汪發(fā)武 陳 也 劉偉超 高 杰
(①同濟大學地下建筑與工程系, 上海 200092, 中國) (②同濟大學巖土及地下工程教育部重點實驗室, 上海 200092, 中國)
藏東南地區(qū)是指喜馬拉雅俯沖構(gòu)造帶形成的“東構(gòu)造結(jié)”及受其影響的鄰近區(qū)域,西起拉薩、東至成都、南靠麗江、北臨玉樹,是我國能源、交通、政治、經(jīng)濟等諸多方面的戰(zhàn)略要地,也是全球范圍內(nèi)地形地貌最為復雜、地質(zhì)環(huán)境最為脆弱、內(nèi)外動力最為活躍的地區(qū)(王培清等, 2013; 謝金明等, 2022)。藏東南地區(qū)多發(fā)的高位遠程滑坡災害表現(xiàn)出發(fā)育位置高、隱蔽性強、沖擊力大、波及范圍廣、致災頻率高等特征(魯建瑩等, 2021; 王玉峰等, 2021; 余國安等, 2022),對我國“面向服務國家重大戰(zhàn)略,實施雅魯藏布江下游水電開發(fā)等重大工程”、“加快西南水電基地建設”等“十四五”戰(zhàn)略目標構(gòu)成重大威脅。
高位遠程滑坡是指物源區(qū)海拔高(>2000m)或運動高差大(>500m),滑坡體一定程度向流態(tài)轉(zhuǎn)化實現(xiàn)遠程運動(堆積視摩擦角<巖土體內(nèi)摩擦角)的重大地質(zhì)災害類型。作為高速遠程滑坡的特殊類型,高位遠程滑坡具有極強的破壞能力。例如2000年發(fā)生的易貢滑坡,源區(qū)海拔高于5km,落差達3.2km,運動距離9.5km。由于滑體沖擊加載和鏟刮裹挾效應,滑坡體體積最終達到3億余方,沖毀下游川藏公路及橋梁,導致上萬人受災(Yin et al., 2012)。再如川西毛埡壩亂石包滑坡,源區(qū)海拔4.9km,落差0.8km,運動距離3.8km。源區(qū)崩滑巖體體積達4千萬方,運動后滑體體積增加到7千萬方,鏟刮裹挾效應導致滑坡體積成倍增長,致使該區(qū)域工程規(guī)劃曾多次調(diào)整(郭長寶等, 2016)。
高位遠程滑坡災害的動力學機制既是制約藏東南地區(qū)重大工程建設的工程地質(zhì)難題,也是世界范圍內(nèi)地質(zhì)災害防災減災領域研究的重點科學問題。本文基于藏東南復雜的孕災環(huán)境,指出現(xiàn)階段高位遠程滑坡研究所面臨的主要科學問題,并闡述完善滑坡動力學理論的研究難點與方向。
藏東南地區(qū)是世界范圍內(nèi)板塊構(gòu)造活動最劇烈、地質(zhì)情況最復雜的地區(qū)。區(qū)域內(nèi)地塊嚴重變形、山川流域眾多、縫合帶斷層密布、地震活動集中、高原山地氣候突出等諸多特殊的地質(zhì)、水文、氣候格局集于一體(圖 1),使藏東南地區(qū)的工程活動開展面臨巨大挑戰(zhàn)(鄧建輝等, 2019)。
受印度板塊向歐亞板塊下方俯沖的影響,藏東南地區(qū)強烈隆升,使得當?shù)氐匦味妇瞎让懿?陳文等, 2006)。由于青藏高原周邊揚子克拉通、華北克拉通、塔里木穩(wěn)定地塊以及印度克拉通的存在(Zheng et al.,2013),青藏高原區(qū)域的俯沖帶上部物質(zhì)受到強烈構(gòu)造應力作用。復雜的大區(qū)域構(gòu)造背景,使得由新元古代以來松潘-甘孜地塊、羌塘地塊、拉薩地塊和喜馬拉雅造山帶等組成的青藏高原基本格架(許志琴等, 2011)存在向東擠出的水平運動(張東寧等, 1994; Zheng et al.,2017),同時高原主體還在向東南方向運動(圖 2)。這種運動趨勢為高原北部和東南部縫合帶、走滑斷層的發(fā)育創(chuàng)造了條件。