尼续村高速远程滑坡流态化堆积与运动学特征研究

摘要

高速远程滑坡作为一种灾难性地质灾害，一直是国内外工程地质领域研究的焦点问题之一。本文以西藏尼木县尼续村高速远程滑坡为实例，采用野外现场地质调查、低空无人机航测(UAV)、数值模拟等研究手段，重点对尼续村滑坡失稳形成的各类表面流态化堆积特征(滑坡平台、纵/横向脊、侧缘堤、线性构造、X型共轭槽、堆积丘、表面堆积大块石等)及成因、滑坡堆积相中的竖向分带特征等问题进行讨论，最后通过地表灾害过程动力分析软件Massflow对滑坡从失稳到停积的全过程进行了数值反演。　　本文主要获得了以下三个方面的结论：　　(1)通过无人机航测及数据后处理获得了尼续村滑坡区域内的高分辨率正摄影像(DOM)与高精度数字高程模型(DEM)，基于ArcGIS提取了滑坡堆积区表面的地貌特征因子(坡度、坡向、粗糙度、起伏度)、流态化堆积地貌及大块石粒径等信息，并进行滑前地形修复；根据滑坡区域内发育的典型流态化堆积地貌分布特征将滑坡区域划分为源区(Ⅰ)、流通区(Ⅱ)及堆积区(Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3、Ⅲ-4)，典型堆积地貌是滑体内部运动状态变化的结果，其表明滑体在流通区(Ⅱ)以拉张伸展运动为主，在堆积区(Ⅲ-1)以挤压作用为主，在堆积区(Ⅲ-2、Ⅲ-3)以挤压与侧向扩离耦合作用为主，而在堆积区(Ⅲ-4)以快速侧向扩离运动为主；滑坡表面堆积大块石粒径沿纵剖面方向呈现一定的规律性变化，大块石聚集在滑坡中部区域，表明岩石块体在运移路径上的破碎程度为流通区(Ⅱ)＞堆积区(Ⅲ-3、Ⅲ-4)＞堆积区(Ⅲ-1、Ⅲ-2)，块体的破碎程度与地形变化有关。　　(2)尼续村高速远程滑坡堆积相中呈现出典型的竖向分带特征，不同层内发育了不同的内部沉积学结构。根据沉积结构的产出位置与发育特征将堆积相自上向下依次划分为四层：硬壳层、主体层、基底层与下伏堆积层。硬壳层以富集表面大块石为典型特征，主体层可以进一步细分为四个亚相(块体富集带、拼贴构造带、破碎带、内部剪切带)；基底层内发育系列底辟构造与剪切破碎带；下伏堆积层以基底悬浮区内的平卧褶皱、火焰状构造等为典型沉积结构；堆积相硬壳层至主体层顶部区域块石粒径呈现一定程度上的反粒序堆积结构。滑坡堆积相中的竖向分带结构特征表明滑体与下伏层之间以及滑体内部存在强烈的剪切-挤压-破碎作用。　　(3)基于ArcGIS与Massflow动力分析软件，建立了尼续村滑坡数值分析模型，并对尼续村高速远程滑坡的运动失稳全过程进行了数值反演，模拟源区最大堆积厚度为130m，失稳方量约2.8×107m3。结果表明：当选用Coulomb摩擦模型与基底摩擦系数μ为0.16时，模拟结果与实际情况较为接近，吻合率为0.92；尼续村滑坡运动过程中的最大运动速度98m/s，模拟终态主纵剖面上最大堆积厚度为37.0m，与实测值38.7m较为接近，模拟平面堆积面积为3.77km2，水平最大运动距离4.45km，略小于实际测量值；滑体总运动时长128s，滑体的运动全过程可以明显地划分为四个阶段：启动加速阶段(0～20s)、快速向前运动阶段(20～66s)、前缘减速停积阶段(66～92s)、后缘减速停积阶段(92～128s)。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.1.1 高速远程滑坡概述

1.1.2 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 高速远程滑坡运动学机理研究现状

1.2.2 高速远程滑坡流态化堆积特征研究现状

1.2.3 高速远程滑坡数值模拟研究现状

1.2.4 高速远程滑坡研究目前面临的问题

1.3 论文研究内容、研究方法、技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

1.3.3 技术路线

第2章 尼续村高速远程滑坡工程地质条件

2.1 尼续村滑坡概况

2.2 滑坡区域地质背景

2.2.1 区域地质概况

2.2.2 区域地震活动

2.3 滑坡区工程地质特征

2.3.1 气象水文条件

2.3.2 地形地貌条件

2.3.3 地层岩性条件

2.3.4 地质构造条件

2.3.5 人类工程活动

2.4 本章小结

第3章 尼续村高速远程滑坡表面堆积特征研究

3.1 研究理论与方法简介

3.1.1 固定翼无人机航测简介

3.1.2 影像数据后处理简介

3.2 滑坡流态化堆积地貌特征提取

3.2.1 堆积地貌特征提取原理

3.2.2 滑坡区域地形因子提取

3.2.3 滑坡区域滑前地形恢复

3.3 滑坡表面流态化堆积特征

3.3.1 滑坡流态化堆积地貌分区

3.3.2 滑坡流态化地貌分区特征

3.3.3 滑坡表面大块石分布特征

3.4 滑坡表面堆积特征成因分析

3.4.1 滑坡流态化堆积地貌成因分析

3.4.2 滑坡表面大块石分布成因分析

3.5 本章小结

第4章 尼续村高速远程滑坡竖向分带特征研究

4.1 高速远程滑坡竖向分带特征概述

4.2.1 竖向分带-内部沉积学结构特征

4.2.2 竖向分带-反粒序堆积结构特征

4.2 尼续村滑坡堆积相竖向分带特征

4.2.1 滑坡硬壳层沉积学特征

4.2.2 滑坡主体层沉积学特征

4.2.3 滑坡基底层沉积学特征

4.2.4 滑坡下伏层沉积学特征

4.3 尼续村滑坡堆积相竖向分带特征成因讨论

（1）竖向分带-内部沉积学结构特征

（2）竖向分带-反粒序堆积结构特征

4.4 本章小结

第5章 尼续村高速远程滑坡运动学特征研究

5.1 研究方法简介

5.1.1 Massflow软件简介

5.1.2 Massflow计算原理

5.1.3 Massflow数值解法

5.2 尼续村滑坡数值模拟模型

5.2.1 地形与滑体高程数据获取

5.2.2 滑坡模型建模基本流程

5.2.3 摩擦模型及流变参数选取

5.3 滑坡运动全过程模拟结果分析

5.3.1 滑坡堆积范围及堆积厚度分析

5.3.2 滑坡运动速度及运动阶段分析

5.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目