高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展

王玉峰，林棋文，李 坤，史安文，李天話，程謙恭*

(1. 西南交通大學(xué) 地質(zhì)工程系,四川 成都 611756; 2. 西南交通大學(xué) 高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全空間信息技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 611756)

0 引 言

高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究一直是國(guó)際地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與前沿性科學(xué)[1-5]。自1881年瑞士Elm高速遠(yuǎn)程滑坡發(fā)生以來(lái)的百余年時(shí)間里，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已在高速遠(yuǎn)程滑坡的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)過(guò)程與特征等方面進(jìn)行了長(zhǎng)期深入持久的科學(xué)研究。目前，基于高速遠(yuǎn)程滑坡典型實(shí)例特征的詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查和分析，前人已提出了劇動(dòng)式高速啟程與低摩阻遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)等一系列物理力學(xué)機(jī)理，豐富和發(fā)展了滑坡動(dòng)力學(xué)理論，為重大地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)提供了翔實(shí)的科學(xué)依據(jù)?；趯?duì)該研究領(lǐng)域已有研究成果的系統(tǒng)性梳理，首先厘定了本文所討論的高速遠(yuǎn)程滑坡的定義，闡述了高速遠(yuǎn)程滑坡的典型沉積學(xué)特征；其次，將國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的最有影響、最有地質(zhì)證據(jù)支持的高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)機(jī)理歸納為6種類型，包括摩擦生熱減阻、滑帶液化減阻、動(dòng)力破碎減阻、底部裹挾減阻、剪切振動(dòng)減阻、動(dòng)量傳遞遠(yuǎn)程，并對(duì)其進(jìn)行了概略性述評(píng)；最后，分析與討論了高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)研究的發(fā)展趨勢(shì)，提出今后應(yīng)進(jìn)一步重點(diǎn)研究的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

1 高速遠(yuǎn)程滑坡的定義及主要特征

1.1 基本概念與運(yùn)動(dòng)特征

本文所討論的高速遠(yuǎn)程滑坡(Rock Avalanche，Sturzstorm)是指高陡斜坡上大規(guī)?；鶐r巖體失穩(wěn)后以快速或者極快速的速度，以巖屑流的形式似流體狀態(tài)長(zhǎng)距離的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。其典型的運(yùn)動(dòng)特征是：滑坡源區(qū)斜坡巖體初始破壞表現(xiàn)為大型的巖崩(Rockfall)或者巖滑(Rockslide)，在失穩(wěn)后沿運(yùn)動(dòng)路徑的后續(xù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中巖體經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的碎屑化作用而逐漸解體為顆粒尺寸范圍通?？缭綆讉€(gè)數(shù)量級(jí)的碎屑顆粒，以類似流體的形式(Flow-like Form)長(zhǎng)距離大范圍的運(yùn)移或擴(kuò)散[3,6]，屬于一種非?？焖僦翗O快速的巖質(zhì)碎屑流運(yùn)動(dòng)(Very to Extremely Rapid Flows of Dry Debris)。這類高速遠(yuǎn)程滑坡在物質(zhì)組成和運(yùn)動(dòng)過(guò)程上具有獨(dú)特的顯著特征，與以下3個(gè)廣義的高速遠(yuǎn)程滑坡(High-velocity and Long Run-out Landslides)類型不同。

(1)不同于流滑(Flowslides)類型的滑坡。流滑是超孔隙水(氣)壓力作用誘發(fā)的土體液化滑動(dòng)(Liquefaction Slides)或者流態(tài)化滑動(dòng)(Fluidization Slides)，滑體運(yùn)動(dòng)具有半流體性狀(Semi-fluid Character)，主要有兩種類型：第一種出現(xiàn)在松散、無(wú)黏性的碎屑物質(zhì)中。例如，無(wú)黏性工業(yè)廢料(煤礦廢渣或者粉煤灰)松散堆放場(chǎng)失穩(wěn)后形成的滑動(dòng)，2015年深圳市光明新區(qū)人工棄渣體失穩(wěn)發(fā)生的滑坡是此類滑坡的典型實(shí)例[7]。第二種出現(xiàn)在輕微膠結(jié)、高孔隙的粉土層中。例如，黃土地區(qū)由于降雨與農(nóng)田灌溉作用誘發(fā)的黃土流滑滑坡(Loess Flowslides)[8-10]，以及1920年海源大地震在黃土地區(qū)地層中所觸發(fā)的大規(guī)模地震液化滑移[11-12]和大面積黃土流滑、粉塵狀黃土流(Loess Flow)，黃土流的流態(tài)地貌宛如“黃土瀑布”、“滑坡旋渦像瀑布似的”、“宛如急泄的土流或瀑布”[13]。