根據(jù)東構(gòu)造結(jié)大拐彎處縫合帶/斷層表現(xiàn)出的東側(cè)左旋和西側(cè)右旋特征,可以推測喜馬拉雅地體插入拉薩地塊下部,經(jīng)過復雜的地質(zhì)演化形成的高級變質(zhì)雜巖體(許志琴等, 2008; 董漢文, 2022),演變成為東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)。東構(gòu)造結(jié)被東西向的雅魯藏布江縫合帶切割為兩部分,分別是拉薩地塊和南迦巴瓦地塊(Ding et al.,2001)。構(gòu)造結(jié)附近地體、地形、地貌、水文分布等受構(gòu)造應力影響嚴重扭曲。原本屬于高原的地塊縫合帶則由于強烈的構(gòu)造應力而圍繞東構(gòu)造結(jié)呈弧形分布。
圖 1 藏東南高位遠程滑坡研究區(qū)域(地震數(shù)據(jù)來源于王繼, 2021; 斷層數(shù)據(jù)來源于中國地震局地質(zhì)研究所)Fig. 1 Research area of long-runout landslides with high-altitude in Southeast Tibet (Seismic data get from Wang, 2021; fault data get from Institute of Geology, China Earthquake Administration)
圖 2 青藏高原構(gòu)造簡圖(修改自Zheng et al.(2013))Fig. 2 Simplified tectonic map of Qinghai-Tibet Plateau in western China (modified from Zheng et al.(2013))
藏東南地區(qū)由于板塊俯沖形成的喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)和多個地塊間的極端接觸,孕育了多條弧形縫合帶和大型斷裂。在構(gòu)造應力作用下,縫合帶還會向斷裂帶轉(zhuǎn)化。這一系列復雜的構(gòu)造背景對該地區(qū)的地質(zhì)演化、地形塑造、水文走向等產(chǎn)生了巨大影響,決定了區(qū)域內(nèi)的重大地質(zhì)災害孕災環(huán)境。
自印度板塊開始向歐亞板塊下部俯沖以來,作為地球上最年輕的高原(孫鴻烈等, 1986),青藏高原相關各地塊間的強烈接觸從未間斷。在東構(gòu)造結(jié)附近存在9條長達上千千米的縫合帶。由于強烈的構(gòu)造應力,縫合帶發(fā)生轉(zhuǎn)向,多條超過100km的大型斷裂穿插其間(白永健等, 2019; 王洋等, 2022)??p合帶和斷裂帶存在,加之活躍新構(gòu)造運動,致使該地區(qū)地震災害頻繁發(fā)生。
根據(jù)中國地震臺網(wǎng)記錄的數(shù)據(jù),近年來我國遭受的大部分地震災害都與藏東南地區(qū)分布的大型斷裂密切相關。2003年察隅7.0級地震發(fā)震于已經(jīng)完全轉(zhuǎn)換為右行韌性剪切帶的帕隆藏布縫合帶; 2008年汶川8.0級地震(殷躍平, 2008; Wang et al.,2014)、2013蘆山縣7.0級地震、2022年蘆山縣6.1級地震(范宣梅等, 2022)都源于藏東南地區(qū)東緣的龍門山斷裂; 2013年左貢縣—芒康縣交界處6.1級地震震中位于以走滑逆沖運動為主的瀾滄江斷裂帶(李佳輯等, 2014); 