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摘要: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。这类滑坡大多具有发生突然、速度快、滑程远、能量大、冲击破坏力强、所造成的危害严重的特点,其运动实行多样包括滑动、飞行、滑流、流动等。本文对高速远程滑坡典型特征进行分析研究,确定其可能的停止区域及预测灾害范围,达到减灾防灾的目的具有非常现实的意义,同时对于大型高速滑坡的理论研究也有重要的意义。
关键词:高速远程滑坡,无粘性颗粒流,气垫与凌空效应,流化与液化
Studyontypicalcharacteristicsofhighspeedlongdistancelandslides
Abstract:Since1960s,manylargescalehigh-speedlandslideshaveoccurredintheworld,causinggreatdisasterstomankind.Mostoftheselandslideshavethecharacteristicsofsudden,fastspeed,longslidingdistance,largeenergy,strongimpactdamageandseriousdamage,anditsmovementincludessliding,flying,slipstream,flowandsoon.Inthispaper,thetypicalcharacteristicsofhighspeedlongdistancelandslidesareanalyzedandstudied.Itisofgreatsignificancetodeterminethepossiblestoppingareaandpredictthescopeofthedisaster,toachievethepurposeofdisasterreductionandprevention,andtothetheoreticalstudyoflargeandhigh-speedlandslides.
Keywords:highspeedandlongdistancelandslide,cohesionlessgranularflow,aircushionandvolleyeffect,fluidizationandliquefaction.
一、引言
我国1943年曾发生阻断黄河数日的青海查纳滑坡-碎屑流,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;1974年四川南江的白梅垭滑坡;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;1983、1989、1991年又相继在甘肃洒勒山、重庆市溪口和云南昭通头寨沟发生滑坡-碎屑流,造成数百人员伤亡。由于这些重大灾害事件的影响,使我国研究者对这种现象进行了深入研究,这一特殊持续时间短暂的地质作用可分解为相继发生的高速滑(崩)落、滑(崩)落岩体的碎裂解体、碎裂解体岩块的流体化和快速流动四个过程,已得到公认。[1]
本文根据高速远程滑坡的特殊性,结合滑坡的各种特点,介绍和阐述高速远程滑坡的典型特征,让更多的人对高速远程滑坡有直观和初步的认识,对减灾防灾工作起到了重要支撑作用。
二、高速远程滑坡定义
滑坡是斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面所发生的滑移地质现象。高速远程滑坡是一种滑动距离长,滑后冲击力大的滑坡类型。
三、滑坡发生的基本因素和构成要素
滑坡的发生的三个基本因素:不稳定的山坡形态、软弱面的存在和破坏平衡的触发作用。
滑坡的构成要素包括滑坡体、滑坡壁、滑动面、滑动带、滑坡床、滑坡舌、滑坡台阶、滑坡周界、滑坡洼地、滑坡鼓丘和滑坡裂缝等。以上滑坡诸要素只有在发育完全的新生滑坡才同时具备,并非任一滑坡都具有。
四、滑坡的分类
由于自然界的地质条件和作用因素复杂,为了更好地对滑坡的认识,从不同角度进行滑坡分类:
1.按滑坡体的体积和规模大小划分
