古滑坡堰塞坝链生灾害演化过程分析——以巴塘措纳学错堰塞坝为例∗

沟谷型滑坡-堰塞湖-溃决洪水灾害链的影响是工程地质领域一直关注的热点,而其运动过程则主要体现在滑坡堵江形成的堰塞坝地貌形态上。通过野外调查、无人机航拍和模型分析深入探讨了四川省巴塘县措纳学错堰塞坝的形成过程和灾害链运动特征。研究结果表明,研究区空间分布的复杂微地貌反映了滑坡体不同的运动特征,2#滑坡运动区与堆积区交界处滑坡物质由于左旋或右旋剪切运动形成滑坡垄;在堆积区2#III-1由于拉伸运动形成了滑坡台地;同时,在2#III-1边缘由于压缩运动形成了滑坡脊;在与1#滑坡接触碰撞下,滑坡物质发生翻转并倾覆至坝体中央,形成巨型块石组成的甲壳相;在堆积区末端2#III-3子区,滑坡体的径向扩展运动形成滑坡丘。同时通过现场调查分析了堰塞湖回水淹没过程,结果表明,回水淹没77.2 d后堰塞湖面由海拔3 298 m上涨到4 410 m,此时堰塞坝发生溃决。最后,计算了堰塞湖溃决洪水运动参数并对下游演进过程进行了分析,计算得到峰值流量约为27 392 m3/s。     

Attabad滑坡堵江次生灾害对中巴公路的影响

结合Attabad滑坡堰塞坝现场调查、堰塞湖上游来水来沙数据分析结果,利用人工库区泥沙淤积平衡经验关系,分析了滑坡堰塞湖库区泥沙回淤长度与泥沙上延距离;运用溃决峰值流量计算公式,计算了堰塞湖溃口峰值流量,研究了堰塞湖溃决洪水流量沿程变化规律。结果表明:Attabad堰塞湖上游来流中泥沙平均含量约为1.63 g/L,各干支中,干流Hunza河携带的固体颗粒物质是Attabad堰塞湖淤积的主要物质来源,占整个淤积量的77.64%;在堰塞湖水深81.3m情况下,Attabad堰塞湖的回水长度约为18.03 km,因泥沙淤积而导致回水上延4.48 km;利用肖克列奇溃口坝址最大流量经验公式,评估了Attabad堰塞坝1/4溃决、1/3溃决、1/2溃决情景模式下溃决峰值流量,分别为27923 m~3/s、12523 m~3/s、6936 m~3/s。本研究可为堰塞湖库区公路选线设计及下游地区溃决洪水的风险评估提供参考。     

地震堰塞湖人工排泄断面优化初探

汶川8.0级特大地震诱发了以唐家山堰塞湖为典型的大量堰塞湖,对上下游人民生命财产安全造成了严重的威胁和危害。对震后堰塞湖的处置成为今后次生山地灾害减灾的一大关键性课题。在回顾和总结唐家山堰塞湖的应急排险经验的基础上,对泄流槽纵、横断面的优化进行了初步的探讨。同时在开挖过程中,也应考虑堰塞体组成物质、抗冲稳定性、施工设备等因素选择泄流槽体型。震后5～10年是泥石流、滑坡灾害的活跃期,发生大规模泥石流、滑坡堵江事件的可能性也随之增加,期望研究能够为堰塞湖的排险处理提供一定的技术参考。     

堰塞坝溃决机理与溃决过程模拟技术研究综述∗

堰塞坝是自然作用的产物,在世界范围内广泛分布,具有坝体形态不规则、结构和材料组成复杂且高度非均匀等特点,在上游来流冲刷、渗流潜蚀等外荷载作用下极易发生溃决,对下游人民生命财产安全造成极大的威胁。 为了对堰塞坝开展风险评估和应急处置,学者们围绕堰塞坝溃决机理与溃决过程模拟技术开展了大量的研究工作。通过梳理国内外的研究进展,基于物理模型试验总结了堰塞坝溃决过程的不同阶段,分析了坝体形态、颗粒组成、上游来流量、涌浪等因素对溃决过程的影响;从参数模型、基于溃决机理的简化和精细化数学模型等 3 个方面综述了堰塞坝溃决过程数值模拟技术的研究进展,并介绍了国际上常用的溃坝模拟商业软件;探讨了目前在试验设计、数据收集和软件开发方面存在的问题,建议了未来研究的方向和重点。总体来说,对于堰塞坝溃决机理与溃决过程的模拟还处于起步阶段,目前的物理模型试验和数值分析技术均存在较多简化或假设,未来应充分考虑堰塞坝材料的宽级配和随机特性,以及坝体结构的分层特征。     