(2)不同于在降雨或者地震作用下，在陡峭斜坡上誘發(fā)的坡面型淺層松散堆積層失穩(wěn)(Debris Slides)所形成的極快速運(yùn)動(dòng)的碎屑流(Debris Avalanches)。這種松散堆積層主要是基巖風(fēng)化以后形成的覆蓋層，滑坡沿著基巖和覆蓋層的接觸界面失穩(wěn)滑動(dòng)形成。例如，1998年發(fā)生于意大利的Siano滑坡[14]。

(3)不同于在地震液化作用下，在第四紀(jì)紋泥和松散堆積層中出現(xiàn)的大面積側(cè)向擴(kuò)離(Lateral Spreading，Sudden Spreading Failure)運(yùn)動(dòng)形式的滑坡。后者發(fā)生在非常平坦的斜坡上，滑坡運(yùn)動(dòng)后呈現(xiàn)非常壯觀的“地塹和地壘”相間出現(xiàn)的地貌形態(tài)。例如，2018年9月28日印度尼西亞地震誘發(fā)的帕魯滑坡[15]。

作為一種具有極端破壞力的地質(zhì)災(zāi)害事件，高速遠(yuǎn)程滑坡往往表現(xiàn)出巨大的體積(一般在數(shù)百萬(wàn)方以上，可達(dá)幾千萬(wàn)方、幾億方、十幾億方，甚至幾十億方、百億方)、超常的高速度(迄今為止，已知兩個(gè)高速遠(yuǎn)程滑坡的最大速度分別達(dá)213和278 m·s-1)、難以預(yù)料的超?；?最大水平滑距(Lmax)是最大垂直落差(Hmax)的30倍，甚至更大；滑程可達(dá)幾千米、十幾千米甚至幾十千米)、巨大的能量(在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中往往能仰沖上爬并翻越相當(dāng)高的山坡，最大爬越高度可達(dá)640 m)、異常高的流動(dòng)性(碎屑流可以繞過(guò)障礙物運(yùn)動(dòng)，具流動(dòng)特點(diǎn))等許多“令人驚異”和“迷惑不解”的現(xiàn)象[3,16]。

