配、体积、滑坡长以及坡角等因素进行了一系列的试验研究,首先分析碎屑流下滑过程的运动特征,然后研究了上述影响因素对碎屑流堆积特征的影响规律,最后重点研究了碎屑流堆积连续体的函数图像拟合问题,并就上述因素进行了相关性分析。通过自然休止角的物理试验和数值模拟对碎屑流试验材料进行离散元的细观参数标定,在此基础上,通过碎屑流试验及其数值模拟对比,验证了标定参数的准确性。设计了多组不同的狭缝坝拦挡结构,研究其对碎屑流运动堆积的影响。主要获得了以下研究成果:(1)碎屑流分为启动阶段、下滑阶段及堆积阶段。在启动阶段,颗粒由于互相挤压作用而向两侧扩展;当所有堆积料滑出物料盒,碎屑流进入下滑阶段,该阶段仍存在部分横向扩展,但主要以沿坡面下滑运动为主;当颗粒到达坡脚后,碎屑流进入最后的堆积阶段。(2)不同的级配条件使得碎屑流在下滑过程的形态存在差异,细颗粒组在下滑时连续性及整体性好,粗颗粒组在下滑过程中则较为分散,即具有边缘稀疏特性;堆积形态主要包括两类:所有颗粒冲出斜板和部分颗粒停留在斜板上。(3)滑坡长是影响冲程的最敏感因素,堆积体质量是影响展宽的最敏感因素,坡角是影响堆积厚度的最敏感因素。碎屑流的冲程随滑坡长的增加而增大,展宽随堆积体质量的增加而增大,堆积厚度随坡角的增大而减小。(4)堆积连续体的前缘部分近似为二次函数图像。随着坡角增大以及粗颗粒含量增加,堆积连续体边缘形状开口越小。(5)狭缝坝能够部分挡拦碎屑流前缘及中部的颗粒,能够基本全部拦挡碎屑流的后缘颗粒,同时狭缝坝能够有效减小颗粒x方向的速度。(6)狭缝坝柱间距、排间距、柱排数以及柱相互位置均是狭缝坝的拦挡效果的重要影响因素,柱间距减小、排间距减小、柱排数增多以及柱排列错位均能提高狭缝坝的颗粒体积拦挡率。

关键词：滑坡-碎屑流模型试验离散元模拟运动特征堆积形态狭缝坝

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岩质滑坡-碎屑流的运动距离计算公式研究

岩土力学 2019年第12期40卷 4897-4906页

作者：郑光许强彭双麒成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室

滑坡-碎屑流的远程运动距离是碎屑流体所能够达到的最大堆积距离,是灾害预警和评估的重要指标。通过总结已有碎屑流运动距离研究成果,从岩体势能入手开展研究,并结合量纲分析,首先建立了运动距离与势能之间的基本方程。其后,采用4种颗... 详细信息

滑坡-碎屑流的远程运动距离是碎屑流体所能够达到的最大堆积距离,是灾害预警和评估的重要指标。通过总结已有碎屑流运动距离研究成果,从岩体势能入手开展研究,并结合量纲分析,首先建立了运动距离与势能之间的基本方程。其后,采用4种颗粒材料开展岩质碎屑流滑槽试验,研究碎屑体体积V、滑移区坡度α、碎屑粒径d以及最大垂直运动距离H等对碎屑流运动距离L的影响,通过逐步拟合回归,建立了基于势能的岩质滑坡-碎屑流最大水平运动距离的计算公式。最后,采用汶川地震触发的38个岩质碎屑流以及17个其他典型岩质滑坡碎屑流数据对计算公式进行了验证,结果表明,考虑该运动距离计算公式具有较好的可靠性,能够为山区滑坡-碎屑流灾害预警工作提供理论指导。

关键词：滑坡-碎屑流远程运动距离计算模型滑槽试验颗粒流逐步回归

都江堰市五里坡高位滑坡-碎屑流成因机制分析

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岩土力学 2016年第S2期37卷 493-501页

作者：杜国梁张永双姚鑫郭长宝杨志华中国地质科学院地质力学研究所国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室北京100081 中国地质科学院地质力学研究所北京100081

