高速滑坡碎裂化过程及运动放大效应的试验和模型研究

High-speed long run-out landslide-debris avalanche is selected as the object in this study, and focused on two key issues the motion process of the high-speed landslide: (1) dynamic process for fragmentation of the sliding mass and then transformed to debris avalanche; (2) movement amplification effect caused by the erosion and entrainment. Field investigation, physical modeling experiments, theoretical analysis and numerical simulation are used to study the dynamic process, mechanical mechanism, and modeling of the high-speed landslide. Combined with impact damage experiments for rocks and movement fragmentation experiments for sliding blocks, the quantitative parameters for describe the fragmentation degree of sliding mass is presented, and a mechanical model is presented to analysis the fragmentation process of the high-speed landslide. Based on several physical modeling tests and numerical simulations, the erosion and entrainment mechanism for high-speed landslide impact on the sliding bed sediments is presented, and focused on the effect of water on the landslide erosion and entrainment, and dynamic process of high-speed landslide. Combined with the statistical data of several landslides, an empirical model is presented to evaluate the travel distance, evolution of landslide speed and the amplification of the landslide volume. The empirical model for the disaster parameters of landslide can provide theoretical basis for the hazard prevention and mitigation of high-speed long run-out landslide, which has a high social value and academic significance.

本课题以高速远程滑坡碎屑流为研究对象，重点研究高速滑坡运动过程中的两个关键问题：滑坡碎裂化并转化为碎屑流的动力过程及由冲击铲刮作用导致的滑坡运动放大效应。采用现场调查、物理模型试验、理论分析和数值试验等手段，对高速滑坡碎屑流的动力过程、力学机制及模型进行研究。基于岩石冲击破碎试验和滑坡块体运动碎裂化试验，提出用于描述滑坡体碎裂化情况的定量化参数；建立用于描述高速滑坡碎裂化过程的力学模型。在大量室内物理模型试验和数值试验基础上，提出滑坡冲击铲刮效应的作用机制及其对运动放大效应的影响；重点研究水存在条件下对冲击铲刮效应及滑坡动力学过程的影响。综合滑坡实例统计数据，提出用于估算滑坡运动距离、速度演化及滑坡体积规模放大等灾害参数的经验性公式。研究得到的滑坡灾害参数估算模型可为高速远程滑坡的防灾减灾提供理论依据，具有较高的研究意义和社会价值。

滑坡灾害给人民的生命财产安全构成了巨大威胁，尤其是高速远程滑坡-碎屑流，其规模大、运动距离远、致灾影响严重，如何更好的了解高速远程滑坡-碎屑流相关动力机制具有重要的科学意义和实用价值。高速远程滑坡-碎屑流运动过程有两个科学问题极为关键，即运动碎屑化和运动沿程侵蚀放大。.项目采用现场调研、统计分析、常规力学试验、物理模型试验、理论分析和数值模拟等手段，通过多年持续系统性的研究，在滑坡运动破碎、沿程侵蚀放大、致灾响应、风险评估等方面取得了一定的进展。主要有：.（1）基于重锤破碎、霍普金森压杆试验以及滑坡块体运动破碎物理模型试验，并结合图像识别、高速影像分析、数据处理等技术手段，揭示了高速滑坡碎裂化的动力学过程，并建立用于描述滑坡碎裂化过程的理论模型，尤其是滑坡块体冲击破碎块体粒径分布的估算方法。.（2）在对典型灾难性滑坡现场痕迹勘测以及历史滑坡数据分析的基础上，针对性的设计了多套滑坡物理模型实验槽，结合力学试验、理论分析及数值模拟等手段，提出了滑坡运动沿程冲切铲刮作用机制，并建立了相应的理论模型。.（3）基于典型灾难性滑坡现场调研、室内物理模型试验以及数值模拟，提出了滑坡运动放大效应的力学机制，并结合能量守恒原理及颗粒材料破坏力学等理论，建立了用于描述滑坡运动放大效应的力学模型。.（4）基于数值模拟和理论分析，提出了用于估算滑坡运动距离、滑坡冲击力、运动速度演化以及滑坡规模放大等灾害参数的经验性公式。.相关成果在国际滑坡领域权威期刊Landslides等上共发表论文21篇；申请发明专利2件，获授权实用新型专利1件、软件著作权2件；参加国内外学术会议18次，作特邀报告8次；培养毕业硕士3人、与国内外同行交流合作紧密；获2018年度教育部科技进步一等奖等科研奖励多项，在西藏易贡滑坡、汶川地震文家沟滑坡、2017年茂县叠溪滑坡、2018年金沙江白格滑坡-堰塞湖、云南鲁甸红石岩滑坡-堰塞湖等灾害的相关工作中获得了应用。