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摘 要：由于高速远程滑坡—碎屑流的冲击能量和体积巨大、滑动速度极高、运动距离超长、流动性大、致灾范围大、遇阻改变流向等运动特点，致使一旦发生，造成的灾害就无法估计。因此，研究计算其运动过程中的速度及运移距离，对预测灾害范围有重要的意义，进而对减灾防灾具有指导意义。
关键词：高速远程滑坡—碎屑流 能量法 速度 位移
1、研究意义
高速远程滑坡（崩滑）-碎屑流因其运动速度极大和运动距离超远，往往引发灾难性事故，造成严重的生命财产损失。仅20世纪，地震滑坡已经造成数万人丧生和几十亿美元的损失[1]，如瑞士Elm滑坡—碎屑流，造成120人死亡，整个村庄被埋[2]。加拿大亚伯达省的巨型崩塌，致使半个Frank镇被掩埋，死亡人数超过10000人[3]。
汶川大地震触发了15000多处滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，直接造成2万多人死亡，约占总死亡人数的1/4[4]。在众多的地质灾害中，地震高速远程滑坡给灾区造成了巨大的人员伤亡和财产损失，较为典型的有映秀牛圈沟滑坡碎屑流、安县大光包崩滑、青川东河口滑坡、绵竹文家沟滑坡和彭州谢家店子滑坡。
因此选取青川县马公乡窝前滑坡为研究对象，研究其运动过程中的速度及运移距离，对预测灾害范围有重要的意义，进而对减灾防灾具有指导意义。
2、滑坡地质背景及基本特征
2.1滑坡地质背景
窝前滑坡位于青川县马公乡朝阳村窝前组，滑坡体主要为寒武系硅质板岩及震旦系白云岩、白云质灰岩。滑坡体前后缘高差约175m，滑程约2035m，体积约1200×104m3。滑坡体自高程约1700m剪出形成高速远程滑坡—碎屑流，造成34人死亡，填埋100多亩坡耕地。
2.2滑坡基本特征
地震滑坡因其突发性和无预警性而无法“真实的”反应其运动和堆积特征，但是滑坡从启动到制动是一个连续的过程，依据滑前及滑后的地形地貌、堆积体堆积及运动特征等，将其分为滑源区、碰撞解体区、陡坡加速区、碎屑流流通区、碎屑流堆积区（如图1-1）。
滑源区是指滑坡后缘最高点至滑坡剪出口之间的坡体部位；
碰撞解体加速区是陡坡带Ⅰ前缘到陡坡带Ⅱ前缘之间的区域；
碎屑流流通区是陡坡带Ⅱ到拐弯处之间的区域；
碎屑流堆积区是从拐弯处一直到堆积体前缘之间的区域；
图1-1 滑坡分区及滑坡后壁分区图
滑源区介于1700m～1875m之间，高差175m，震前平均坡度35°，震后平均宽度为412m，残余堆积体厚度约26m。滑坡发生之后，后缘壁较陡，发育钙膜，堆积体坡度14°～15°。灰岩产状335°∠47°～60°，板岩产状308°∠18°
碰撞解体加速区介于1550m～1700m之间，横向宽度为307.6m，纵向长度为393m。缓坡段地形特点是中间低，两侧稍高，地形较平缓。平台前缘处原始地形两侧高，中间低，成缩口型。正因为这一特点，使滑源区物质聚集碰撞解体形成碎屑物质，经陡坡带Ⅱ加速及气垫效应形成高速碎屑流。
在碎屑流流通区和堆积区统计堆积物粒径大小变化，从陡坎段Ⅱ下部到泥痕消失处，堆积物质中的小颗粒越来越多，大颗粒越来越少，说明滑坡物质在碎屑流流通段随着运动距离的增加，碎屑化越严重。纵向上与前面对滑源区、碰撞解体加速区相比较，粒径逐渐减小。
3、窝前滑坡的运动速度分析
3.1窝前滑坡的启动速度分析
假定滑坡块体是刚性摩擦块体，下滑力为L，阻滑力为Rmax。
边坡的稳定系数 ；
