岩土体与下垫面对降雨滑坡运动参数的作用机制及主控关系

The field investigations and data of catastrophic rainfall landslides indicated that the landslide movement mechanisms were controlled not only by the volume-height effects but also significantly by the physical and mechanical parameters of rock-soil mass and underlying surfaces. The action mechanisms and main control relationships were the key to the landslide disaster prediction, evaluation and engineering control. According to the physical and mechanical parameters of rock-soil mass and underlying surfaces of rain fall landslides, based on the techniques of field investigation and test, model tests, numerical simulations and the theory methods of landslide dynamics and kinematics, the start-up mechanisms, movement process and movement distances of landslides were studied which are controlled and coupling interacted by the rock-soil mass and the underlying surfaces. On the basis of the velocities, accelerations, runouts and equivalent friction coefficients of landslide movements, the item aim at revealing the coupling disaster mechanisms of the rock-soils and underlying surfaces and main control relationships of high speed long and short runout of the catastrophic rainfall landslides. The results can deepen the study of the dynamics and kinematics of catastrophic landslides and provide the technical reference and scientific basis for the rainfall landslide disaster mitigation and engineering control.

灾难性降雨滑坡的现场调查和资料分析表明，滑坡的运动机制不仅具有体积-高程效应，还显著地受岩土体的物理力学参数和下垫面场地条件的作用，其作用机制和主控关系是滑坡致灾强度和区域的预测、评估以及工程治理需要解决的关键问题。本研究拟从降雨滑坡岩土体的物理力学参数和滑坡运动的下垫面场地条件出发，采用现场调查与试验、模型试验、数值模拟分析等技术手段，运用滑坡动力学、运动学的理论方法，通过对岩土体参数控制、下垫面场地约束以及岩土体参数与下垫面场地耦合作用下的滑坡启动机制-运动过程-运动距离的研究，分析降雨滑坡岩土力学参数、下垫面场地对滑坡运动速度、加速度、运动距离和等效摩擦系数的作用机制，揭示灾难性降雨滑坡的岩土体力学参数与下垫面场地的耦合致灾机制以及高速远程、近程运动的主控关系。以深化灾难性滑坡动力学、运动学的研究，为降雨滑坡减灾防灾措施和工程治理提供技术参考和科学依据。

我国每年的滑坡灾害频繁，造成严重的人员伤亡和财产损失。虽然滑坡运动具有复杂的机理以及固、液、气的耦合作用机制，但其运动参数受控于岩土体和下垫面运动场地耦合作用。并且，滑坡岩土体组成对运动性的作用、下垫面运动场地条件对滑坡运动的加速和减速效应、滑坡岩土体和下垫面场地对滑坡运动参数的耦合作用机制，以及对灾难性滑坡高速远程、近程运动的主导关系等是滑坡防灾减灾的关键科学问题。项目主要研究内容包括：（1）岩土体分类及对运动参数的作用机制研究；（2）滑坡岩土体与场地条件对运动参数敏感度试验的分析；（3）滑坡运动场地条件的分类及其对运动参数的作用研究；（4）滑坡岩土体与场地条件对运动参数的数值模拟分析。通过上述研究得出以下主要结果：. 颗粒级配和颗粒形状影响了岩土体的抗剪强度和滑坡启动方式。滑坡碎屑流具有明显的加速运动、持速运动和减速运动阶段，传统的Scheidegger法和动量传递法不能揭示坡脚对前缘速度的阻止效应、能量传递作用下的持速运动特征。岩土体参数影响了滑坡持速运动阶段的速度和能量传递，地形坡度突变引起滑坡速度的变化，导致运动距离的差异。同一量级体积滑坡的颗粒级配和坡度分别是坡脚下的水平运动距离和等效摩擦系数的主要影响因素，体积变化的影响不显著。. 建立了坡脚型、坡面型、凹面型、阶梯型、沟谷顺直型、沟谷偏转型和堵江型共7种滑坡下垫面地形条件及参数，基于滑坡体积与地形参数，分别建立了7种地形条件的滑坡运动参数的经验公式，得到了各地形参数的作用机制；分析了不同规模滑坡水平运动的优势距离，可为滑坡的致灾区域的预测提供参考。. 坡脚以上滑面长度是体积1×104m3≤V<100×104m3滑坡的最大垂直运动距离和最大水平运动距离的显著性影响因素；坡脚角度对体积V≥100×104m3滑坡的最大水平运动距离和坡脚下的水平运动距离的影响最大；滑坡坡度和堆积区的坡度则显著影响了滑坡的等效摩擦系数。. 基于岩性、地震烈度、坡体结构及其作用下滑坡的岩土体特征、诱发机制、启动模式对运动距离的影响不显著；不同场地地形条件是同等规模滑坡运动距离产生差异的最主要因素。数值分析的结果表明，场地条件和下垫面摩擦系数是影响滑坡运动距离的主要因素，颗粒黏结强度控制了堆积体分布形态。滑坡高速远程运动的主导因素在于有利的地形条件和下垫面摩擦系数。