基于遥感技术的阿塔巴德滑坡堰塞湖成灾条件及近15年变化分析

为研究阿塔巴德滑坡成灾条件及滑坡堰塞湖变化特征,利用滑坡发生前后近15年10期高分辨率卫星影像,从阿塔巴德滑坡地质条件及诱灾因素2方面对阿塔巴德滑坡成灾条件进行了探究,并对近15年阿塔巴德滑坡变形特征及堰塞湖面积变化进行遥感分析,以期为阿塔巴德滑坡防治及中巴经济走廊防灾减灾、中巴铁路选线提供技术支撑。结果表明：（1）阿塔巴德滑坡处于多条断裂破碎带的交汇部位,且滑坡中部发育地表裂缝,处于花岗岩与软质岩石的不同岩性接触带,早期崩塌及泥石流增大了临空面,在强烈的冻融作用下,汇集大量地表水和地下水的高含水不稳定斜坡中,岩体冰楔冻胀作用达到最大值,最终诱发阿塔巴德滑坡;（2）近15年来,阿塔巴德滑坡范围逐渐扩大,滑坡后壁逐渐后移,堰塞湖面积在2010年达到峰值,而后逐渐减小且趋于稳定。但是,滑坡后壁的后移导致河道内堆积物增加,可能再次阻塞河道,须人工定期治理堰塞坝。     

金沙江白格滑坡及堰塞湖洪水灾害分析∗

2018年10月10日和11月3日,西藏自治区江达县波罗乡白格村金沙江右岸同一位置先后两次发生滑坡堵江灾害,滑坡体方量分别约为1 000×10⁴ m³和283×10⁴ m³,其中第一次滑坡为高位、高剪出口、高速滑坡,第二次滑坡则为第一次滑坡牵引区进一步发展的结果。在堵塞金沙江近2 d及9 d后,滑坡堰塞湖蓄水量达到峰值分别为2.9×10⁸ m³和5.24×10⁸ m³,并分别在自然泄流和人工开挖泄流槽两种方式下开始从堰塞体右岸垭口处过流,其中第二次滑坡堰塞湖溃决洪水造成西藏、四川和云南3省（自治区）多处房屋、道路、桥梁和耕地受损,无人员伤亡。基于两次滑坡及溃决洪水受灾区现场勘测调查,并结合相关资料,对比分析了两次滑坡堰塞湖的处置及溃决洪水灾害情况,启示如下：越早进行人工干预,灾害越轻;为更好地应对今后可能出现的滑坡堰塞湖溃决洪水,水电站应提高设计标准并充分发挥其收蓄洪水的能力。     

堵江滑坡坝的溃坝方式模拟与环境效应分析

大型堵江滑坡坝的溃坝方式决定了溃坝洪水的流量、演变及其对下游生态、地质的影响。实地调查岷江上游分布的大量古堵江滑坡土石坝后,重点对扣山古堵江滑坡坝形成的地质环境和坝体的几何特征、溃口形态进行了野外勘察,并用坝体土石样品进行了室内大型土工试验。考虑湖水、坝体渗流和岩土体的耦合作用,采用基于有限单元法的数值模拟软件,进行了古堵江滑坡坝的稳定性分析,模拟结果显示,该天然堵江滑坡坝的溃决方式为漫坝瞬时全溃,溃坝洪水将对沿岸及下游地区的生态环境产生巨大的影响。     