根据Newmark分析，假设动力条件下的阻滑力Rmax和静态的Ra一致地相似（孔隙压力不存在）。因此
地震情况下，对于直线滑动面滑块和斜坡相对静止时的受力平衡状况为：
（1-1）
此处g为重力加速度，α为滑面倾角，μ为动摩擦系数，Lc为临界状态下的下滑力，a水、a垂分别为地震时的水平向和垂直向的加速度；
依据广元曾家台站的记录a垂/a水=0.38，联立式（1-1），
计算得出窝前斜坡临界加速度为a水=5.18m/s2， a垂=1.97m/s2，ac=5.54m/s2。
假设地震波加速度 ；在一个地震波周期内滑块的相对运动分3个阶段：
初始阶段：当 时，滑块有相对运动的趋势，
启动阶段：当 时，滑块开始运动，
在启动阶段末，滑块的速度和位移分别是：
启动加速阶段：此时 ，当滑块与斜坡速度相同时，滑块的位移达到最大。
付荣[5]根据汶川地震中广元市曾家站记录的强震数据资料，对地震波能量分布特征进行了研究，得出广元市地震波能量最集中的时间段为60～80s ，主要频率约为2.7Hz，因此 17；
计算得到窝前滑坡抛出时，V=21.32m/s，滑动的位移S=116.9m。
表1-1 广元曾家和石井台站最大峰值加速度表
3.2能量法运动速度分析
根据能量守恒定理，按图所示建模，导出滑块沿滑面下滑S距离（水平距离L）后的滑速Vs为：
式中：α为滑面倾角；W为滑块单宽重量；f、c为滑动面的抗剪强度参数；H为滑体质心落差；l为滑块与滑动面接触面长。如不考虑c，则可简化为：
当滑面为非平面时，可取α和f的平均值作近似计算。
图1-2 平面滑动要素示意图
由表1-2计算结果可以看出，窝前滑坡的运动是先加速后减速。加速的运动范围是400～1000m之间，最大速度为46.68m/s，减速的运动范围在1000～2035m之间。尤其是1800m以后，此时能量法计算速度已经不适用，只是在受惯性力的作用下往前运动。
400～1800m之间的以200m为一步长，求得平均速度和运动时间分别是34.2m/s2和40.94s。
1800～2035m的加速度大小与速度关系式为：
； ；
计算得出，此段加速度a=-0.09m/s2，t=51s；
窝前滑坡从400～2035m的运动时间是92s，平均速度是34.2m/s2。
4、结论
窝前滑坡的运动过程分为以下几个阶段：
（1）高速启动阶段
滑坡发生的时间在汶川地震发生57s时，临界加速度是5.54m/s2，抛出时速度21.32m/s，位移116.9m。
（2）高速溃滑阶段
滑坡物质在地震作用下获得5.54m/s2加速度后，高速运动，随后在平台上部碰撞解体并转向偏为NE75°运动，经过陡坡段Ⅱ的加速，形成碎屑流。
（3）碎屑流流动阶段
碎屑物质在气垫效应的影响下，以平均34.2m/s的速度运动，并刮铲沟谷两侧的斜坡形成泥痕。在运动到1800m左右时，碎屑流的运动基本靠惯性力向前运动，滑坡的整个运动时间为150s左右。
参考文献
[1] 张明，殷跃平，吴树仁，张永双.高速远程滑坡-碎屑流运动机理研究发展现状与展望[J].工程地质学报，2010.3
[2] Heim，Albert. Der Bergsturz von Elm·Deutsch[J].Geo.lZeitschr，1882，34， 74～115.
[3] P. E. Kent. The Transportmechanism in catastrophic rock falls[J].Geology，1966，74， 79～83.