高速遠(yuǎn)程滑坡多發(fā)生于世界各地的高山峽谷地區(qū)，包括歐洲阿爾卑斯山脈，北美洲落基山脈，南美洲安第斯山脈，亞洲喜馬拉雅山脈、喀喇昆侖山脈及天山山脈，大洋洲新西蘭南阿爾卑斯山脈，日本阿爾卑斯山脈，以及中國(guó)西南和西北高山峽谷、臺(tái)灣省中央山脈等，常常給山區(qū)居民的生命和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重災(zāi)難及重大損失[17-26]。例如，1881年9月11日發(fā)生于瑞士的Elm高速遠(yuǎn)程滑坡事件，10×106m3的巖體自斜坡上高速下滑，運(yùn)動(dòng)距離達(dá)1.5 km之遠(yuǎn)，碎屑流運(yùn)動(dòng)速度為50～100 m·s-1；高速運(yùn)動(dòng)的碎屑流幾乎將整個(gè)Elm鎮(zhèn)摧毀，造成嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，死亡人數(shù)達(dá)115人[16]。1965年11月22日發(fā)生于中國(guó)云南省祿勸縣的普渡河高速遠(yuǎn)程滑坡事件，2×108方巖體垂向下滑約1 800 m，沖毀多處山嘴，切削坡腳，投射的飛石將基巖磨成新鮮光滑、擦痕累累的磨光面；崩滑碎屑掩埋5個(gè)村莊，導(dǎo)致444人喪生[27]。1970年5月31日發(fā)生于秘魯安第斯山脈最高峰的Nevados Huascaran高速遠(yuǎn)程滑坡事件，(50～100)×106m3巖體與冰川物質(zhì)自5 400～6 500 m高的斜坡上驟然失穩(wěn)，向下運(yùn)動(dòng)達(dá)16 km之遠(yuǎn)，垂直落差達(dá)4 km，覆蓋面積達(dá)22.5 km2，碎屑流平均運(yùn)動(dòng)速度約為280 km·h-1；高速運(yùn)動(dòng)的碎屑流掩埋了山下的數(shù)個(gè)村莊與城市，造成嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，死亡人數(shù)達(dá)18 000人[28]。2000年4月9日發(fā)生于中國(guó)西藏自治區(qū)波密縣的易貢高速遠(yuǎn)程滑坡事件，滑體自源區(qū)失穩(wěn)后，垂直下落高度為2 580 m，沖擊裹挾溝谷中原有的松散堆積物，形成碎屑流，水平運(yùn)動(dòng)約7 km，最后堆積于易貢藏布；堆積體前緣最大寬度約3 km，縱向最大長(zhǎng)度為4.6 km，最大厚度約80 m，滑坡體總面積為8.69 km2，體積為3×108m3[29]。2008年5月12日，中國(guó)四川省汶川地震觸發(fā)的青川縣東河口高速遠(yuǎn)程滑坡，將東河口村184戶房屋和村民、過(guò)往行人、東河口小學(xué)師生等共計(jì)780余人掩埋，造成400余人死亡，給東河口村帶來(lái)了毀滅性的災(zāi)難[30-31]。2017年8月28日發(fā)生于中國(guó)貴州省納雍縣的張家灣高速遠(yuǎn)程滑坡，造成500余人受災(zāi)，27人死亡，8人失蹤，8人受傷[32]。

1.2 流態(tài)化地貌與堆積特征

大量高速遠(yuǎn)程滑坡典型實(shí)例調(diào)查表明，高速遠(yuǎn)程滑坡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中常常表現(xiàn)出非常顯著的流動(dòng)性特征，沿其運(yùn)動(dòng)路徑可見(jiàn)一系列流態(tài)化地貌形態(tài)的規(guī)律性分布，表現(xiàn)出典型的平面分區(qū)和豎向分帶特征[5,33-43]。根據(jù)其地表地貌特征的空間分布形式，可將高速遠(yuǎn)程滑坡沿運(yùn)動(dòng)路徑自后向前依次劃分為源區(qū)(Source Zone)、流通區(qū)(Transition Zone)和堆積區(qū)(Accumulation Zone)(圖1)[34]等3個(gè)區(qū)。源區(qū)是滑坡啟動(dòng)的區(qū)域，平面形態(tài)多呈圈椅狀，由陡傾的后緣基巖巖壁和坡度相對(duì)較緩的少量滑坡堆積物覆蓋的平臺(tái)組成；流通區(qū)是滑坡快速通過(guò)的區(qū)域，平面上常呈狹長(zhǎng)形態(tài)，可見(jiàn)大型堆積平臺(tái)及各種縱向脊等滑坡快速運(yùn)動(dòng)形成的流線構(gòu)造；堆積區(qū)是滑坡物質(zhì)的主要堆積區(qū)域。