堰塞体逐渐溃决数学模型研究

堰塞体是高位岸坡在地震作用下滑坡导致正常河道被堵塞而形成的天然堆石体。根据堰塞体溃决的特点采用有底坡明渠出流形式,结合冲刷率与速度平方成正比的关系建立堰塞体逐渐溃决数学模型。对"10·10"白格堰塞体溃决过程计算分析,结果表明:当冲刷系数α=0.0007～0.0009,糙率n=0.030～0.035时,溃决洪峰流量为8813.04～14087.49m~3/s之间,与实测值相比,洪峰流量误差在32%之内。当采用冲刷率与流速的平方成正比的冲刷方式时,建议冲刷模型系数α在0.0007～0.0009之间选取,可降低计算结果误差。增大泄流槽的糙率n,减少冲刷系数α,可以减少溃决洪峰流量,延缓洪峰流量出现时间。边坡角度θ对于洪峰出现时间、断面最大流速、洪峰流量大小影响都较小。     

基于因子分析和BP神经网络的滑坡抗剪强度参数取值

滑坡抗剪强度参数取值是一直困扰滑坡防治工程设计的一大难题,目前其研究方法主要有试验法、反分析和统计分析法,但都没有考虑其他基本物理力学参数的影响。为此,提出了以某一区域工程地质条件相似的滑坡基本物理力学参数为基础,采用SPSS数学分析软件分析滑坡各基本物理力学参数与抗剪强度的相关性,筛选出对滑坡抗剪强度影响较大的因子;然后采用BP神经网络模型研究区域滑坡抗剪强度与影响因子的网络结构,并以建立的神经网络结构对该区域的滑坡抗剪强度参数进行估算;最后以万州区滑坡为例进行分析和验证。研究结果表明,采用神经网络计算的结果与滑坡试验得到的结果误差基本都在5%左右,精度较高。     

三维与二维滑坡稳定分析的比较研究

对滑坡的三维与二维稳定分析的结果进行了比较分析,旨在为合理正确地评价滑坡稳定性及认识三维稳定分析的优越性提供有价值的理论依据.以实际中常见的滑坡几何尺寸为依据,在建立的滑坡模型的基础上,利用滑坡三维稳定分析程序软件FS3D,对稳定安全系数和剩余下滑力进行了稳定分析计算.通过与二维分析结果的比较,阐明了地形、土力学参数和地下水影响因素对三维与二维稳定分析结果差异的影响,并在滑坡实例中得到了验证.滑坡模型和实例分析的结果表明,特别是在地形复杂和主断面难判断的滑坡类型中,三维稳定分析具有很大的优越性,并建议在如下情况下使用三维稳定分析:(1)宽度与坡长的比值较小时;(2)滑坡体厚度与宽度的比≤1/4时;(3)凝聚力C为0或较小时;(4)地下水位的变动幅度较大时.     

基于贝叶斯的滑坡稳定性预测对比分析研究

滑坡稳定性的分析是一个复杂的系统工程,影响滑坡稳定性的因素较多。首先,基于相关系数理论描述滑坡稳定性影响因素对滑坡稳定状态影响的大小。再根据关联度大小筛选出影响滑坡稳定性的主要影响因素。其次,引入贝叶斯理论,滑坡稳定性的主要影响因素和滑坡的稳定状态建立了基于贝叶斯的滑坡稳定性预测模型。最后,在贝叶斯理论分析和MATLAB软件的基础上,以竹溪县197组滑坡数据中的100组滑坡数据作为训练样本,其余97组滑坡数据作为测试样本,代入模型进行判别。研究结果表明:其训练集稳定性预测的正确率为80%,测试集稳定性预测的正确率为80.41%。故基于贝叶斯的滑坡稳定性预测模型对于滑坡稳定性分析具有一定参考价值。同时,相关的方法也可以为其他工程研究提供参考。     