[4] 方华，崔鹏，蔡鹤生，唐朝珲，周爱国.汶川地震大型高速远程滑坡力学机理及控制因子分析[J].灾害学，2010.10
[5] 付荣等. 广元市地震波能量分布特征及地质灾害响应[J]. 南水北调与水利科技， Vol .10 No .1Feb .2012
关键词：高速远程滑坡—碎屑流 能量法 速度 位移
1、研究意义
高速远程滑坡（崩滑）-碎屑流因其运动速度极大和运动距离超远，往往引发灾难性事故，造成严重的生命财产损失。仅20世纪，地震滑坡已经造成数万人丧生和几十亿美元的损失[1]，如瑞士Elm滑坡—碎屑流，造成120人死亡，整个村庄被埋[2]。加拿大亚伯达省的巨型崩塌，致使半个Frank镇被掩埋，死亡人数超过10000人[3]。
汶川大地震触发了15000多处滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，直接造成2万多人死亡，约占总死亡人数的1/4[4]。在众多的地质灾害中，地震高速远程滑坡给灾区造成了巨大的人员伤亡和财产损失，较为典型的有映秀牛圈沟滑坡碎屑流、安县大光包崩滑、青川东河口滑坡、绵竹文家沟滑坡和彭州谢家店子滑坡。
因此选取青川县马公乡窝前滑坡为研究对象，研究其运动过程中的速度及运移距离，对预测灾害范围有重要的意义，进而对减灾防灾具有指导意义。
2、滑坡地质背景及基本特征
2.1滑坡地质背景
窝前滑坡位于青川县马公乡朝阳村窝前组，滑坡体主要为寒武系硅质板岩及震旦系白云岩、白云质灰岩。滑坡体前后缘高差约175m，滑程约2035m，体积约1200×104m3。滑坡体自高程约1700m剪出形成高速远程滑坡—碎屑流，造成34人死亡，填埋100多亩坡耕地。
2.2滑坡基本特征
地震滑坡因其突发性和无预警性而无法“真实的”反应其运动和堆积特征，但是滑坡从启动到制动是一个连续的过程，依据滑前及滑后的地形地貌、堆积体堆积及运动特征等，将其分为滑源区、碰撞解体区、陡坡加速区、碎屑流流通区、碎屑流堆积区（如图1-1）。
滑源区是指滑坡后缘最高点至滑坡剪出口之间的坡体部位；
碰撞解体加速区是陡坡带Ⅰ前缘到陡坡带Ⅱ前缘之间的区域；
碎屑流流通区是陡坡带Ⅱ到拐弯处之间的区域；
碎屑流堆积区是从拐弯处一直到堆积体前缘之间的区域；
图1-1 滑坡分区及滑坡后壁分区图
滑源区介于1700m～1875m之间，高差175m，震前平均坡度35°，震后平均宽度为412m，残余堆积体厚度约26m。滑坡发生之后，后缘壁较陡，发育钙膜，堆积体坡度14°～15°。灰岩产状335°∠47°～60°，板岩产状308°∠18°
碰撞解体加速区介于1550m～1700m之间，横向宽度为307.6m，纵向长度为393m。缓坡段地形特点是中间低，两侧稍高，地形较平缓。平台前缘处原始地形两侧高，中间低，成缩口型。正因为这一特点，使滑源区物质聚集碰撞解体形成碎屑物质，经陡坡带Ⅱ加速及气垫效应形成高速碎屑流。
在碎屑流流通区和堆积区统计堆积物粒径大小变化，从陡坎段Ⅱ下部到泥痕消失处，堆积物质中的小颗粒越来越多，大颗粒越来越少，说明滑坡物质在碎屑流流通段随着运动距离的增加，碎屑化越严重。纵向上与前面对滑源区、碰撞解体加速区相比较，粒径逐渐减小。
3、窝前滑坡的运动速度分析
3.1窝前滑坡的启动速度分析
假定滑坡块体是刚性摩擦块体，下滑力为L，阻滑力为Rmax。
边坡的稳定系数 ；
根据Newmark分析，假设动力条件下的阻滑力Rmax和静态的Ra一致地相似（孔隙压力不存在）。因此
地震情况下，对于直线滑动面滑块和斜坡相对静止时的受力平衡状况为：
（1-1）