在平面上，高速遠(yuǎn)程滑坡堆積體形態(tài)常常呈現(xiàn)舌形或扇形(Lobate Form or Fan Form)；堆積體邊緣有突起的裙邊(Raised Rims)，或稱邊緣堤(Levees)、側(cè)向脊(Lateral Ridges)、終端脊(Distal Rims)；前緣邊界往往具有指狀分叉式堆積(Fingering Deposit；Digitate Front)；堆積體表面具有非常清楚的縱向脊(Longitudinal Ridges)和伴生的縱向溝狀槽(Groove-like Trough)，或波狀橫向脊(Transverse Wave-like Ridges)、錐狀丘(Hummocks or Debris Cones)、雁列形裂隙狀脊(En Echelon Crevasse-like Ridges)及溝脊相間的X型(魚鱗狀)堆積等微地貌[33-37]。

Ⅰ為源區(qū);Ⅱ?yàn)榱魍▍^(qū);Ⅲ為堆積區(qū)，其中Ⅲ-1為橫向脊發(fā)育區(qū)，Ⅲ-2為X型共軛脊發(fā)育區(qū)，Ⅲ-3為堆積丘發(fā)育區(qū)；圖中為四川省理塘縣亂石包滑坡圖1 高速遠(yuǎn)程滑坡平面分區(qū)特征Fig.1 Plane Zonation Characteristics of Rock Avalanche

圖2 高速遠(yuǎn)程滑坡堆積體豎向分帶特征Fig.2 Vertical Grading Characteristics of Accumulation Body of Rock Avalanche

在剖面上，高速遠(yuǎn)程滑坡堆積體呈現(xiàn)出典型的反粒序堆積特征(Reverse/Inverse Grading)[44]，根據(jù)滑坡物質(zhì)的豎向分布特征，自上而下可劃分為硬殼層(Carapace Facies)、主體層(Body Facies)和基底層(Basal Facies)(圖2)[33,35-36,38-41,44]。3個(gè)相帶間最為顯著的差異主要體現(xiàn)在碎屑顆粒的粒徑組成上。其中，硬殼層主要以粗大的塊石、碎石等粗顆粒為主，基質(zhì)顆粒含量較少，顆粒間主要為骨架支撐；主體層是高速遠(yuǎn)程滑坡碎屑堆積的主要分布層位，粒徑分布范圍極廣，從毫米級(jí)細(xì)顆粒至數(shù)十厘米的碎石顆粒均有分布，有時(shí)甚至可見(jiàn)大于1 m的塊石，粗顆粒主體散布于細(xì)顆粒中，以基質(zhì)支撐為主；基底層作為滑體最底部的分布層，內(nèi)部剪切作用最為強(qiáng)烈，顆粒碎屑化程度最高，主要以毫米級(jí)及以下顆粒為主，是3個(gè)相帶中平均粒徑最小的一層。除此之外，在高速遠(yuǎn)程滑坡堆積體的表面或者剖面上常?？梢?jiàn)保留源區(qū)層序的堆積結(jié)構(gòu)分布，以及堆積體內(nèi)部拼貼構(gòu)造(Jigsaw Fracture)、多層內(nèi)部剪切帶(Internal Shear Zone)等一系列運(yùn)動(dòng)學(xué)組構(gòu)特征展布；在滑坡底部?？梢?jiàn)滑體與下伏層之間強(qiáng)烈相互作用形成的基底剪切帶(Basal Shear Zone)以及伴生褶皺(Fold)、斷層(Fault)、底辟構(gòu)造(Diapiric Structure)、楔形體(Intrusion)、擠入砂脈(Sand Dyke)等一系列基底變形構(gòu)造特征。高速遠(yuǎn)程滑坡堆積體自上而下所呈現(xiàn)出來(lái)的不同相帶間的顆粒組成與堆積結(jié)構(gòu)，一方面反映了滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沿深度方向顆粒相互作用及運(yùn)動(dòng)過(guò)程的不同，另一方面還說(shuō)明不同深度滑體變形特征及動(dòng)力破碎程度的差異，是揭示滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)行為的重要地質(zhì)證據(jù)。