证据权法在滑坡易发性分区中的应用——以贵州桐梓河流域为例

应用证据权法对研究区进行滑坡易发性分区。主要数据源有:历史滑坡灾害点编录数据、地质图、地形图、数字高程模型。首先对数据源进行处理,生成地层岩性、离断层距离、高程、坡度、坡向、离道路距离、离河流距离7个证据图层。应用Arc GIS平台,将各证据图层与滑坡灾害点图层进行叠加分析,利用累积权重法对连续数据进行分级,然后求取对连续数据及分类数据因子等级对滑坡灾害贡献的权重值,然后对各证据图层两两进行条件独立性检验,选择4组证据图层组合,参与最终易发性指数计算,得到4幅易发性结果图。应用成功率曲线法对计算结果进行验证,表明由因子组合1得出的计算结果,为最优的因子组合。根据易发性指数将研究区分为高易发性、中等易发性、低易发性三类,并将分区图与历史灾害点进行叠加分析,结果表明评价结果与灾害点分布较为吻合,说明证据权法应用与滑坡灾害易发性分区的可行性。     

四川绵竹清平乡文家沟“8·13”特大泥石流灾害

2010年8月13日四川绵竹市清平乡文家沟暴发特大规模泥石流灾害(简称"8.13"特大泥石流)。在野外调查的基础上,分析了此次泥石流灾害的特征,并从其形成条件入手,探讨了此次灾害的成因和未来发展趋势。文家沟流域在2010年8月12日16时至13日04时的降雨量达227 mm,暴雨形成强大洪水冲刷流域内在地震期间形成的滑坡-碎屑流堆积体,并形成高容重粘性泥石流。泥石流依次冲毁沟内19座谷坊和1座拦挡坝,冲出总量达429.3×104 m3,完全堵断绵远河,形成长约1 650 m、宽约420 m、高约12 m的堰塞坝,堰塞湖回水长1.5 km。泥石流共造成6人死亡或失踪,379间房屋被冲毁掩埋,汉(旺)清(平)公路中断,2座桥梁被毁。研究表明,松散物质的极大丰富和堵溃是导致"8.13"特大泥石流规模巨大的主要原因;文家沟在短期内泥石流仍会频发,但规模要比"8.13"泥石流小。     

基于突变级数法的滑坡稳定性评价

基于突变级数法,建立了滑坡稳定性评价和预测模型。在相关研究的基础上,建立了滑坡稳定性评价指标的递阶层次结构,以滑带强度、滑面特征、滑坡外形特征及其近期活动等4个内部影响因素,以及暴雨作用、河流作用、滑坡后缘加载、人工活动和地震作用等5个外部影响因素,作为滑坡稳定性识别的判别因子;以22组典型滑坡工程案例作为训练样本,建立了滑坡稳定性评价模型和突变级数判据;然后利用6组典型滑坡工程实际案例作为测试样本,检验了模型的可行性和可靠性。研究表明,突变级数法对滑坡稳定性的识别结果与实际情况吻合,并与系统加权聚类分析法、判别分析法等的识别结果一致。     

唐家山堰塞湖溃坝洪水模型及应用

在资料稀缺、时间紧急的情况下,设计出快速相应的洪水演进递推模型。该模型以水量平衡、水力学公式为基础,在溃坝过程中通过递推方法得出不同时刻坝口变化的过程。同时采用以立波方式传播的洪水波对洪水演进过程进行研究,从而实现对溃坝洪水过程的模拟。最后利用唐家山堰塞湖2008年6月10日的观测数据,使用Matlab软件编程进行了演算,验证了模型的准确性、合理性。     

不同颗粒级配条件下堰塞坝溃决特征试验研究

为研究坝体颗粒级配对堰塞坝溃决特征的影响,引入平均粒径D50作为主要指标,以不同均值粒径的土体作为研究对象,通过开展不同颗粒级配条件下堰塞坝溃决特征试验,分析堰塞坝体在3种不同工况下的破坏模式和溃决特征。结果表明,1工况3条件下坝体溃决历时是工况1的2.5倍,而溃决洪峰流量减小了约60%,说明坝体平均粒径对坝体的溃决特征有显著影响,平均粒径越大,坝体整体抗冲刷能力越强,溃口发展速度越慢,坝体越稳定,溃决洪峰流量就越小,达到洪峰流量的时间也相对滞后;2平均粒径和渗透系数可拟合成二次函数曲线,随着平均粒径的增大,渗透系数也随着增大;以孔隙水压力的变化特征为依据,把溃决过程分为3个阶段,即上游库水位增加阶段、水流漫顶下渗阶段、坝体溃决阶段。     

