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随着“一带一路”倡议和西部大开发战略的深入实施,各类大型基础设施(如南水北调西线、“三江地区”水电开发、西电东送、西气东输、川藏铁路和西部地区高速公路网等)已建、在建或已列入国家发展规划,其选址、选线及长期稳定运行直接影响着国家交通干线、能源与生态环境安全,对区域经济合作与发展影响深远。然而,受喜马拉雅山脉和板块构造影响,这类大型基础设施往往难以绕离地质构造活跃、地震地质复杂的山区,故对这一区域内的地质灾害早期识别和预测预警提出了重大挑战。滑坡堵江灾害是指山区沿江两岸的大型斜坡体或高边坡,在地震、暴雨和冰雪融水等灾害荷载作用下发生破坏失稳,并运动堵塞于河道之中形成滑坡堰塞坝,进而可诱发区域性的堰塞湖洪涝及溃坝泥石流灾害。滑坡堵江发生频繁、影响区域广泛并且预测难度大,对工程及人类生命财产安全威胁十分巨大。因此,探究滑坡堵江的成坝过程,建立滑坡堵江危险性预测方法,对此类流域性地质灾害链的早期识别和防灾减灾工作皆具有十分重要的科学意义和工程价值。基于此,本文开展了如下主要内容研究:(1)基于弗劳德相似准则,自主研发了一套包含滑坡模拟模块、供水模块与河道模拟模块的滑坡-堵江-溃坝灾害链的水槽模型试验装置,并通过一系列预试验验证了装置的可靠性和稳定性;在此基础上,基于运动恢复结构原理,发展了一种实验室尺度上的三维非接触式图像测量方法,通过对比分析两类岩土体材料各100组平行试验的测量结果,验证了该测量方法在实验室尺度上的有效性。(2)开展了不同滑坡体体积量和不同河水流量的滑坡堵江成坝过程的水槽模型试验,真实再现了滑坡体入江瞬间涌浪、滑坡堰塞坝成坝、堰塞湖形成、滑坡堰塞坝漫顶溃坝及其溃坝泥石流和洪水灾害链的演进全过程。进一步地,提出了一种基于滑坡体单位时间入江量与河水流量比的无量纲滑坡堵江判据—River Blockage Criterion(简称RBC),进而预测滑坡堰塞坝是否可能形成。分析认为,当滑坡体单位时间入江量是河水流量的1.5倍时,则认为滑坡体入江可以形成滑坡堰塞坝;否则,不能形成滑坡堰塞坝。(3)发展了考虑拖曳力、升力和浮力模型的滑坡堵江DEM-CFD流固耦合数值方法,揭示了河水对滑坡堵江运动过程的作用,并定义了评价滑坡体是否完全堵江的滑坡堵江系数Ic;进一步地,基于滑坡速度、滑坡体积量、河水流速、河流水深和河道宽度的无量纲参数,建立了滑坡堵江系数的预测模型,且对该模型的可靠性进行了案例分析。(4)概化了滑坡堰塞坝成坝过程,在此基础上提出了滑坡堰塞坝几何形态特征的数学表达式;进一步地,基于物理模型试验提出了预测堆积于U型河谷中的滑坡堰塞坝形态特征的七参数预测模型,该模型参数包括:①滑坡体的自然休止角,②滑坡体的体积量,③滑动面倾角,④河道宽度,⑤河床倾角,⑥河道左岸坡角和⑦河道右岸坡角。通过试验和42组历史案例验证了滑坡堰塞坝体几何形态预测模型的有效性,并以2008年汶川地震诱发的唐家山滑坡堰塞坝为实例,对预测模型进行了案例应用研究。(5)建立了 1328例大型滑坡堵江事件数据库,基于逻辑回归原理提出了基于坝长与坝宽的滑坡堰塞坝形态特征和堰塞湖库容量三参数的滑坡堰塞坝稳定性预测模型,并对该预测模型的准确性进行了案例对比分析。结果表明,所提出的滑坡堰塞坝稳定性预测模型总体准确率达到86.7%。此外,概化了滑坡堰塞坝漫顶溃坝模式,在此基础上建立了一种基于滑坡堰塞坝几何形态特征的漫顶溃坝时间预测模型,通过物理模型试验结果验证了模型的有效性。最终,基于上述工作,系统构建了包括滑坡堵江预测,滑坡堰塞坝几何形态预测,滑坡堰塞坝稳定性预测和滑坡堰塞坝漫顶溃坝时间预测模型的滑坡堵江成坝危险性定量预测方法,并以金沙江白格滑坡堵江事件为案例,分析了该预测方法的应用流程和有效性。本文研究成果在理论层面上有助于揭示滑坡堵江运动演化机理和临界条件,在工程层面上有助于为滑坡堵江灾害链的早期识别和预测预警研究提供理论参考和技术支撑。