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东河口高速远程滑坡-碎屑流全程动力特性模拟齐超;邢爱国;殷跃平;李滨【摘要】The rockslide-debris avalanche is a geological disaster of great danger and always causes disastrous ca tastrophes because of its high velocity and unexpected long runout. Scholars in China had made a lot of forward-loo king results for the high-speed rockslide-debris flows after Wenchuan Earthquake. A majority of the research results on this field have not been widely accepted due to itself complication. This paper takes the Donghekou rockslide-debris avalanche in Qingchuan County triggered by Wenchuan Earthquake as example to reveal the moving mecha nism of rockslide-debris avalanches. The dynamic analysis software of DAN-W is applied to the creation of threedifferent rheological models. They are Friction model, Voellray model and" F-V" model to simulate on the motion be havior of flow slides and put an emphasis on the travel distance, speed characteristics at different intervals, distri bution of the deposits. The volume and duration are estimated. The results reveal that applying different rheological models to different moving stages have reasonable results. The Friction model is better to simulate the landslide at set-out phase and short-runout phase. The Voellmy model has advantages of simulating flow debris at long run-out phase. The two-rheological model "F-V "provides the best simulation of the Donghekou rockslide-debris avalanche movement. The best fitting rheological parameters friction angle φ= 18°,friction coefficient μ = 0. 1 and turbulence parameter ξ= 400m·s‐ 2have been found by the back analysis.%高速远程滑坡-碎屑流具有速度快、滑程远、冲击破坏力强等特点,是一种危害性极大的地质灾害,往往会造成严重的生命财产损失.汶川地震后,国内学者对高速远程滑坡-碎屑流的研究取得了大量前瞻性成果,但由于此类滑坡自身的复杂性,目前为止尚未取得公认的研究成果.为了进一步揭示高速远程-碎屑流效应机理,本文以汶川地震触发的青川东河口滑坡-碎屑流为例,通过滑坡动力分析软件DAN-W分别建立了摩擦模型、Voellmy模型和F-V等3种不同的滑坡数值模型,对东河口滑坡-碎屑流的运动距离、不同时刻运动速度特性、堆积物分布规律及滑坡堆积体积进行了模拟,同时对滑坡运动时间进行了估算.模拟结果表明:根据高速远程滑坡-碎屑流不同运动阶段选择不同的流变模型分析的结果更加合理.摩擦流变模型对运动距离的模拟结果小于滑坡的实际滑程,适于模拟滑体整体性好的启程和近程运动阶段；Voellmy流变模型对滑体的运动距离模拟效果很好,但对速度的分析结果偏大,适合模拟滑坡远程碎屑流运动阶段；F-V双流变模型对滑坡运动特性模拟效果最佳,并给出了选取东河口滑坡-碎屑流数值模型的最佳流变参数,摩擦角(φ)=18.,摩擦系数μ=0.1,湍流系数ξ=400m·s-2.【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2012(020)003【总页数】6页(P334-339)【关键词】东河口滑坡-碎屑流;流变模型;DAN-W数值模拟【作者】齐超;邢爱国;殷跃平;李滨【作者单位】上海交通大学土木工程系上海 200240;上海交通大学土木工程系上海 200240;中国地质环境监测院北京 100081;中国地质科学院地质力学研究所北京 100081【正文语种】中文【中图分类】P642.22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［1］。
汶川地震触发牛圈沟高速远程滑坡-碎屑流动力学特性分析张远娇;邢爱国;朱继良
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】2012(46)10
【摘要】鉴于牛圈沟滑坡为地震触发的典型滑动-碎屑流型滑坡,采用滑坡动力学分析(Dynamic analysis)软件DAN-W对牛圈沟滑坡全程动力学特征进行分析,使用试错法对比分析摩擦准则与Voellmy准则两种不同流变关系的模拟效果.结果表明:摩擦准则应用于滑体的初始运动阶段,Voellmy准则应用于滑坡后期碎屑流阶段时模拟效果最佳;并给出最佳的流变参数,得到滑坡堆积体的体积和形态变化,滑坡运动速度及变化规律.
【总页数】6页(P1665-1670)
【关键词】牛圈沟滑坡-碎屑流;数值模拟;动力学分析
【作者】张远娇;邢爱国;朱继良
【作者单位】上海交通大学土木工程系;中国地质调查局水文地质环境地质调查中心
【正文语种】中文
【中图分类】P642.22
【相关文献】
1.汶川八级地震触发何家沟碎屑流滑坡基本特征及形成机理 [J], 郑勇;韩刚;赵其华
2.汶川地震牛眠沟高速远程滑坡动力学过程研究 [J], 畅秀俊;张恒亮;贾欣丽
3.汶川地震诱发文家沟巨型滑坡-碎屑流基本特征及成因机制初步分析 [J], 黄河清;赵其华
4.汶川地震触发文家沟高速远程滑坡-碎屑流成因机理分析 [J], 王涛;石菊松;吴树仁;张永双;李滨;辛鹏;孙萍
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大型远程高速滑坡的相关研究1研究目的和意义20世纪60年代以后，在世界范围内陆续发生过许多大型高速滑坡，给人类造成很大灾难。
这类滑坡大多具有极高的滑速和极远的滑程。
在平缓的地面上，滑速有的超过100km/h，滑程可达几公里，甚至十几公里；由于高速远程滑坡引起的气浪和碎屑流化将受害区扩展到滑坡形成区以外很远处，致使造成很大的灾害。
例如，1963年10月9日意大利威尼斯省瓦依昂河下游的托克山斜坡，在瓦依昂水库开始蓄水时坡体整体性高速下滑，激起了巨大的涌浪，致使坝内所有设施遭受破坏；对岸朗格尼亚镇、下游皮拉哥城和维拉诺尼镇、上游拉瓦佐镇均道涌浪袭击而摧毁，死亡2400余人，整个水库完全破坏，造成震惊世界的灾难性事故；在我国，特别是在西北和西南地区，这类大型高速滑坡也多次发生。
如1983年3月7日发生的甘肃东乡洒勒山大型高速滑坡，在不到一分钟的时间里滑出1600m、摧毁4个村庄，伤亡278人，最高滑动速度达30m/s。
1991年9月23日发生的云南昭通头寨沟大型高速岩质滑坡，总体积大约1800×l04m3的滑体高速下滑，仅在2~3分钟时间内冲入盘河，滑体的最大移动距离达3.65km。
这场罕见的巨型滑坡-碎屑流灾害，造成了极为惨重的人员伤亡和损失，共有216人死亡，202间房屋被摧毁、94户村民半数以上无家可归，300头牲畜被埋，覆盖农田300亩，经济损失达200余万元。
2000年4月9日发生在西藏易贡藏布下游的扎木弄巴特大规模滑坡，波及长度2600m，堵塞长度1500 m，形成高130 m的天然坝，堵断易贡错(湖)的出口，使正常流量100m3／s左右的易贡藏布断流，而中、上游的地表径流和冰雪融水又不断地注入，使得库容75.4×108m3的易贡错水位每天以50 cm的涨幅上升，直接威胁着湖区周围藏、汉等多民族居民和享誉中外的易贡茶基地。
另外还有1965年云南禄劝普渡河谷大型高速滑坡；1980年湖北宜昌盐池河磷矿灾难性高速崩滑体；1981年8月23日发生在石家坡的高速滑坡，最终发展为多冲程碎屑流；1974年四川南江的白梅垭滑坡及瑞士Elm 岩崩-碎屑流。
高速远程滑坡碎屑流速度分析
作者：刘四丽泮伟
来源：《科学与财富》2015年第27期
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。