此处g为重力加速度，α为滑面倾角，μ为动摩擦系数，Lc为临界状态下的下滑力，a水、a垂分别为地震时的水平向和垂直向的加速度；
依据广元曾家台站的记录a垂/a水=0.38，联立式（1-1），
计算得出窝前斜坡临界加速度为a水=5.18m/s2， a垂=1.97m/s2，ac=5.54m/s2。
假设地震波加速度 ；在一个地震波周期内滑块的相对运动分3个阶段：
初始阶段：当 时，滑块有相对运动的趋势，
启动阶段：当 时，滑块开始运动，
在启动阶段末，滑块的速度和位移分别是：
启动加速阶段：此时 ，当滑块与斜坡速度相同时，滑块的位移达到最大。
付荣[5]根据汶川地震中广元市曾家站记录的强震数据资料，对地震波能量分布特征进行了研究，得出广元市地震波能量最集中的时间段为60～80s ，主要频率约为2.7Hz，因此 17；
计算得到窝前滑坡抛出时，V=21.32m/s，滑动的位移S=116.9m。
表1-1 广元曾家和石井台站最大峰值加速度表
3.2能量法运动速度分析
根据能量守恒定理，按图所示建模，导出滑块沿滑面下滑S距离（水平距离L）后的滑速Vs为：
式中：α为滑面倾角；W为滑块单宽重量；f、c为滑动面的抗剪强度参数；H为滑体质心落差；l为滑块与滑动面接触面长。如不考虑c，则可简化为：
当滑面为非平面时，可取α和f的平均值作近似计算。
图1-2 平面滑动要素示意图
由表1-2计算结果可以看出，窝前滑坡的运动是先加速后减速。加速的运动范围是400～1000m之间，最大速度为46.68m/s，减速的运动范围在1000～2035m之间。尤其是1800m以后，此时能量法计算速度已经不适用，只是在受惯性力的作用下往前运动。
400～1800m之间的以200m为一步长，求得平均速度和运动时间分别是34.2m/s2和40.94s。
1800～2035m的加速度大小与速度关系式为：
； ；
计算得出，此段加速度a=-0.09m/s2，t=51s；
窝前滑坡从400～2035m的运动时间是92s，平均速度是34.2m/s2。
4、结论
窝前滑坡的运动过程分为以下几个阶段：
（1）高速启动阶段
滑坡发生的时间在汶川地震发生57s时，临界加速度是5.54m/s2，抛出时速度21.32m/s，位移116.9m。
（2）高速溃滑阶段
滑坡物质在地震作用下获得5.54m/s2加速度后，高速运动，随后在平台上部碰撞解体并转向偏为NE75°运动，经过陡坡段Ⅱ的加速，形成碎屑流。
（3）碎屑流流动阶段
碎屑物质在气垫效应的影响下，以平均34.2m/s的速度运动，并刮铲沟谷两侧的斜坡形成泥痕。在运动到1800m左右时，碎屑流的运动基本靠惯性力向前运动，滑坡的整个运动时间为150s左右。
参考文献
[1] 张明，殷跃平，吴树仁，张永双.高速远程滑坡-碎屑流运动机理研究发展现状与展望[J].工程地质学报，2010.3
[2] Heim，Albert. Der Bergsturz von Elm·Deutsch[J].Geo.lZeitschr，1882，34， 74～115.
[3] P. E. Kent. The Transportmechanism in catastrophic rock falls[J].Geology，1966，74， 79～83.
[4] 方华，崔鹏，蔡鹤生，唐朝珲，周爱国.汶川地震大型高速远程滑坡力学机理及控制因子分析[J].灾害学，2010.10
[5] 付荣等. 广元市地震波能量分布特征及地质灾害响应[J]. 南水北调与水利科技， Vol .10 No .1Feb .2012