①小型滑坡②中型滑坡③大型滑坡④特大型滑坡(巨型滑坡)
2.按滑坡的滑动速度划分
①蠕动型滑坡②慢速滑坡③中速滑坡④高速滑坡
3.按滑动距离划分
①近程滑坡②远程滑坡
除此之外,滑坡还可以按滑坡体的厚度、结构、形成的年代、力学条件、物质组成及滑动面与岩体结构面之间的关系进行划分
本文的研究对象高速远程滑坡是一种滑动距离长,滑后冲击力大的滑坡类型,是按滑坡的滑动速度和滑动距离划分的。
四、高速远程滑坡的运动过程
根据大型高速远程滑坡活动的时间和空间,可将其划分为启程、近程、远程三个相互连续的活动阶段。启程阶段,这类滑坡一般都能获得较大的速度,加之多数滑坡剪出口附近滑床水平或略向上翘,从而导致滑坡体在近程活动阶段呈现飞行运动。[2]在飞行阶段,由于沟谷形态的限制,滑坡体可能会受到沟谷两侧山体的阻挡而发生一次甚至多次碰撞,从而使滑坡主题的运动轨迹成“之”字形。其结果,一是使裂隙化岩体破碎,为以后的碎屑流提供物质基础;二是使滑坡体的运动方向发生改变,表现出多冲程现象;三是在碰撞作用下,由于能量传递,部分岩体获得高速,呈现出加速运动效应。[3]
五、高速远程滑坡的典型特征
高速远程滑坡灾害危险性巨大,大多数为岩质深层滑坡,复杂、隐蔽、危害性大等特性突出。高势能是大型远程滑坡的基本特点,其典型特征表现在以下方面:
1.抛掷-碰撞-粉碎化
高速远程滑坡一般坡体与沟壁相撞达数次,致使层状岩体充分解体,在远程运动阶段,由于岩体已破碎成碎屑颗粒及末状粉尘,这些粉尘加上高速滑坡体所捕获的压缩空气共同形成隙间流体、该隙间流体能对带动它一起向前运动的粒径较大的碎屑颗粒产生一定的浮力,从而使碎屑颗粒能呈流动状态向前高速流动,即碎屑流。正是由于碎屑流的产生,使得滑坡体能够运动很远的距离,即远程效应。
2.无粘性颗粒流特征
大型高速远程活动阶段的碎屑流运动,实际上是一种特殊的二相流,并可根据具体环境分为干碎屑流(固气型碎屑流)和湿碎屑流(固液型碎屑流)。因此,碎屑流在其运动过程中,固体颗粒与隙间流体之间必产生相互作用,形成无粘性颗粒流。
3.气垫与凌空效应
大型高速滑坡在启动后之所以能保持高速远动,甚至“飞行”,主要由滑坡体势动能转化加速效应、滑床气垫擎托持速效应、滑床触变液化持速效应和滑程碎屑流持速效应产生。对于滑坡类不规则颗粒,其间容易形成架桥现象,增强碎屑流整体稳定性,使气流不易扩散,在堆积体下方形成高压气垫层,产生空气擎托现象。
根据空气动力学结论:一般地,这种产生凌空飞行的空气动力升力将使滑体增加约1/3的滑行历程。在低角度状态,抛掷角度愈大,滑程愈远。[4]
4.流化与液化
滑坡岩体的碰撞破碎为碎屑流的形成提供了必要的物质条件,在受到巨大撞击和在高速运动中解体的崩塌岩块因其质量大而分布在滑坡体的中后部,滑坡体前缘及两侧是混有大量空气、粉尘和富水的碎屑物质形成的碎屑流堆积。因在运动中主流线与两侧的速度有差异,产生的剪切力以及主流前缘受到原堆积垅的阻挡,使两侧富含高密度气团的碎屑流运动分别出现典型的左旋及右旋的涡流特征。
六、结论
高速远程滑坡因地质条件、发育特征和形成机理的不同,其特点呈现多样化,差异化。归纳其特点,高速远程滑坡的典型特征表现为抛掷-碰撞-粉碎化、无粘性颗粒流特征、气垫与凌空效应、流化与液化等。只有让群众充分了解这些典型特征,做好前期的防灾科普,才能提高群众防灾意识,群测群防是避免滑坡灾害事件发生的最有效方式。
参考文献
[1]张明,殷跃平,吴树仁,等.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,2010,18(6):805-817.
[2]毛彦龙,胡广韬,毛新虎,石耀武.地震滑坡启程剧动的机理研究及离散元模拟[J].工程地质学报,2001,9(1):74-80.
[3]邢爱国胡厚田杨明.大型高速滑坡滑动过程中摩擦特性的试验研究[J],岩石力学与工程学报,2002(4)
[4]胡厚田等,高速远程滑坡流体动力学理论的研究[M],成都:西南交通大学出版社,2003,1-9
[5]袁小一,许强,程谦恭.高速远程滑坡-碎屑流超前冲击气浪分析[J],水文地质工程地质,2016(6)
作者简介:
何子文(1982--)男,汉族,土木工程本科,工程师,主要从事项目管理工作。