2017年九寨溝縣6.5級地震發(fā)震斷層為昆侖斷裂帶東端支斷層(徐錫偉等, 2017); 2019年林芝市墨脫縣6.3級地震震中位于東構(gòu)造結(jié)西側(cè)南北向的主喜馬拉雅逆沖斷層(李國輝等, 2020); 2014年甘孜州康定縣6.3級地震(李大虎等, 2015)及2022年瀘定縣6.8級地震(王欣等, 2022)皆發(fā)震于川滇塊體西側(cè)以水平剪切運動為主的左旋鮮水河斷裂; 2022年馬爾康市6.0級地震則位于以走滑特征為主的松崗斷裂(張建勇等, 2022)。近10年間(2013.04~2022.09),藏東南地區(qū)曾發(fā)生6.0級以上地震11次,作為最主要內(nèi)動力地質(zhì)作用之一,誘發(fā)了大量高位遠程滑坡災害,嚴重威脅到區(qū)內(nèi)工程活動及其安全。
藏東南地區(qū)緯度位于26°N~33°N之間,平均海拔3000m以上,高原山地氣候特征顯著,區(qū)域內(nèi)受地形地勢影響的小氣候發(fā)育(尚倫宇等, 2007; 劉曉東等, 2008)。在全球氣候變暖背景下,藏東南地區(qū)的冰川面積明顯減少,極端降雨天氣逐漸增多,冰劈、凍融等作用劇烈(董瑞琨等, 2000; 崔鵬等, 2014)。同時,藏東南構(gòu)造結(jié)附近河流多沿地勢低的縫合帶延伸,因而縫合帶、斷裂等區(qū)域地貌常表現(xiàn)為下切較深的“V”形溝谷,坡度陡,河流侵蝕作用非常強烈,往往會對古河漫灘、階地等有特殊堆積結(jié)構(gòu)的地貌造成下切較深的破壞。因此,藏東南特殊的地理位置、地質(zhì)和氣候條件導致了該地區(qū)具有極端降雨、冰川活動、河流侵蝕等各類強烈的外動力地質(zhì)作用,使得高山峽谷區(qū)廣泛分布的裂隙巖體和松散堆積物長期受到強烈的水巖相互作用和冰水循環(huán)影響(廖秋林等, 2004)。在冰、水、風、化學及生物侵蝕的共同作用下,高海拔區(qū)域的淺部地質(zhì)條件遭受極大的劣化,增大了該地區(qū)高位遠程滑坡的發(fā)生頻率。
藏東南地區(qū)構(gòu)造運動活躍,物質(zhì)條件特殊、地形起伏劇烈、流域分布眾多、高原山地氣候特征顯著。諸多因素共同作用、內(nèi)外動力耦合作用強烈(張永雙等, 2022),對淺層巖土體的物質(zhì)特性有很強的控制作用。由于地塊間強烈的相互作用,加之外動力地質(zhì)作用對巖體強度的進一步劣化(傅晏, 2010),藏東南地區(qū)巖性組合經(jīng)歷高應力環(huán)境下強烈變質(zhì)作用后傾向于形成節(jié)理發(fā)育、易破碎的風化脆性巖體。在地震烈度大,外動力地質(zhì)作用強烈的高山峽谷區(qū)域,淺表分布的脆性巖體非常不利于邊坡的穩(wěn)定,此類地段經(jīng)常發(fā)生高位遠程滑坡。2000年波密縣易貢滑坡順坡而下后形成了危害性嚴重的滑坡堰塞湖災害鏈,源區(qū)巖體經(jīng)過長距離搬運后變?yōu)樾K巖土體碎屑(Yin et al.,2012); 2007~2018年波密縣天摩溝發(fā)生的多起滑坡-碎屑流災害,均對流經(jīng)河道帕隆藏布造成了不同程度的堵塞(高波等, 2019); 2018年白格滑坡,高位巖體碎屑經(jīng)遠程運動后堵塞金沙江主干道,沖毀金沙江大橋,造成了重大經(jīng)濟損失(許強等, 2018)。我國藏東南高山峽谷區(qū)是高位遠程滑坡災害易發(fā)區(qū),這與該地區(qū)分布的大量經(jīng)過強烈變質(zhì)作用、經(jīng)構(gòu)造活動隆升至地表的脆性巖體密切相關。
