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崩塌体的早期识别与失稳预测

已有 7782 次阅读 2017-6-25 16:11 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 早期识别, 崩塌, 失稳预测

据新闻报道,2018624日四川阿坝茂县发生山体崩塌(图1),造成100人被埋。对该山体崩塌原因,有的专家认为是降雨引发,有的认为是多种因素引发。这些说法靠谱吗?崩塌能被早期识别吗?崩塌能被提前预测吗?



1 现场救援

http://finance.ifeng.com/a/20170624/15482570_0.shtml

不管崩塌还是滑坡,其坡体的失稳演化是一个长期的渐进破坏过程,也可理解为量变质变过程。在演化过程中,每一次的地震与降雨等都会导致滑面阻滑段(锁固段)的损伤,损伤累积到一定程度,阻滑段发生宏观破裂而贯通,对于具有一个阻滑段的崩塌体而言,失稳即将发生。

所以说,研究斜坡失稳原因,不能就事论事,而应考虑演化过程。这样才能理解阿坝茂县山体崩塌并未发生在1933年叠溪7.5级地震或2008年汶川大地震期间,也未发生在前些年的大暴雨期间,而发生在今年中雨条件下的原因。

由此出发,亦能合理解释世界上某些滑坡恰好发生在暴雨期或大震时(或其后一段时间),而有些滑坡却发生在风和日丽的日子。

崩塌(崩落、垮塌或塌方,图2)是较陡斜坡上的岩土体在重力作用下突然脱离母体崩落、滚动、堆积在坡脚(或沟谷)的地质现象。多发生在大于60°70°的斜坡上。崩塌的物质称为崩塌体。崩塌体为土质者,称为土崩;崩塌体为岩质者,称为岩崩;大规模的岩崩,称为山崩。

对于可能发生的崩塌体,主要根据坡体的地形地貌和地质结构特征进行识别。通常,可能发生崩塌的坡体在宏观上有如下特征(资料来自网络):

(1)  坡度大于45°,且高差较大。

(2)  坡体呈孤立山嘴,或为凸形陡坡。

(3) 坡体内部裂隙发育,尤其垂直和平行斜坡延伸方向的陡裂缝发育,并且切割坡体的裂隙、裂缝即将可能贯通,使之与母体(山体)形成了分离之势。

(4) 坡体前部存在临空面,或有崩塌物发育,这说明曾经发生过崩塌,今后还可能再次发生。

具备了上述特征的坡体,即是可能发生的崩塌体。尤其当上部拉张裂缝不断扩展、加宽,速度突增,小型坠落物不断发生时,预示着崩塌很快就会发生,处于一触即发状态之中。


2 崩塌示意图(图片来自网络,无商业目的,在此致谢)

以上说的太复杂,恐怕吃瓜群众们记不住。简而言之,对陡立的岩土体,若后缘出现明显的拉裂缝,即可认为是危险性较大的崩塌体,应马上报告给政府;若发现有掉块和听到噼里啪啦的声音,应立马招呼乡亲们撤退。

崩塌能否被预测呢?这需要两个前提:其一是要对危险性较大的崩塌体进行长期监测;其二是要有科学的预测方法。我们近些年的研究表明,一般而言,崩塌体稳定性受滑面上的锁固段所控制,当锁固段损伤至体积膨胀点时,开始出现蠕变加速现象,这是失稳前的唯一可判识前兆。根据下式:

uf=1.48uc             (1)

可预测锁固段发生宏观破裂时的临界位移,进而估计失稳时间。下面来个实例说明。

198063日,湖北盐池河发生了体积约1.5×106m3的岩崩,导致284人死亡和近1亿元经济损失(黄润秋,2007。孙玉科和姚宝魁(1983)通过地质调查,认为该崩塌体的稳定性受单锁固段控制。根据锁固段在体积膨胀点的位移uc,利用式(1)可预测其在宏观破裂点的位移uf从图3看出,预测值十分接近于岩崩的临界位移值,对应于实际破坏前1d



3 盐池河山崩4号裂缝1980年水平位移观测记录(据孙玉科和姚宝魁(1983)修改)


参考(略)




https://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1062860.html

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