高速远程碎屑流

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  高速远程碎屑流或高速远程滑坡(Rock avalanches或Rapid long-runout landslide)是一种具有巨大的体积、超乎寻常的高速度、难以预料的超长运动距离、巨大的能量,以及异常高的流动性等许多“令人惊异”和“迷惑不解”的特性的地质灾害现象。
  


  汶川地震中,由于强烈的地震动不仅使斜坡解体、岩土体强度降低,而且在地震中瞬时加速度——水平和竖向加速度的联合作用使局部山体被抛出,在重力作用下迅速下坠撞击崩裂,形成高速远程碎屑流。由于高速崩塌或滑坡体在运动过程中,与运动路径两侧或前方突出的阻挡山体发生强烈的冲击碰撞,崩滑体破碎成碎屑状或碎块状,这是碎屑流物质的一个主要来源。而后,在崩滑体的运动过程中,由于有合适的圈闭地形条件,比如峡谷,崩滑体于是裹挟了大量的气体,局部滑体在高速飞行过程中与周围空气之间产生复杂的空气动力学现象和作用。滑体除了受到空气阻力以外,还受到空气升力的作用,也即产生机翼效应,这种空气动力学效应不仅使滑坡飞行得更远,而且使位能更多地转变成滑坡飞行的动能,从而使滑体获得了更大的速度,形成“高速气垫效应”。另一种情况是,由于崩滑体在启动时就有水的参与,或者裹挟了所经过路径(如沟谷或河流)的水体,在由崩滑体的势能或动能转化而来的强烈振动作用下,被“流态化”或转化为“流体”状态(“振动液化”)导致滑坡体流出去很远。与此同时具有很大能量的滑体,与运动下方或运动前方的“冲击区”发生猛烈碰撞时,除了本身受冲击应力强烈作用而破碎成碎屑流外,还对“冲击区”表面原有的松散堆积物造成了巨大的冲击振动,使之“瞬态流化”;当松散堆积物含有较多的水时,被“冲击液化”。此时,已转化成碎屑流的滑坡体,不但自己快速向前运动,而且它还像翻动的“犁”一样,铲起、刮蚀、裹挟了冲击区及其周围的松散堆积物,使之混合成一个整体,一起向前流动,这就是“刮铲效应”。这可以解释为什么当地人感觉好像是“从地下冒出的”。
  


  历史上高速远程碎屑流造成的最为惨重的伤亡事件之一为:1970年在秘鲁安第斯山脉最高峰来瓦多斯—瓦斯卡兰山7.7级地震触发的高速远程碎屑流,埋没了Yungay城和几个小村庄,被破坏的面积约2215平方公里,死亡人数超过18000人。国内1965年云南禄劝普渡河谷大型高速滑坡-碎屑流,掩埋5个村庄,致死444人;1989年四川华蓥溪口镇高速滑坡-碎屑流,掩埋221人;1991年云南昭通头寨沟特大规模高速滑坡-碎屑流,造成216人死亡;2000年西藏易贡高速滑坡-碎屑流在国内外都是罕见的;2008年汶川地震诱发的大量高速远程滑坡-碎屑流导致了大量人员伤亡,其中青川东河口高速远程碎屑流冲抵清江河左岸,致使7个村庄被埋,约400人死亡,而且大量松散堆积于河谷或山麓的碎屑在后期暴雨作用下易于形成泥石流,影响灾后重建选址和临时安置点的安全。
  


  


  汶川地震前,由于高速远程碎屑流造成的重大伤亡事件在国内相对较少,公众对其关注较少,其实对于高速远程碎屑流的动力学机制先后有许多学者作过深入的研究和探讨。目前高速远程碎屑流的预防主要还是依靠早期识别、监测预警和避让,在科研方面应进一步加强动力学机制研究,提出风险评估技术方法和应急处置的技术途径。高速远程滑坡碎屑流治理的关键难点在于很难判断哪些滑坡或崩塌能够形成高速远程碎屑流。如果能够发现其源头的滑坡或崩塌,可以采用工程措施来治理,目前常用的方法包括可以采用工程加固,如抗滑桩、锚固、重力挡墙、土工格栅等或采用坡体排水、减载压脚、生物措施等。
  (本文作者系中国地质科学院地质力学研究所 博士)
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