藏東南地區(qū)地質(zhì)環(huán)境脆弱、對環(huán)境變化敏感。內(nèi)外動力地質(zhì)作用導致該地區(qū)巖體具有脆性破壞-急劇劣化特征,而坡前堆積物繼承母巖特性,容易在滑坡運動時產(chǎn)生顆粒破碎,也具有脆性變形破壞特征。由于巖體和堆積物的脆性破壞特征,藏東南高位崩滑體容易產(chǎn)生巨大災變后果。藏東南地區(qū)高位崩滑災害研究所面臨的科學問題,具體體現(xiàn)在以下3個方面。
由于喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)的高斷層活動性,藏東南地區(qū)內(nèi)外動力耦合作用十分活躍(田鎮(zhèn)等, 2020; 鐘寧等, 2021)。初風化脆性巖體經(jīng)擠壓剪切、褶皺斷裂、冰川活動等地質(zhì)過程,形成裂隙并逐步發(fā)育成軟弱帶,進而為滑坡的高位起滑提供前提條件。
地質(zhì)構(gòu)造破碎、大震頻發(fā)的區(qū)域地質(zhì)背景下,陡峻地形對地震地面運動的放大效應(黃潤秋等, 2008)、軟弱帶和高彈性模量巖體的地震動響應差異(崔圣華等, 2019)、長持時地震波作用下脆性巖體的突然損傷和應力調(diào)整(裴向軍等, 2015)等因素共同導致了滑坡高位起滑。2022年9月5日,四川省甘孜州瀘定縣發(fā)生了MS6.8級地震,并誘發(fā)大量高位崩塌滑坡。截至2022年9月11日,地震及滑坡共造成93人死亡,數(shù)以萬計房屋被毀(李為樂等, 2022; 鐵永波等, 2022; 王欣等, 2022)。
全球氣候變暖大趨勢下,以海洋性冰川為主的藏東南地區(qū)對環(huán)境變化十分敏感,域內(nèi)冰川正經(jīng)歷強烈消融和退縮過程(楊威等, 2008)。隨之而來的冰川倒退、冰川躍動和冰崩等一系列冰川活動(鄔光劍等, 2019),則從軟化巖體強度和增大地形高差兩個角度加速高位滑體起滑進程(Deline et al., 2015)。雅魯藏布江的色東普流域作為典型的冰崩-碎屑流易發(fā)區(qū),超高的起滑勢能、極快的消融速度、破碎的冰川結(jié)構(gòu)導致該流域在2014~2018年共發(fā)生8次冰崩碎屑流事件,其中雅魯藏布江4次被堵(劉傳正, 2018; 童立強等, 2018)。
藏東南地區(qū)存在以構(gòu)造地震、冰川活動等為主的活躍內(nèi)外動力作用,然而高勢能地區(qū)地質(zhì)體在內(nèi)外動力耦合作用下的力學起滑機制和運動學特征仍缺乏細致表征,有待在深入認識區(qū)域內(nèi)外動力過程的基礎上,揭示復雜高原地質(zhì)活動背景造成的地質(zhì)災害超高起滑勢能機理。
由于青藏高原隆升作用、印度洋西南季風和高原季風的影響,藏東南地區(qū)形成了太陽輻射強烈、雨熱同期、凍融作用明顯的高原氣候變化特征(喬彥松等, 2010; 楊小強等, 2022),導致藏東南地區(qū)風化作用顯著,深厚溝谷堆積層廣布,為域內(nèi)高位遠程滑坡的超強運動特性提供了物質(zhì)基礎(廖秋林等, 2004; 袁廣祥等, 2010)。