2013年7月10日发生的四川省都江堰市中兴镇三溪村五里坡滑坡-碎屑流,属于典型的降雨型高位斜向层状岩质滑坡-碎屑流灾害。在前人研究成果梳理和进一步野外调查的基础上,分析总结了五里坡滑坡-碎屑流的成因及演化模式,并对五里坡高位滑... 详细信息

2013年7月10日发生的四川省都江堰市中兴镇三溪村五里坡滑坡-碎屑流,属于典型的降雨型高位斜向层状岩质滑坡-碎屑流灾害。在前人研究成果梳理和进一步野外调查的基础上,分析总结了五里坡滑坡-碎屑流的成因及演化模式,并对五里坡高位滑坡在降雨作用下的后缘裂隙扩展判据和滑坡启动判据进行了定量计算。研究表明,五里坡滑坡的演化模式为后缘拉张裂隙形成→降雨作用下裂缝开始扩展→动、静水压力联合作用下斜坡沿泥质软弱层滑动→后缘拉裂槽形成→"7·10"强降雨诱发滑坡复活→滑体前缘临空崩落、加速→崩滑体沿沟谷铲刮、运移→堆积停止。从力学角度推导了前期降雨作用下滑体后缘裂缝自动扩展的最小深度、滑坡失稳的临界水头高度和临界降雨强度的计算公式,得出充满水的后缘裂缝在静水压力作用下开始自行扩展的临界深度为11.3 m;后缘裂隙贯通至滑带后,当五里坡斜坡体在后缘裂缝水头高度达到9.8 m时滑坡处于启动的临界状态。

关键词：滑坡-碎屑流降雨成因机制裂隙扩展判据启动判据

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汶川地震滑坡-碎屑流致灾距探讨

地质科技情报 2015年第5期34卷 219-224页

作者：李论基韩金良中国地质大学北京100083 中国地质科学院地质力学所北京100081

为了阐明地震滑坡的运动特性并对其进行致灾距的预测,基于遥感影像解译和野外调查数据,借助经验公式法,分析了汶川地震滑坡水平最大运移距离L与前后缘高差H之间的相关性,给出了经验公式;探讨了不同滑坡之间滑程的差异与异常。结果表明... 详细信息

为了阐明地震滑坡的运动特性并对其进行致灾距的预测,基于遥感影像解译和野外调查数据,借助经验公式法,分析了汶川地震滑坡水平最大运移距离L与前后缘高差H之间的相关性,给出了经验公式;探讨了不同滑坡之间滑程的差异与异常。结果表明：若已知H,可用L=aH＋b或L=aHb对总位移进行预测初探;将视摩擦系数H/L=0.45作为汶川地震高速远程型滑坡的上限较合适;滑坡体积、源区破裂面积与L呈正相关,与H/L呈负相关;地震滑坡易发生在山脊线平行于断裂带、垂直于地震波传播方向的山体两侧;崩塌型滑坡易发前后缘高差范围在10~100m之间,大型高速远程型滑坡易发前后缘高差大于200m;滑坡源区易发坡度分布在25°~51°之间,滑床坡降变化范围为0~58°,高速远程型滑坡的滑床坡降主要在8°~20°之间;分析认为滑程差异和异常是距离效应、能量传递与岩体挡板效应、滚动润滑与气垫效应、体积与破裂面积效应、地质因子、地形因子、颗粒级配与颗粒流效应等因素综合作用的结果,考虑上述因素有益于滑坡-碎屑流致灾距的预测分析。

关键词：滑坡-碎屑流最大运移距离差异影响效应

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偏转角度对滑坡-碎屑流运动影响的模型试验

山地学报 2017年第3期35卷 316-322页

作者：杨海龙樊晓一赵运会王海瓜西南科技大学土木工程与建筑学院

本文基于模型试验,对不同偏转角度(θ)作用下的碎屑流运动堆积特征进行初步研究。试验结果表明,在偏转作用下,碎屑流的运动经历了加速、持速和减速三个阶段。碎屑流的前缘速度在持速阶段表现出明显的波动性,偏转角度越大,碎屑流前缘速... 详细信息

