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堰塞湖的元凶之崩滑—碎屑流

来源:中国建筑加固改造与病害处理网 浏览:333次 发布日期: 2018-11-02 11:30
 

10月中旬,因山体滑坡,金沙江和雅鲁藏布江先后在西藏境内发生了堰塞湖险情。在历史上,雅鲁藏布江地区多次形成堰塞湖,其中西藏易贡特大滑坡形成的堰塞湖最为典型。2000年4月西藏易贡藏布河发生约3.0亿立方米的滑坡,截断易贡河形成库容28亿立方米的滑坡堰塞湖。泄流前后,我国有14000余群众受灾,直接经济损失4.2亿。印方损失更加惨重,94人死亡,250万人无家可归。易贡特大滑坡是崩滑—碎屑流型滑坡。这种滑坡运动速度快,运移距离远,具有很强的破坏性。接下来由小编带领大家了解一下该种滑坡。


图一:西藏易贡滑坡


晏同珍先生《滑坡学》一书,将滑坡定义为“岩土体在重力作用下依附于其自身软弱结构面(带)作水平位移分量较大的斜坡移动现象,包括其过程和结果”。


图二:滑坡结构要素


滑坡体或崩塌体在运动过程中,在一定条件下可转化为“流体”状态,主要表现为碎屑流、泥流等。碎屑流是一种主要发生在山区高陡岩质或土质斜坡破坏后的高速散体状流体。崩滑—碎屑流型滑坡运动速度一般在30m/s以上,远远超过了“国际地科联滑坡工作组”1995年公布的“极迅速”滑坡的下限速度(表一)。目前已知速度最高的为加拿大西部Mackenzie山的Avalanche Lake滑坡碎屑流,达到了213m/s(约766.8km/h),直接攀越了对面640m的高山。


表一:滑坡滑速等级分类方案对比


同时,滑坡——碎屑流往往还具有超远距离的位移,因为超乎寻常的高速度和远距离位移,高速远程滑坡—碎屑流往往能够引发灾难性事故,造成严重的生命财产损失。


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严重的破坏性


1881年瑞士Elm滑坡——碎屑流体积高达1.1×107m3,以42m/s的速度运行了1.5km,掩埋了一个村庄,造成120人死亡。


1903年加拿大亚伯达省发生巨型崩塌,4.0×107m3的崩塌体从高1000~3000英尺的地方俯冲下来与坡脚碰撞转化为碎屑流,在不到30s的时间里运动了2.5km,掩埋了半个Frank镇,造成超过10000人死亡;


1962年秘鲁Ancash省发生体积高达1.3 ×107m3的Ranrahirca滑坡——碎屑流,整个村被埋,造成约5000人遇难;


1965年云南禄劝普渡河谷大型高速远程滑坡——碎屑流,掩埋了5个村庄,造成444人死亡;


1970年秘鲁Yungay城发生由地震诱发的滑坡——碎屑流,高速运动了超过10km,掩埋了整个城市,造成18000人死亡;


1974年秘鲁Mayunmarca滑坡——碎屑流掩埋了整个Mayunmarca村,造成450人死亡,碎屑物质又形成150m高的土石坝,堵塞河流形成洪灾;


1980年美国华盛顿发生Mount St. Helens滑坡——碎屑流, 体积高达2.8 ×109m3,由于疏散及时只造成5~10人死亡,但却毁坏了大量的房屋和高速公路;


1989年四川华蓥溪口镇高速滑坡——碎屑流造成221人死亡;


1991年云南昭通头寨沟滑坡——碎屑流, 造成216人死亡;


2009年重庆武隆的鸡尾山滑坡——碎屑流,造成10人死亡,64人失踪。


特别令人心痛的是,我国2008年5.12汶川地震诱发了大量高速远程滑坡——碎屑流,伤亡惨痛。映秀牛圈沟滑坡滑体造成50人死亡;青川东河口滑坡——碎屑流掩埋了7个村庄,造成约400人死亡;绵竹文家沟滑坡——碎屑流造成约80人死亡等等。


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滑坡——碎屑流的分类


按形成条件和平面形态可分为:山前平地型和沟谷型两类。

甘肃洒勒山滑坡、加拿大Frank滑坡、瑞士阿尔卑斯山Elm滑坡为典型山前平地型滑坡——碎屑流。



图三:甘肃洒勒山滑坡——碎屑流(山前平地型)


图四:加拿大Frank滑坡(山前平地型)


西藏易贡滑坡、安县大光包滑坡为典型沟谷型滑坡——碎屑流。



图五:西藏易贡滑坡(沟谷型)


图六:安县大光包滑坡(沟谷型)


