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揭秘降雨作用下一类大型滑坡的演化机理

已有 6310 次阅读 2017-6-26 10:41 |个人分类:建言献策|系统分类:科研笔记| 降雨, 机理, 滑坡

以新滩滑坡为例,从解剖这只麻雀开始。

1985612日凌晨,在长江西陵峡上段兵书宝剑峡出口秭归县新滩镇一带,发生了总体积约2×107m3的巨型堆积层滑坡,新滩古镇全部被毁。

比较图12知,新滩滑坡并未发生在最大降雨量的年份1979年,反而发生在降雨量最小的年份19856月,这是为什么呢?

按照过去常规的理解,滑面稳定性受软弱介质控制,那么在大暴雨期间,尤其是历史最大暴雨期间,滑面介质的抗剪强度应是最低的,滑坡应发生在此阶段才能得以合理解释,但实际情况并非如此,这又是为什么呢?

还有更难以回答的问题哦。为何约19826份前,位移曲线稳态增长,但之后开始加速了呢? 嗯,19826月份之前秭归地区的降雨可是杠杠的吆!

小沈阳在哪里?能抢答吗?


1 1978.1-1985.8秭归县年最大降水量时序(据贺可强等,2004


2 新滩滑坡A3B3测点位移监测记录(据贺可强等,2004

显然,要正确回答以上问题,首先必须弄明白斜坡稳定性的主控因素是什么?

事实上,早在上世纪王兰生等(1988)发现,新滩滑坡中部姜家坡一带滑床凸起(图3 (a),加之西侧缩窄而东侧恰好位于弯道处(图3 (b)种坡体结构与地形地貌的组合产生了类似“支撑拱”作用,对新滩滑坡上部坡体起着支撑和锁固效果,与锁固段功能等效。在此基础上,程谦恭等(2004)进一步指出这种“支撑拱”结构的形成及其稳定性,主要取决于滑坡体的几何条件、边界条件与滑坡岩土体本身的力学性质。30年以来,关于锁固段的研究越来越多,如唐川(1991)、胡广韬(1995)和程谦恭(1999等认为滑动面上锁固段有聚能效应,在锁固段未贯通之前其内部会储存大量弹性应变能,当其突发脆性断裂时会转换为坡体动能,促使滑坡高速启动。这一观点已得到许多滑坡案例的证实,如重庆武隆鸡尾山滑坡(邹宗兴等,2014、三峡库区千将坪滑坡(肖诗荣等,2010)、唐家山滑坡(罗刚等,2013)等。黄润秋和许强(2008通过调查我国数十个大型灾难性滑坡的基本特征和成因机制,指出其发生过程普遍伴有滑动面上锁固段的突发脆性断裂。殷跃平等(2011在分析重庆武隆鸡尾山危岩体崩塌成因时,指出该危岩体前缘存在与基岩山体未被完全切割分离的关键块体,其阻挡着后缘驱动块体下滑趋势。以上研究凸显了锁固段在锁固型滑坡演化过程中的重要作用,但并未以此为突破口建立滑坡失稳预测模型。


3 新滩滑坡“支撑拱”模型及其失稳预测模型

(a) 新滩滑坡剖面图(阳吉宝等,1995

(b) 新滩滑坡支撑拱模型(王兰生等,1988

(c) 新滩滑坡A3监测点水平位移及其三阶段划分(贺可强等,2015

(d) 新滩滑坡支撑拱损伤过程与变形三阶段对应关系示意图(秦四清等,2010

近年来,我们依托国家自然科学基金重点项目斜坡失稳的广义临界位移准则与预测方法”(编号:41030750,已结题),通过对锁固型滑坡进行研究,已取得了一系列成果1)揭示出斜坡加速变形阶段起点、锁固段宏观破裂贯通点和斜坡临界滑动起点(图3(c))与锁固段损伤过程中体积膨胀点、峰值强度点和残余强度点(图3(d))之间的对应关系,指出锁固段被加载至体积膨胀点时其内部裂纹的非稳定扩展是导致斜坡进入加速变形阶段的根本原因(秦四清等,2010);(2)构建了崩滑灾害临界位移准则,据此可基于斜坡加速变形阶段起点处的位移值,定量预测锁固段宏观破裂贯通点和斜坡临界滑动起点处的位移值(图3(c));(3)通过对意大利瓦伊昂滑坡、新滩滑坡等诸多锁固型岩质、堆积层和黄土典型滑坡案例的回溯性分析,验证了该临界位移准则的正确性(秦四清等,2010;薛雷等,2014;(4)基于一些典型锁固型滑坡案例,初步归纳总结出了锁固型滑坡的分类和判识方法(泮晓华等,2014)。

哦,估计小沈阳和元芳看明白了,原来对诸多大型斜坡,其稳定性受滑面锁固段(包括土拱、支撑拱、岩桥、凹凸体等)控制。锁固段被剪断是一个长期的渐进破坏过程,不可能一步到位。在向失稳态演化过程中,每一次的地震与降雨等都会导致锁固段的损伤,损伤累积到一定程度,锁固段发生宏观破裂而贯通,对于具有一个锁固段的斜坡,当锁固段贯通后仍有残余强度支撑,虽然坡体变形剧烈仍不能开始剧滑,当锁固段损伤至残余强度点时,可认为失稳即将发生。

换句话说,当锁固段的变形破坏还未演化到体积膨胀点时,即使某年的降雨量很猛,也不会发生加速变形;当锁固段的变形破坏还未演化到残余强度点时,即使变形加速很剧烈,滑坡也不会发生。新滩滑坡在长期的降雨或其它因素作用下,演化到点了就滑了。原来如此,一切都有定数哦!

对事后诸葛亮的专家们而言,解释滑坡成因时,要从滑坡机理出发,即从滑坡演化过程出发,不能就事论事,不能靠现象忽悠吃瓜群众。否则事后诸葛亮也当不明白,专家也就成了砖家。

参考(略)




https://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1063019.html

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