本文基于模型试验,对不同偏转角度(θ)作用下的碎屑流运动堆积特征进行初步研究。试验结果表明,在偏转作用下,碎屑流的运动经历了加速、持速和减速三个阶段。碎屑流的前缘速度在持速阶段表现出明显的波动性,偏转角度越大,碎屑流前缘速度波的动性越显著;但偏转角度对碎屑流的运动时间的影响并不显著。对碎屑流受偏转作用后的水平运动距离进行分析表明较小的偏转角度更有利于碎屑流的运动。偏转作用下碎屑流的堆积过程表现出"多次叠加堆积"特征,偏转角度越大"多次叠加堆积"的现象越明显。同时,碎屑流的堆积厚度分布也明显受控于偏转角度的影响。横断面上,堆积厚度沿受冲击碰撞一侧向对侧减小,两侧堆积厚度的差异随偏转角度的增大呈抛物线变化,θ=20°时最大。纵断面上,碎屑流在坡脚附近的堆积厚度随偏转角度的增大而增大。

关键词：滑坡-碎屑流偏转角度运动参数模型试验

汶川地震触发文家沟高速远程滑坡-碎屑流成因机理分析

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工程地质学报 2010年第5期18卷 631-644页

作者：王涛石菊松吴树仁张永双李滨辛鹏孙萍国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室中国地质科学院地质力学研究所北京100081

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... 详细信息

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。

关键词：汶川地震文家沟高速远程滑坡-碎屑流成因机理

茂县新磨特大滑坡-碎屑流的发育特征与运移机理

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工程地质学报 2018年第1期26卷 193-206页

作者：曾庆利魏荣强薛鑫宇周元泽尹前锋中国科学院计算地球动力学重点实验室北京100049 中国科学院大学地球科学学院北京100049

2017年6月24日茂县叠溪镇新磨村发生体积近800×10~4m^3的灾难性特大型滑坡-碎屑流灾害。通过现场调查、遥感解译和资料分析,本文对灾害发育的地质环境条件,崩滑危岩体及运移堆积特征,降雨及地震对崩滑的触发作用等进行了研究,探讨了影... 详细信息

2017年6月24日茂县叠溪镇新磨村发生体积近800×10~4m^3的灾难性特大型滑坡-碎屑流灾害。通过现场调查、遥感解译和资料分析,本文对灾害发育的地质环境条件,崩滑危岩体及运移堆积特征,降雨及地震对崩滑的触发作用等进行了研究,探讨了影响碎屑流运动性的主要效应及其致灾机理,并评价了类似灾害的监测预警新方法。研究认为:(1)新磨村位于1933年叠溪MS7.5地震前已经存在的大型老滑坡堆积体上,多次历史强震和历年降雨循环使滑源区砂板岩坡体表层卸荷带失稳剥离,内部岩体完整性和强度进一步损伤劣化,滑源区在2003年之前已经发育了多条宽大裂缝,并存在显著滑前变形前兆,新磨滑坡本质上是一次后地震机制的灾难性高速岩质滑坡-碎屑流。(2)新磨基岩顺层滑坡体积约150×10~4m^3,但有约600×10~4m^3沟道老崩坡积体被刮铲、裹携。滑坡体高位撞击使老堆积体内"土拱效应"快速丧失并获得加速,"刮铲-裹携效应"促进了滑坡-碎屑流的流动性和扩散性,但大规模的裹携也限制了碎屑流运移得更远。这种冲击加载-刮铲裹携的破坏机制与1986年新滩滑坡、2000年易贡滑坡和2004年贵州纳雍左营滑坡等类似。(3)滑坡-碎屑流产生的地震信号分析可再现整个滑坡、冲击、运移、停积等全过程,震前InSAR形变资料分析则揭示了显著的变形前兆,两者结合应是未来这类超视距崩滑-碎屑流灾害早期识别、评价和预警的新方法。(4)鉴于滑后新磨流域仍然存在大量新老裂缝及其切割而成的危险块体,建议立即开展详细的灾害调查、风险评价和监测预警工作,避免类似灾害重复发生。

关键词：滑坡-碎屑流冲击加载效应裹携效应 InSAR变形监测崩滑地震信号同震及震后滑坡 1933年叠溪MS7.5地震