顺层岩质滑坡失稳后解体模式识别和能量耗散研究及应用

The bedding rock avalanche is a common slope disaster. Differences in mode of sliding body disintegration due to it have complex movement of sliding, collisions and debris flow. In order to solve the hazard assessment problem in complex movement process of landslide, view it as no material exchange energy dissipation system, the landslide disintegration mode and energy balance is used to simulate landslide movement and to assess hazard. Firstly, based on the geological model of bedding rock avalanche, we use typical landslide field investigation and physical model experiments to study the sliding body's disintegration and movement patterns. Rough set and gray system and cluster analysis theory was adopted to identify dynamically the disintegration mode. Then, Using the typical landslide back analyzes and the indoor model experiment to determine energy parameter: bottom pressure, dynamic friction coefficient and energy loss coefficient. And, to study the internal energy of sliding body and sliding surface friction heat dissipation on different landslide disintegration stages and movement patterns. Lastly, the finite volume method is adopted to establish the movement process of landslide and the hazard assessment model. Disintegration mode and energy distribution is the main index of hazard assessment. The research has important scientific significance on developing of landslide movement theory, improving of the landslide risk assessment model and mitigating hazard.

顺层岩质滑坡是常见的斜坡灾害，由于滑坡失稳后解体模式的差异，使滑体在不同阶段表现为整体滑动、内部碰撞或碎屑流等复杂运动。为了解决滑坡复杂运动过程的致灾问题，视其为无物质交换的能量耗散系统，将滑坡解体模式动态识别和能量耗散参数用于滑坡运动过程模拟和灾害评估。以顺层岩质滑坡地质模型为基础，通过典型滑坡现场调研和室内物理模型实验，研究滑坡的解体和运动模式，将粗糙集、灰色系统和聚类分析理论用于滑坡解体模式的动态识别。通过典型滑坡反分析和室内模型实验，研究底面压力、动摩擦系数和内能消耗系数的变化规律，研究滑坡不同解体阶段和运动模式下滑体内能和滑面摩擦热能的耗散参数。采用有限体积法建立滑坡的运动过程和灾害评估的数值分析模型，将各时段的解体模式和能量分布作为灾害评估的依据。研究成果对发展滑坡运动理论、完善滑坡风险评价模型和制定防灾减灾预案具有重要的科学意义。

由于顺层岩质滑坡地质结构的差异，其失稳后在运动过程表现出不同的解体模式和灾害强度。以三峡库区典型滑坡为对象，通过现场调查和理论分析，提出了滑坡失稳后解体模式识别的图解法，并建立了滑坡解体和破碎分析的力学模型。通过室内实验和数值模拟，研究了滑坡运动过程的能量耗散参数和强度参数，提出了失稳后滑坡风险评价的量化模型。项目的主要成果如下：. （1）顺层岩质滑坡存在三种解体模式，其破坏强度排序为：整体滑动、无显著的解体和破碎<整体快速滑动、分带解体和局部破碎<整体快速滑动、完全解体破碎。滑面形态a2, 滑坡加速距离/滑体厚度a4，地形剖面形态a5和触发因素a7是滑坡解体模式的敏感因素，{a2, a5, a7} 和 {a2, a4, a7}的集合可用于解体模式判别。. （2）基于Sarma法和DAN法，建立了滑坡解体分析的理论解。滑体内部侧向和垂向应力增加、应力分布改变和岩体强度降低是导致滑体解体的力学原因。. （3）斜坡为20°倾角的滑动实验表明：滑坡失稳后能量耗散参数和影响因素的相关性排序：岩体结构>滑面粗糙度>滑块岩性。随岩体结构由复杂到简单，滑坡底面摩擦能耗与内部能耗的比例系数α逐渐增大，散体结构为0.05-0.30、多种组合结构为0.09-0.64、完整结构为0.68-1.29。粗糙底面相对光滑底面，摩擦能耗所占的比例大。组合结构滑体的冲击力最大。. （4）随着斜坡倾角的增加，能耗比例系数α减小，即30°的0.04-2.59、40°的0.01-0.81。该参数和影响因素的相关性排序为：初始速度、滑体结构>滑面粗糙度>岩性。滑体结构对冲击力的影响排序为：完整结构>组合结构>散体结构。. （5）滑坡运动数值模拟的Tsunami Squares法和有限体积法，前者在模拟三维复杂地形下滑坡运动和减少计算量方面有优势；后者刻画了高速远程滑坡在地形变化和沿途基底侵蚀的作用，模拟了由滑动到碎屑流的运动过程。. （6）顺层岩质滑坡对建筑物的破坏强度模型，在滑体内由滑坡加速度和解体模式的参数决定，滑动路径内破坏强度与滑体厚度和冲击力参数有关，给出了滑坡强度参数的量化评价模型。. 通过顺层岩质滑坡运动过程解体模式判别和能量耗散规律的基础研究，将研究成果应用于滑坡失稳后的风险评价理论和经验参数，研究成果对于指导滑坡的防灾减灾工程具有重要的理论价值。