平面撒开型高速远程滑坡-碎屑流流态化堆积机理研究

The flow-like form geomorphic features of rock avalanches are significant geological evidences for the back analysis of its kinematics and dynamics mechanisms. This project will select the flow-like form geomorphic features of tongue-shape rock avalanches as object, focus on study the formation mechanism of flow-like form geomorphic features, and reveal the interaction mechanism between debris and underlayer. According to the analysis on geomorphic features and structure characteristics of tongue-shape rock avalanches in the world, we will study the controlling factors and generalize the deposition modes. Detailed geological investigations will be conducted on several representative rock avalanches. The formation process of flow-like form geomorphic features will be reproduced using model tests considering the avalanche-substrate interaction. The compression and extension evolution both in time and space will be determined based on the shear stress measurement at the flume base and the evolution progress of geomorphic features and internal structures. The control factors and their quantitative relation will be analyzed to reveal the formation mechanism of flow-like form geomorphic features in tongue-shape rock avalanches. This research would provide scientific basis for the research on ancient landslides and the geo-disaster prevention and mitigation in the route selection of major line engineering projects and the urban and rural planning in mountain regions.

高速远程滑坡-碎屑流流态化堆积特征是反演分析其运动学和动力学机理的重要地质证据。本项目以平面撒开型高速远程滑坡-碎屑流流态化堆积特征为对象，重点研究考虑下伏地层影响的流态化堆积机理，揭示碎屑流与下伏地层相互作用机制。通过分析国内外平面撒开型高速远程滑坡-碎屑流的宏观堆积特征和细观结构特征，研究流态化堆积的控制因素，概化其堆积模式，并选取典型滑坡实例进行详细地质调查；进行碎屑流与下伏地层挟带、拖曳、剪切和铲推相互作用机制的室内物理模型试验，再现流态化堆积特征形成过程；采用斜槽底部剪应力测量系统，研究碎屑流堆积过程内部压缩与张拉状态的时空分布规律；基于堆积体表层地貌和内部细观结构特征，确定流态化堆积形成过程中的主要控制变量，并定量分析其相互关系，从而深入揭示平面撒开型高速远程滑坡-碎屑流流态化堆积机理，为古滑坡研究以及高山峡谷地区重大线路工程选线和城乡规划中大型滑坡的防灾减灾提供理论依据。

本项目针对高山峡谷地区高速远程滑坡-碎屑流地质灾害，利用野外地质调查、室内物理模型试验和数值模拟方法，主要研究内容包括高速远程滑坡-碎屑流运动学特征，考虑下伏侵蚀层的高速远程滑坡-碎屑流堆积特征，不同分形维度碎屑堆积特征及溜滑规律，以及基于岩-地相互作用的崩滑体运动特征。主要研究成果包括基于SPH模拟典型高速远程滑坡运动和堆积过程，揭示了其运动学和堆积特征，研究成果和研究方法对易贡藏布高山峡谷区的公路和铁路工程选线以及防灾减灾具有重要现实意义；基于典型滑坡实例的工程地质条件和发育特征，概化高速远程滑坡-碎屑流地质模型，利用类比模型试验的方法，考虑下伏层含水率、厚度、密实度和粒径等影响因素下高速远程滑坡-碎屑流堆积形态和结构特征，揭示了不同发育条件下高速远程滑坡-碎屑流的停积机理和能量耗散规律，研究成果可以为古滑坡研究以及高山峡谷地区重大线路工程选线和城乡规划中大型滑坡的防灾减灾提供理论依据；针对碎屑堆积斜坡发育与堆积特征、岩屑源区补给与表层溜滑关系、斜坡溜滑活跃程度与演化规律等关键科学问题，研究了不同分形维度的散粒体斜坡的堆积特征和颗粒运动特征，揭示了不同分形维度、规模和颗粒大小的散粒体斜坡表层溜滑的破坏模式和溜滑演化机理，以及溜滑规模与频率间的拟合关系，研究成果对川藏铁路交通走廊碎屑堆积斜坡的堆积溜滑机理研究和防灾减灾工作提供理论依据；依据Cattaneo & Mindlin接触理论与Hertz切向接触理论，从落石能量耗损的角度着手，考虑落石旋动动能的损失与平动动能和旋动动能之间的转化，推导了落石碰撞切向恢复系数的理论计算方法，提出了一种基于现场数据的切向恢复系数计算方法，选择切向残余变形量与落石质量作为定量指标、坡面岩土层特征作为定性指标、落石形状与植被覆盖情况作为辅助指标提出了一种优化后的恢复系数取值建议方法，研究成果对地质灾害防灾减灾中危险区划定具有重要理论意义和应用前景。