地震诱发的破碎危岩群体崩塌灾变机理与随机风险估计

破碎危岩的崩塌是汶川地震中危害最大的次生地质灾害类型之一。本项目以诱发破碎危岩群崩的几何因素-"地貌与地质"、荷载因素-"近震与远震"、随机因素-"局部强度缺陷"为切入点，综合运用原位观测、模型与数值试验等手段，在研发描述破碎危岩地貌、地质特征信息的三维立体建模技术的基础上，基于实测建模数据建立数值模型，研究破碎危岩岩块间的力链分布特征，揭示破碎危岩的地貌、地质特征规律及其内在力学机制；通过物理模拟和数值模拟的验证与补充，研究破碎危岩群崩过程中在不同地貌与地质特征、不同地震荷载特征、不同随机弱危石特征条件下的岩块间力链分布与随机弱危石破损程度的演化过程，揭示地震诱发破碎危岩群体崩塌的破坏模式与破坏机理。针对随机弱危石在群体崩塌中的作用，引入随机失效概率模型，提出基于随机失效概率的地震诱发群崩灾害的风险估计方法。上述研究不仅能提升地震诱发崩塌灾害的理论水平，还能为有效防灾减灾提供实用方法。

本课题针对地震诱发破碎危岩群体崩塌灾变机理及其随机风险估计这一科学问题进行了系统的研究。经过三年的研究工作，课题基本上按计划完成了研究内容，并进行了一定的扩展研究。 第一，地质建模技术研发。针对影响破碎危岩群体崩塌的地貌与地质特征，开发出一种基于TLS和数字图像技术的破碎危岩地貌、地质特征信息的快速三维建模技术，通过融合LiDAR点云和CCD影像数据，借助于地面激光LiDAR的精准空间测量技术和CCD影像的计算机视觉识别技术，实现岩体结构特征、地形地貌特征的全自动、非接触、数字化测量与信息识别。 第二，模型试验研究。系统总结了影响地震诱发破碎危岩群体崩塌的地形地貌、岩性特征、地质构造、诱发荷载等四大因素，开展了危岩块度、赋存高度、节理倾角、振动加速度等不同因素下地震诱发危岩群体崩塌的振动台模型试验，研究了不同影响因素下的危岩群体崩塌破坏过程，通过分析不同因素下的危岩群体崩塌特征提出危岩群体崩塌的典型破坏类型，通过分析不同因素下的危岩群体崩塌的位移变形时序特征，提出了以临界崩塌破坏角来描述危岩群体崩塌破坏的临界状态。 .第三，理论分析研究。在充分分析危岩群体崩塌典型破坏特征的基础上，以群体崩塌中的危岩间运动特征将分为平动模式和转动模式，按照基于平动模式的极限位移平衡状态和基于转动模式的极限位移平衡状态，分别提出了危岩群体崩塌临界状态时坡面极限形态的数理表征方程，通过将数理解答与模型试验成果对比，模型试验测得临界状态的坡面极限形态在数理解答的极限平动位移平衡状态和极限转动位移平衡状态的坡面极限形态之间，所以本研究提出了以两类极限状态的临界崩塌破坏角作为判定危岩群体崩塌的判据范围标准。 第四，数值试验研究。在节理间距、岩层厚度、层面倾角、危岩堆积高度、危岩赋存高度、振动波振幅、和陡崖坡度等因素下对危岩群体崩塌破坏模式与破坏特征开展了UDEC离散元数值试验系统研究。提出了不同因素对危岩群体崩塌的破坏模式规律，系统研究了影响临界崩塌破坏角的取值范围及其影响因素。在UDEC数值模型上引入复杂网络理论，提出采用复杂网络理论的节点收缩法，通过崩塌前后危岩群体网络的连通度值变化情况，从而提出确定影响群体崩塌关键危岩块体位置的方法。 本课题共发表科研论文6篇，其中SCI/EI检索1篇，期刊论文5篇，目前在投稿4篇；申请专利2项均已公开；参加国内外会议11次；培养硕士研究生3人。