不同于普通滑坡,高速運動的破碎地質(zhì)體長距離運動會使溝谷堆積物發(fā)生顆粒破碎與剪動力液化過程,產(chǎn)生明顯的超孔隙水壓力上升和抗剪強度下降現(xiàn)象,劣化其自身的力學特性(Wang, 1999; 胡明鑒等, 2009)??讐荷仙蚩辜魪姸认陆翟诤暧^上即表現(xiàn)為地質(zhì)災害體運動中視摩擦角(或者視摩擦系數(shù))的降低。Qi et al. (2011)通過對汶川地震誘發(fā)的66個高速遠程滑坡進行對比分析,發(fā)現(xiàn)運動區(qū)存在松散堆積物層的滑坡比其他滑坡具有更明顯的遠程運動特點。此外高位崩滑體在高速遠程運動過程中,劇烈摩擦會出現(xiàn)不可忽略的熱效應,一定程度上降低了滑體的抗剪強度(Wang et al.,2017)。加之藏東南地區(qū)冰川退化劇烈、冰磧物廣泛分布,滑體內(nèi)部冰屑受摩擦熱效應影響加速融化,對高位崩滑體的遠程運動提供了潤滑作用(楊情情等, 2015)。
藏東南高位遠程滑坡運動區(qū)坡前堆積物特性可能控制滑坡遠程運動,而目前尚未形成能夠刻畫高位滑坡遠程運動的數(shù)學模型,仍需定量化剪切帶物質(zhì)破碎性、剪脹性以及速度和溫度與抗剪強度間的內(nèi)在聯(lián)系,以厘清其災變運動學機理。
藏東南地區(qū)涵蓋高原等多種地形地貌特征,新構(gòu)造運動十分活躍,溝谷切割深窄、溝道縱比降大(蔣忠信, 2003; 王盈等, 2019)。復雜的高原地形地貌格局下地質(zhì)災害能量匯聚、消散過程多樣,呈現(xiàn)不同程度的流化特征,極大增強其致災能力(崔鵬等, 2014)。
域內(nèi)高山峽谷眾多,高位崩滑體與溝谷松散堆積物間劇烈的動力接觸將使滑體體積迅速增加,明顯增大致災能力(高楊等, 2020)。2017年6月24日,四川茂縣發(fā)生高位遠程滑坡-碎屑流,由于滑帶劇烈的動力接觸過程,該滑坡在2.8km的運動距離上體積增大近4倍,直接導致了超強的致災特征(殷躍平等, 2017)。此外,溝谷的走向變化也會對動力接觸過程有深刻影響。對2018年色東普溝崩滑碎屑流過程的運動特征分析發(fā)現(xiàn),滑體在溝谷地形轉(zhuǎn)折處鏟刮深度達到最大30~40m(李昆仲等, 2021)。
域內(nèi)冰川地貌廣布,在冰雪消融(趙鑫等, 2020)、冰湖潰決(劉建康等, 2021)、冰川斷裂(劉文等, 2022)等一種或多種典型事件的作用下,高位冰(巖)崩滑體通過鏟刮裹挾運動路徑上的冰雪堆積物、冰磧物,最終形成“高位冰(巖)崩-滑坡-碎屑流”(Peng et al., 2022),甚至“高位冰(巖)崩-滑坡-碎屑流-堰塞湖潰決-洪水”的鏈式致災過程(蔡耀軍等, 2022)。2021年2月7日,印度查莫利北部發(fā)生高位冰巖山崩堵江潰決洪水災害鏈,冰川斷裂形成的地質(zhì)災害體通過鏟刮溝谷冰磧物、谷底冰川等轉(zhuǎn)化為泥石流,隨后堆積在距源區(qū)11km處形成堰塞壩,最終潰壩誘發(fā)洪水,形成完整的“高位冰(巖)崩-滑坡-碎屑流-堰塞湖潰決-洪水”災害鏈(殷躍平等, 2021; Zhou et al., 2021)。
藏東南地區(qū)是全球地勢起伏最為劇烈的區(qū)域之一。對其獨特的地質(zhì)地貌格局對域內(nèi)地質(zhì)災害沖擊流化機制、運動鏟刮機制和鏈式致災機制的認識仍不清楚。亟需明晰藏東南地區(qū)高位崩滑體運動特征、運動形態(tài)變化模式,揭示復雜高原地形地貌格局導致的高位崩滑體超大規(guī)模致災機理。
藏東南高海拔巖體從高位墜落后,崩滑體將在松散堆積物中產(chǎn)生沖擊加載和鏟刮裹挾效應。這兩大災變效應直接控制了滑動帶的抗剪強度,與滑體起滑勢能一起控制了滑坡的運動速度和運動距離,進而影響滑坡運動狀態(tài)和展布形態(tài)。高位遠程滑坡從充分孕災至成災破壞必須經(jīng)歷3個階段:高海拔冰雪覆蓋的脆性巖體在內(nèi)外動力作用下逐漸劣化至突發(fā)性破壞; 高位崩落的大體量巖體沖擊溝谷底部堆積物發(fā)生破碎解體并形成軟弱剪切帶; 剪切帶物質(zhì)在高應力長距離剪切作用下破碎液化促使滑體遠程流滑致災(圖 3)(孫萍等, 2009; 張明等, 2010; 王玉峰等, 2012; 殷躍平等, 2013; 汪發(fā)武, 2019)。