论文摘要
高速滑坡（High-speed landslide）由于其破坏性大、波及范围广,且难以预防,容易导致灾害区严重的生命财产损失,因此常被形容为灾难性滑坡（Catastrophic landslide）。速度快、滑距远、体积大、致灾性是其最为显著的特征。高速滑坡是在全世界范围内普遍发生的地质灾害,其机理性研究和运动过程模拟是国内外关注的重点。关于高速滑坡的动力学机理,长期以来仍未形成一个统一的、系统的认识,源于其运动速度之快、滑动距离之远,难以用常规运动学方法进行解释。有学者提出,在高速滑坡加速启动的短短数十秒阶段,底部剪切带剧烈摩擦,产生极高的热量,在热增压效应下,使得剪切带内的超孔隙水压力急剧增大,导致滑动面抗剪强度骤降,从而致使上覆滑体加速滑动。然而,由于上覆滑坡体与底部剪切带在厚度上的巨大差异,使得目前该理论仅局限于一维简化模型;另外,剪切带内产生的高温一旦超过孔隙水的沸点,势必会产生汽化现象,便涉及剪切带内多相热力学耦合问题。上述问题目前尚未得到很好的解决,且严重制约了高速滑坡摩擦-生热-增压促滑理论的发展。本文首先总结了国内外有关高速滑坡的动力学机理、摩擦-生热-增压动力学模型以及滑坡体运动力学模型等领域的研究现状及存在的问题,介绍了本文的主要研究内容。然后搜集了国内外50例典型高速滑坡资料,对其进行统计分析,并总结了高速滑坡的地质条件、触发条件、动力学过程等基本特征。在此基础上,分别建立了考虑热-水-力耦合和热-水-汽-力耦合的高速滑坡动力学模型,并进行了算例验证。基于上述所建立的模型,研究了高速滑坡启动控制参数,包括滑体与剪切带的厚度效应,水力学及热力学参数的影响,以及滑动面倾角与滑体初始加速度的影响。最后,将模型应用于2个工程实例,包括已经发生高速滑动的西藏易贡滑坡,及尚未发生灾难性破坏,但存在潜在高速滑动隐患的甘肃青崖岭滑坡。基于上述研究内容,本文取得的主要研究成果列述如下:（1）总结了高速滑坡基本特征。搜集了国内外共50例典型高速滑坡案例资料,并将其基本信息列入附表一中。基于所搜集的高速滑坡案例资料,分别对其地质条件特征（主要包括地形地貌、滑坡体与剪切带物质结构等）、触发条件（主要包括地震触发、降雨触发、冰雪融化触发、水库蓄水触发、岩崩加载触动、变形累积（属自然失稳）、人工采矿触发、火山喷发触发等8类）、动力学特征（速度与位移、残余动摩擦角、体积效应、物质形态转化）等进行了统计分析,并总结了一般性规律。（2）发展了考虑热-水-力耦合的高速滑坡动力学模型。本章基于剪切带摩擦-生热-增压促滑机理,在一维滑坡热-水-力耦合模型的基础上,采用条分法,将滑体划分为一系列小滑块和底部对应的局部剪切带,分别建立了每个滑块的运动方程,和每个剪切带内的热量方程和孔压方程。该模型包括三大控制方程:上覆滑体的运动方程,底部剪切带的热量方程和孔压方程。选取了Vaiont滑坡进行算例分析。通过本文的模型证实,滑坡摩擦-生热-增压的促滑机制受滑体不规则的空间形态特征影响较大;并且通过算例对比分析,验证了该拟二维热-水-力耦合动力学模型的有效性。（3）首次提出了考虑热-水-汽-力耦合的高速滑坡动力学模型。剪切带内摩擦生热,导致温度升高,一旦超过孔隙水沸点,则会发生汽化现象,进而影响剪切带内超孔压,以及上覆滑体的动力学过程。本部分的研究内容在剪切带热-水-力耦合模型的基础上,考虑孔隙水高温汽化过程,建立了考虑剪切带热-水-汽-力耦合的滑坡动力学模型,并选取Vaiont滑坡进行算例分析。（4）研究了高速滑坡的启动控制参数。本部分基于滑坡剪切带热-水-力耦合动力学模型,对重要控制参数,如滑体厚度、剪切带厚度、热传导系数、热增压系数、渗透系数、滑动面倾角及滑体初始加速度等,进行了敏感性分析,阐明了其对滑体速度、剪切带温度和超孔压的控制机理,从摩擦-生热-增压-加速的角度,为滑坡启动后发展为高速滑坡的潜在可能性判断提供了重要学科理论依据。（5）基于剪切带摩擦-生热-增压的高速滑坡热-水（汽）-力耦合动力学模型的工程实例应用。本部分将前文建立的基于剪切带摩擦-生热-增压的高速滑坡热-水（汽）-力耦合动力学模型,应用于国内西藏易贡滑坡和甘肃青崖岭滑坡,前者为已产生高速滑动的灾难性滑坡,后者为尚未发生灾难性破坏,但存在潜在高速滑动隐患的古滑坡。本文的研究成果,不仅进一步促进了对于高速滑坡的认识,丰富了高速滑坡动力学机理,发展了高速滑坡动力学模型,还为潜在高速滑坡的预防提供了理论依据。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 赵能浩
导师: 晏鄂川
关键词: 高速滑坡,动力学模型,剪切带,摩擦生热增压机理,热水汽力耦合模型
来源: 中国地质大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 地质学,建筑科学与工程
单位: 中国地质大学
基金: 国家自然科学基金面上项目《巴东组含泥岩类夹层斜坡的工程地质演化及其孕灾早期识别研究》(41672313)
分类号: TU43
DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000081
总页数: 198
文件大小: 10579K
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标签：高速滑坡论文; 动力学模型论文; 剪切带论文; 摩擦生热增压机理论文; 热水汽力耦合模型论文;