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崩滑—碎屑流是如何形成的


根据张倬元等编著《工程地质分析原理》碎屑流的形成包含了碎屑化和流态化两个过程。以下三方面的条件是十分重要的。


(1)碎屑化条件

碎屑化有多种方式,可概括为两种主要方式。

一种是滑动式解体:滑体在高速运动中解体为碎屑体。滑塌是一种最典型的方式(Frank滑坡、御岳山滑坡等)。洒勒山滑坡前缘破碎体也是在高速运动中解体而成。这种方式多发生在松散土体或碎(块)裂状、散体状岩体构成的斜坡中。

一种是碰撞式解体:高速崩落或滑落的岩土体,与前进方向上的阻挡山坡、沟壁或平台猛烈冲撞,粉碎成碎屑(Elm滑坡)。此外,沟谷两侧同时发生的滑坡相互碰撞,也是碎屑化的一种方式。


(2)临界运动速度

无论是哪一种方式或形成机制,都只有在崩落体或滑落体具有一定运动速度条件下,才能“流态化”。根据现场调研和计算资料,国内一些碎屑流在转换为碎屑流前滑体达到的最大滑速约在25~30m/s 以上(如溪口滑坡24.6m/s,洒勒山滑坡30m/s,查纳滑坡60m/s)。国外文献资料提供的碎屑流滑速大多在30~70m/s。说明碎屑体的“流态化”存在着一定的临界速度(如同水发生紊流的雷诺数)。滑体的具体特征不同,或引起主导作用的转化机制不同,临界值的大小也会有所差别。


(3)适宜的滑道地形

碎屑流的形成应具有开阔的山前平地,或方向、坡度适宜的沟床或沟谷地,为碎屑流的运移提供合适的场所。


04

崩滑—碎屑流运动速度为什么这么快


目前碎屑流的高速运动机制取得了丰硕的成果,各种运动机理和模型层出不穷,产生重要影响的主要有以下4种:


(1) 空气润滑模型:在滑坡体剪出下落的过程中,碎屑流内部圈闭并压缩着大量的空气,气体与固体颗粒之间的作用取代了固体颗粒的粒间碰撞而成为力的主要传导方式。因此,碎屑流受到的地面摩擦阻力几乎为零,碎屑流能高速前进。该原理和气垫船相似。

图六:气垫船原理


(2) 颗粒流模型:认为高速远程滑坡—碎屑流是纯固相碎屑流体,在运动的过程中,受到了来自地面的剪应力,如果碎屑流运动速度足够大,则剪应力足够大,底部颗粒便会对上部碎屑颗粒施加向上的碰撞力,导致颗粒流与地表面的应力减小,摩擦阻力降低,所以碎屑流能够高速运动很长的距离。


(3) 能量传递模型:当碎屑流高速运动时,其中的碎屑颗粒受到来自周围的剪应力,当剪应力超过其剪切强度时,颗粒便会破裂,一部分停止运动并把动能传递给另外一部分,接受能量的部分会高速向前运动。


(4) 底部超孔隙水压力模型:当碎屑流在冲积层、淤积层或者冰川上流动时,会铲刮这些物质而在底部形成一层饱和或者近饱和的淤泥层,这些淤泥层由于受到上部碎屑流的加载剪切作用,且由于其渗透系数很低,这个过程相当于加载不排水剪切,因而在淤泥层内产生超孔隙水压力,使碎屑流施加给地面的有效应力降低,摩擦阻力减小。


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如何监测预警崩滑—碎屑流


除了传统常规的实地考察方法,随着科学技术的发展,可以用合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)发现超视距危岩体或者潜在滑坡体并加以监测。合成孔径雷达干涉测量是指利用同一地区获取的SAR数据中的相位信息进行干涉处理,根据雷达参数反演地形及地表形变信息的空间大地测量技术。InSAR变形监测具有观测精度高(最高可达mm级)、覆盖范围广(一景可达3600 km2)、变形监测值密度大(大于3点/km2)及适宜在环境恶劣地区工作等优势。通过多时相InSAR干涉图像分析,获取一定时间段内的坡体变形数据,可对滑坡隐患进行早期识别。一旦确定了潜在危岩体位置,就可以利用高精度遥感影像、无人机航拍等手段进行针对性的坡体稳定性调查、分析和评价,制定具体的监测预警方案和风险管控措施。


图七:InSAR测量原理图



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. 工程地质学报,2010,18(06):805-817.

[2]曾庆利,魏荣强,薛鑫宇,周元泽,尹前锋. 茂县新磨特大滑坡-碎屑流的发育特征与运移机理. 工程地质学报,2018,26(01):193-206.

[3]张倬元,王仕天,王兰生编著.工程地质分析原理 第4版.北京:地质出版社.2016.

[4]晏同珍等著.滑坡学.武汉:中国地质大学出版社.2000.


美编:鲁方圆

校对:黄志伟

 
 
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