高位滑坡远程动力成灾机理及减灾措施研究

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高位滑坡灾害主要分布在我国西部高山峡谷地区,具有急剧突发、破坏性强和致灾范围广等特点,危害巨大。加强对高位滑坡远程动力成灾机理研究,可以揭示滑坡动力冲击及远程堆积等运动演化过程,指导开展高位滑坡减灾措施制定。本文选取2017年6月24日发生的四川省茂县新磨滑坡为例,基于野外地质调查、遥感影像分析、理论推导、物理模型试验和数值仿真等方法,对新磨高位滑坡的易滑地质结构、孕灾演化、冲击加载、远程堆积、早期识别和减灾措施等方面进行研究,主要取得以下成果:(1)通过对国内外典型的高位滑坡地质灾害进行分析,总结了高位滑坡灾害的定义、分类和特征,阐释了软弱结构带、锁固段和冻融黄土等西部地区的高位滑坡易滑地质结构的控灾特征,分析了地震、降雨和人类工程活动等因素作用下的高位滑坡诱发机制,最后总结了高位滑坡链式成灾模式。(2)基于野外地质调查、遥感影像分析和室内试验,分析了研究区内工程地质条件和古滑坡分布情况,查明了新磨滑坡地层主要为变质砂岩夹杂板岩的复理石建造,其崩滑体形态呈现“U”字形,且裂缝发育。岩体结构在地震和优势节理切割作用下成网状,形成震裂山体,最后在长期自重和降雨等因素下出现溃曲破坏。微观试验结果显示线性擦痕、矿物定向聚集排列和微裂隙发育,表明滑体运动剧烈、碰撞解体效应明显。(3)基于溃曲结构破坏方程和Hoek-Brown强度准则,分析了新磨滑坡溃曲段临界长度变化趋势。利用峰值残余降原理计算了新磨滑坡启动速度和运动速度。基于势能转化原理和块体模型建立了有无初速度的两种新磨高位滑坡动力冲击力计算模型,分析了坡度和堆载体积对动力冲击力的影响。计算了动力冲击荷载下新磨古滑坡的稳定性,当加载滑体体积约100×104m3~150×104m3时,古滑坡体失稳滑动。(4)基于无人机航拍图和数字图像识别技术方法,对新磨滑坡各区域的块体粒径和分形数进行分析,结果表明滑程越远,滑体的破碎化程度越高,并在滑坡前缘堆积区域发现有大型堆积平台、运动脊和块石定向排列等远程堆积地貌特征。利用集合经验模态分解和时频分析等方法,研究表明新磨滑坡地震信号以低频为主。基于滑坡破碎地质特征和动力分析等,提出新磨高位远程滑坡动力灾害分区方法:高位滑坡急剧启动区、冲击加载区、破碎运移区和散落堆积区。(5)利用经验法、连续体法和离散元法等数值技术方法,重构了新磨滑坡运动演化全过程,计算了滑体的运动速度、堆积体厚度和典型特征点的运动规律,其中离散单元法更适用于模拟动力冲击、铲刮和裹挟等动力学特征。基于物理模型试验方法,分析了块石粒径、质量和坡度等因素对滑坡碎屑流的堆积范围和运动速度等影响,提出了远程滑坡碎屑流的运动模式。(6)通过野外详细地质调查和多期多源遥感调查方法,建立基于坡体结构、岩体类型和地形地貌等方面的新磨高位滑坡灾害的早期识别地质指标,提出了基于易滑地质结构和“空-天-地”一体化空间遥感监测,耦合易滑溃曲地质强度指标分析的早期识别方法,有效指导分析高位滑坡从孕灾到临灾的演化过程,总结了高位滑坡风险防控技术思路,为高位滑坡防灾减灾提供重要支撑。
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