這一復雜的災變過程,導致高位遠程滑坡災變動力學機理不明,致災范圍預測困難。為探明高位遠程滑坡整個災變過程,提升對該類重大地質(zhì)災害的預測預報和防災減災能力,高位遠程滑坡的災變動力學原理已成為當前工程地質(zhì)學界地質(zhì)災害研究方向的重點攻關問題,形成了針對高位巖體起滑“預報難”、崩滑體沖擊轉(zhuǎn)化程度“預判難”和流態(tài)化滑體致災能力“預測難”3個問題的前沿研究突破方向。
圖 3 藏東南高位遠程滑坡成災模式示意圖Fig. 3 Transformation mode of long-runout landslide with high-altitude in Southeast Tibet
藏東南孕育的潛在高位崩滑體大量分布于常規(guī)技術手段難以觀測的高海拔位置; 常年受到冰雪凍融循環(huán)影響,脆性巖體完整性被破壞; 且長期處在內(nèi)外動力響應敏感環(huán)境下,導致了高位脆性巖體破壞起滑具有隱蔽性、易發(fā)性和突發(fā)性等特點,使得高位地質(zhì)災害早期預報預警難以實現(xiàn)。宜綜合利用精細地質(zhì)調(diào)繪、多源多期遙感影像解譯、InSAR動態(tài)解譯、無人機航測、GIS空間分析等手段,開展藏東南地區(qū)宏細觀孕災環(huán)境分析、建立孕災環(huán)境關鍵指標體系,首先解決高位遠程滑坡隱蔽性問題。在明確高位遠程滑坡孕災環(huán)境關鍵影響因子的基礎上,進而研究區(qū)域歷史冰川活動跡象、區(qū)域地震循環(huán)荷載作用規(guī)律、冰川躍動下的脆性巖體劣化機制、冰雪融水滲流作用下巖體高速剪切弱化機理等廣域內(nèi)外動力因素影響規(guī)律,構(gòu)建藏東南區(qū)域孕滑臨界條件評價模型。通過模擬內(nèi)外動力地質(zhì)作用的正交試驗,研究高位巖質(zhì)斜坡與具有軟弱夾層潛在滑坡的起滑機制,提煉滑動面弱化起滑模型和地震/融雪觸發(fā)起滑模型,揭示多因素控制的高位滑坡起滑機制,最后建立高位巖質(zhì)斜坡體穩(wěn)定性評價模型。上述內(nèi)容是解決高位遠程滑坡易發(fā)性和突發(fā)性問題的必要研究,也是突破重大高位災害及時預報的重要技術方法。
藏東南地區(qū)孕育的大規(guī)模高位崩滑體具有高勢能、大體量特點,快速沖擊溝谷堆積物致使崩滑體解體并以全新運動形態(tài)運動,造成了能量難判、規(guī)模難判和轉(zhuǎn)化程度難判的高位遠程地質(zhì)災害預判難問題。應基于藏東南重大工程鄰區(qū)地形地貌及巖土體物質(zhì)分布特征,結(jié)合區(qū)域孕災環(huán)境因子分析結(jié)果,構(gòu)建廣域精細化三維地質(zhì)場模型,從而實現(xiàn)藏東南廣域潛在崩滑體的風險評估模型。綜合利用離心試驗和模型試驗等物理試驗方法,揭示實際應力條件下、不同溝谷形態(tài)中高位崩滑體沖擊加載-鏟刮裹挾機理,觀測滑體運動速度和距離關系,了解滑體固態(tài)-流態(tài)轉(zhuǎn)化過程,探究高位遠程滑坡致災影響范圍。研究復雜地形條件下高位崩滑體沖擊模式、崩滑體沖擊崩解體積放大效應、溝谷堆積物動力侵蝕響應等巖土體相互作用機理,揭示高位滑坡沖擊加載遠程災變作用機理,量化潛在崩滑體致災形態(tài)轉(zhuǎn)化能力,建立全過程多效應滑坡遠程運動模型,以期對高位遠程滑坡的規(guī)模、能量以及潛在致災能力做出迅速預判,提升防災應急響應能力,突破重大高位地質(zhì)災害的預判難問題。
