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2009年6月5日发生的重庆武隆鸡尾山高速远程滑坡,约560万方山体,在跨越75m高的前缘陡坎后,获得巨大的动能,在短短2分钟时间内运动了约2.5千米的距离,掩埋了位于山脚下的共和铁矿及几户民宅,造成74人死亡的重大遇难。
近年来,国内多次发生此类大型崩塌-碎屑流灾害。此类大型崩塌-碎屑流常在破坏模式、破坏规模、运动方向、运移距离方面与普通滑坡及崩塌有较大区别。在运动形式上常表现为高速剪出、水平抛射、远程碎屑流运动等独特的动力学特征。其破坏能力强,波及范围广,往往造成无法预测的重大灾难和惨重的人员伤亡。因此,研究此类大型岩质崩滑的破坏模式、运动特征及堆积形态对于防灾减灾具有重大意义。国内许多学者已对高速远程滑坡做了不少研究,但主要侧重于高速启动机制的研究,对于其运动特征及堆积形态的研究甚少。
本文以鸡尾山滑坡为研究对象,在现场地质调查、结构面测量、堆积区地球物理勘探、室内岩块及结构面试验、数据整理分析的基础上,对鸡尾山滑坡的区域地质背景条件、工程地质特征进行了详细分析与描述,概化出了鸡尾山滑坡形成的的地质概念模型;通过滑坡堆积区块石体积、岩性、长轴走向的统计确定了滑坡的运动方向、不同区域堆积物质来源以及堆积体在横向与纵向上的分布情况及堆积规律;将鸡尾山滑坡进行结构分区及运动阶段划分,对每个区域内的滑坡堆积、运动特征进行了详细的描述与分析;最后,应用3DEC离散单元软件对鸡尾山破坏过程、运动堆积过程进行了数值模拟,再现了武隆鸡尾山滑坡发生及运动堆积的整个过程,基本掌握了其堆积形态及运动特征。本文完成的主要研究工作与研究结论如下:
(1)鸡尾山基本特征研究。通过对鸡尾山滑坡后缘结构面测量及现场地质调查确定了滑源区在滑动之前已处于两面临空状态。滑源区存在三组裂隙,三组裂隙将鸡尾山山体切割成为积木块体状,并分别为滑坡体提供了底滑面,南侧拉裂面、西侧边界及东侧临空面。此外,在西侧壁上分布有带状展布的小型落水洞和溶蚀空洞,在后缘拉裂面上有三处溶蚀裂缝带。
(2)鸡尾山滑坡运动特征研究。在空气动力学基础上,应用matlab软件对鸡尾山剪出口速度进行反演,得到剪出口速度高达64m/s;根据滑坡体与山梁的碰撞点将滑坡-碎屑流的的运动分为四个阶段,第一个阶段为凌空飞行阶段,在空气动力及重力作用下,滑体被加速至75.83m/s;第二个阶段为碰撞破碎阶段,滑体与铁匠沟对面山梁高速碰撞,碰撞后平均速度降为49.34m/s;第三阶段及第四阶段分别为二次碰撞、三次碰撞碎屑化阶段,其碰撞后平均速度分别为24.80m/s、10.7m/s。根据碰撞点处的碰撞擦痕、摩擦方向以及堆积特征初步确定了滑坡运动路径。
(3)鸡尾山运动过程仿真模拟。基于离散单元法基本原理,应用3DEC离散元软件对鸡尾山滑坡破坏及运动、堆积过程进行数值模拟。模拟结果表明:①鸡尾山破坏模式为,后部块体蠕滑挤压前缘关键块体—关键块体局部出现“挤压鼓胀”—关键块体强度降低—关键块体失稳破坏。②山体碰撞效应改变了滑体的运动路径。不同时步滑体的运动堆积图形显示,滑体与山梁发生三次碰撞,碰撞作用使其改变运动方向及运动速度。③模拟准确的预测了滑坡体的破坏范围和堆积规模。模拟结果显示滑体堆积长度2.4km,与实际相差不到6%,堆积厚度由前缘逐渐减小;堆积范围与实际调查结果一致,从而进一步验证了堆积形态的定性描述。