基于逻辑回归的地震滑坡易发性评价——以汶川地震、鲁甸地震为例

准确评估地震诱发的滑坡风险,并及时绘制滑坡易发风险图是灾害应急救援的科学前提和理论基础。目前机器学习在滑坡敏感性评估中具有广泛应用,但大多数研究缺乏对模型的普适性探讨,且该类预测模型缺乏定量评价地震动参数对模型精度的影响。该文以2008年5月12日的汶川8级地震和2014年8月3日的鲁甸6.5级地震为例,先通过相关系数及方差膨胀因子选择地震滑坡的影响因子构建数据库,并随机按照7∶3的比例分为训练集和测试集,再分析影响因子在滑坡和非滑坡样本中的频数分布,最后分别利用两次地震的训练集建立逻辑回归模型(Logistic Regression, LR)进行精度验证和易发性评估。结果显示模型在同一次地震的测试集下均达到较高的预测精度(>90%);但是基于汶川地震构建的模型对鲁甸地震诱发滑坡的预测精度整体下降了14%。此外,地震动参数(Modified Mercalli Intensity Scale, MMI)对模型预测精度贡献在5%~29%。结果表明基于历史地震事件建立的模型对未来地震引发滑坡的预测中仍具有较大的局限性,需要增加不同地区不同震情的样本量和新的机器学习方法提高预测模型的普适性。     

纵剖面形态的黄土斜坡地震危险性Logistic回归模型∗

强震诱发斜坡失稳破坏是黄土地区主要震害之一,快速准确判别黄土斜坡地震危险性对城市抗震规划和震后应急救援具有重要意义。利用野外实地调查的1920年海原地震诱发620组滑坡和380组未滑斜坡数据,验证纵剖面形态对黄土斜坡地震危险性的影响,对斜坡纵剖面形态进行单因素wald检验,单因素wald检验结果表明纵剖面形态对于滑坡地震危险性快速判别有积极意义。利用野外调查中简单易得的坡高、坡角、纵剖面形态和地震烈度几个因子,建立黄土高原区斜坡地震危险性判别的Logistic回归模型,给出黄土斜坡地震危险性的快速判别公式,使用该公式对1920年海原地震诱发滑坡回判和1718年通渭地震诱发黄土滑坡校验,同时对比了不考虑纵剖面形态的logistic回归模型的结果。计算表明:利用Logistic回归模型快速判别黄土斜坡地震危险性,合理确定影响因子并调整Logistic回归中各影响因子的参数,计算得到的斜坡失稳与实际滑坡发育情况较为吻合;斜坡纵剖面形态是影响斜坡地震危险性的重要影响因素,在Logistics回归模型中考虑该因素得到的预测公式,判别斜坡失稳准确度比不考虑该因素时高3%左右。     

地下水与优势结构面对库岸滑坡形成的联合效应——以龙羊峡近坝库岸滑坡为例

为了深入研究近坝库岸滑坡的形成机理,首先分析了区域地下水的溶蚀作用和动水压力作用,又运用综合评分法确定出了对滑坡形成有利的优势结构面,发现区域滑坡滑带的形成是地下水与优势结构面长期联合作用的结果。以龙羊峡滑坡为例,揭示了半成岩湖相地层中滑坡滑带独特的三段式结构特征,验证了地下水与优势结构面的联合效应对近坝库岸滑坡形成的控制作用。     

某滑坡坝坝后稳定性分析

某滑坡坝位于某拟建水电站的上游,在国家级自然保护区内,是著名的旅游景点,其安全性对旅游开发、工程建设和下游居民生命财产安全影响很大,为了评价该滑坡坝的稳定性,需要对其发生洪水漫坝和渍坝的可能性进行研究,论证其安全性。通过计算的各种工况表明,滑坡坝坝后(坝体靠下游部分)是稳定的,对电站建设和下游居民不会产生威胁,滑坡坝是稳定的,可以进行综合开发。本文研究思路对类似工程有一定的借鉴意义。