震后物源起動(dòng)機(jī)制數(shù)值模擬分析研究進(jìn)展

(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 四川 綿陽 621010)

前言

物源作為泥石流產(chǎn)生的三個(gè)必要條件之一，是泥石流的重要組成部分。汶川極震區(qū)山高坡陡、地質(zhì)環(huán)境脆弱，同震崩滑地質(zhì)災(zāi)害大量補(bǔ)給震區(qū)泥石流溝道物源，受地震波影響，震區(qū)出現(xiàn)大量震裂山體及震散坡面物源，極震區(qū)泥石流物源動(dòng)儲(chǔ)量劇增導(dǎo)致震后大規(guī)模群發(fā)性泥石流災(zāi)害頻發(fā)，造成嚴(yán)重后果。震后泥石流起動(dòng)機(jī)制研究對(duì)震區(qū)次生泥石流災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)具有重要意義，隨著計(jì)算模型的發(fā)展，數(shù)值模擬分析成為研究極震區(qū)次生泥石流啟動(dòng)機(jī)制的重要手段。本文通過收集相關(guān)研究進(jìn)展與理論成果，總結(jié)震后泥石流物源起動(dòng)機(jī)制數(shù)值模擬分析研究進(jìn)展，為震區(qū)泥石流災(zāi)害防治提供參考。

一、現(xiàn)狀與進(jìn)展

汶川震后，不少學(xué)者通過野外調(diào)查，在明確震區(qū)物源分布特征及規(guī)模的基礎(chǔ)上開展數(shù)值模擬分析，研究強(qiáng)震區(qū)泥石流物源起動(dòng)-運(yùn)移-堆積所包含的動(dòng)力學(xué)過程，并取得一定的成果。(表1)

表1 代表性強(qiáng)震區(qū)泥石流物源起動(dòng)機(jī)制數(shù)值分析

從模擬對(duì)象來看，部分學(xué)者選擇震區(qū)泥石流溝域堰塞體為研究對(duì)象[1]；也有部分學(xué)者以震區(qū)典型“急陡型[2]”和“寬緩型[3]”泥石流溝道作為研究對(duì)象，此外，多數(shù)學(xué)者以源區(qū)崩滑物源為研究對(duì)象[4]。從研究?jī)?nèi)容來看，對(duì)于溝道類物源，目前研究主要集中在泥石流溝床侵蝕起動(dòng)機(jī)制及堰塞體堵潰放大效應(yīng)兩個(gè)方面，對(duì)于源區(qū)崩滑類物源，目前研究主要集中滑坡物源起動(dòng)-運(yùn)移-堆積過程所包含的動(dòng)力學(xué)特征及沿程刮鏟效應(yīng)兩個(gè)方面。

從主要研究結(jié)論來看，唐川[1]的研究結(jié)果表明溝道堰塞體潰決導(dǎo)致泥石流沖出量激增；陳明[2]認(rèn)為溝道狹窄、縱坡降大及“消防管”效應(yīng)是“急陡”溝道型泥石流沖淤能量大，刮鏟效應(yīng)顯著的主要原因；此外，韓玫[3]等認(rèn)為岸坡側(cè)蝕失穩(wěn)、溝床侵蝕下切是“寬緩”溝道型泥石流物源的主要補(bǔ)給方式；同時(shí)，流域內(nèi)大量分布高位震裂物源在降雨作用下失穩(wěn)起動(dòng)大量進(jìn)入溝道形成滑坡壩或崩滑堆積體，為溝道型泥石流提供了大量潛在來源[4-5]。

從計(jì)算模型(程序)來看，對(duì)于溝道類物源，主要使用二維數(shù)值模型FLO-2D模擬分析其起動(dòng)過程所包含的動(dòng)力學(xué)特征；對(duì)于崩滑類物源，主要使用DAN3D軟件起動(dòng)-運(yùn)移-堆積過程進(jìn)行模擬，包括刮鏟效應(yīng)、堆積特征等；此外，對(duì)于震裂山體一類巖質(zhì)物源，常利用FLAC軟件進(jìn)行降雨條件下巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析；對(duì)于具有散粒體基本特征的一類松散堆積物源，常利用顆粒流程序PFC進(jìn)行堆積松散物源起動(dòng)過程模擬。

二、展望與建議

泥石流起動(dòng)數(shù)值模擬分析作為室內(nèi)模型試驗(yàn)的重要補(bǔ)充，能更加全面的分析物源起動(dòng)過程所包含的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)特征，但目前的研究現(xiàn)狀來看，數(shù)值模擬分析應(yīng)進(jìn)一步考慮物源起動(dòng)-運(yùn)移-堆積過程中的侵蝕與挾帶效應(yīng)的影響；同時(shí)，在進(jìn)行區(qū)域泥石流運(yùn)動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)特征模擬時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步提高地形建模的精度。

三、結(jié)語

極震區(qū)震后泥石流起動(dòng)機(jī)制研究對(duì)震后次生泥石流災(zāi)害防治具有重要意義，數(shù)值模擬分析能根據(jù)研究對(duì)象的物質(zhì)組成、本構(gòu)關(guān)系選擇合適的計(jì)算模型及計(jì)算方法，極大地推動(dòng)了震后泥石流災(zāi)害研究進(jìn)展，未來應(yīng)注重?cái)?shù)值分析計(jì)算模型的相似性研究，提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。