高位崩滑體墜落至溝谷或坡前開闊地帶后,崩滑體與地表淺層堆積物強烈的相互剪切作用是遠程滑坡運動的內(nèi)在力學模式。高位遠程滑坡滑體物質(zhì)與堆積物的相互作用、受地形與地表物質(zhì)特性影響的滑體運動速度差異以及長距離剪切過程中滑體表現(xiàn)出的強流態(tài)化特征是導致高位滑體實現(xiàn)遠程運動的重要機制,也是重大高位地質(zhì)災害防災所面臨的堆積展布形態(tài)多變、沖擊力分布不明、致災范圍難測等問題的重要原因。通過深入研究藏東南地區(qū)坡前松散堆積物的物質(zhì)特性,開展高位高角度和遠程運動低角度等不同沖擊加載模式下的不排水剪切響應,模擬滑動帶長距離剪切過程中超孔隙水壓力的急劇上升導致的抗剪強度的降低過程,探究松散堆積物瞬間不排水剪切效應和沖擊液化機理,可望揭示不同沖擊加載模式下坡前堆積物的強度變化規(guī)律。同時,針對松散堆積物的易破碎特性,建立排水條件下易破碎性-體積變化、不排水條件下易破碎性-抗剪強度變化之間的關聯(lián),可以查明顆粒破碎效應對滑坡運動學的影響。通過進一步提煉藏東南特征巖土體物質(zhì)剪切動力學特性、遠程滑坡體流態(tài)化運動機理、流態(tài)化滑體鏟刮擴展堆積與運動速度變化分布特征,可以揭示介觀巖土體剪切動力學特性?;诓貣|南孕災環(huán)境對高位遠程滑坡的控制規(guī)律、高位巖體內(nèi)在起滑機制、崩滑體流態(tài)轉(zhuǎn)化機理,建立高位遠程滑坡災變動力學模型,定量化表征崩滑物質(zhì)空間形態(tài)變化與力學特征,建立藏東南重大高位地質(zhì)災害致災范圍精準預測模型,為該地區(qū)重大工程選址及應急防災方案提供科學依據(jù)。
綜上所述,藏東南地區(qū)獨有的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境極易孕育高位遠程滑坡地質(zhì)災害,成為當前亟待解決的重大工程地質(zhì)問題。隨著我國某交通線路建設進入攻堅克難階段、“雅下水電”工程進入規(guī)劃時期,高位遠程滑坡對藏東南地區(qū)地質(zhì)環(huán)境安全的影響已引起廣泛關注。在此發(fā)展背景下,我們必須回答,哪些因素、如何控制滑坡的起滑和運動,導致災害的發(fā)生; 沖擊加載如何降低滑動帶抗滑強度誘發(fā)遠程災害; 鏟刮裹挾如何導致體積增大,最后形成巨大災害。對應的科學問題可歸納為,內(nèi)外動力地質(zhì)作用下的高位滑坡起滑機制,滑坡強度變化的災變動力學機制,和滑坡形態(tài)變化的災變運動學機制。這些問題構(gòu)成了高位遠程滑坡動力學理論的整體框架,直接影響高位遠程滑坡災害風險管控以及重大工程設施的安全保障。突破上述研究難點有助于提升區(qū)域重大工程和基礎設施建設與安全運營和重大地質(zhì)災害應急管理水平,也是揭示人類活動與地質(zhì)環(huán)境相互影響、實現(xiàn)人地和諧目標等深層次理念的攻關重點,在可見的未來將始終是工程地質(zhì)災害研究的熱點方向。
致 謝感謝日本京都大學防災研究所王功輝教授、中國科學院武漢巖土力學研究所胡明鑒研究員、中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所張帥助理研究員、同濟大學郭楨助理研究員等在凝練本文核心內(nèi)容時提供的學術建議,也感謝朱國龍、閆孔明、彭星亮、趙子昕等博士后和博士生在形成本文時提供的幫助。