2 動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究現(xiàn)狀

在百余年的高速遠(yuǎn)程滑坡研究歷程中，揭秘其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的超常運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)本質(zhì)一直是國(guó)際上不同學(xué)者研究的熱點(diǎn)科學(xué)問(wèn)題和不懈追求的終極目標(biāo)，也是高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究中的核心問(wèn)題和“難解之謎”。為探究這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已進(jìn)行了大量研究工作，先后提出多種機(jī)理假說(shuō)，成果顯著。根據(jù)各種機(jī)理假說(shuō)所基于的滑坡動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的不同，可將其歸納概括為6種類型,包括摩擦生熱減阻、滑帶液化減阻、動(dòng)力破碎減阻、底部裹挾減阻、剪切振動(dòng)減阻、動(dòng)量傳遞遠(yuǎn)程(表1)。

2.1 摩擦生熱減阻機(jī)理

摩擦生熱減阻機(jī)理認(rèn)為，高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中基底層由摩擦生熱而產(chǎn)生的熱效應(yīng)是其遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)的主要原因。根據(jù)摩擦熱效應(yīng)的差異，不同學(xué)者基于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)等研究成果，提出了熱熔融減阻、熱孔壓減阻、熱分解減阻等相應(yīng)的機(jī)理假說(shuō)[45-55]。

熱熔融減阻機(jī)理由Erismann最早提出，認(rèn)為碎屑流底部的高壓環(huán)境及摩擦生熱效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致滑坡與下伏層接觸面之間產(chǎn)生薄層的巖熔帶，從而減小滑坡與底部的摩擦系數(shù)，促進(jìn)滑坡的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)[45]?；碌撞堪l(fā)生熔融的產(chǎn)物通常以玻璃質(zhì)摩擦巖(Pseudotachylite；Frictionite)的形式出現(xiàn)于滑坡堆積體中。目前，在奧地利Kofels滑坡、尼泊爾藍(lán)塘谷滑坡、秘魯Arequipa火山碎屑流等滑坡中均發(fā)現(xiàn)了基底層熱熔融的地質(zhì)證據(jù)[45-47]。然而，對(duì)于絕大多數(shù)的高速遠(yuǎn)程滑坡，目前并未發(fā)現(xiàn)其堆積體底部存在熱熔融減阻效應(yīng)的相關(guān)證據(jù)，因此，該觀點(diǎn)對(duì)于解釋高速遠(yuǎn)程滑坡的運(yùn)動(dòng)機(jī)理不存在普適性。

1975年，Habib在研究中提出：大規(guī)模失穩(wěn)滑體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，與下伏運(yùn)動(dòng)路徑之間因摩擦力做功產(chǎn)生大量熱能，當(dāng)剪切速率足夠大時(shí)，釋放的熱量可將基底層中的水分汽化，形成氣墊層，對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)起到減阻的作用[48]。Goguel基于摩擦生熱減阻效應(yīng)也提出了類似的觀點(diǎn)，認(rèn)為摩擦生熱會(huì)導(dǎo)致孔隙水發(fā)生汽化，形成的高壓蒸汽會(huì)在一定程度上減小上覆荷載，產(chǎn)生減阻效應(yīng)，并從能量消耗的角度對(duì)該理論進(jìn)行了定量化分析[49]。劉雄在中國(guó)湖北省秭歸縣新灘滑坡的研究中提出：滑體基底層中的摩擦力做功會(huì)引起水的高溫汽化現(xiàn)象，使水蒸氣與空氣混合，在滑體底部形成氣墊層，從而促進(jìn)滑坡的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)[50]。然而，由于地質(zhì)證據(jù)不足以及缺乏試驗(yàn)驗(yàn)證，這種摩擦生熱減阻效應(yīng)長(zhǎng)期停滯在定性假說(shuō)的階段。近年來(lái)，隨著高速遠(yuǎn)程滑坡實(shí)例調(diào)查研究的不斷深入，高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中基底層的摩擦生熱減阻效應(yīng)逐漸引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。Wang等以中國(guó)西藏自治區(qū)波密縣易貢高速遠(yuǎn)程滑坡基底層為試驗(yàn)材料，進(jìn)行了不同剪切速率及不同正應(yīng)力條件下基底層的高速旋轉(zhuǎn)剪切試驗(yàn)，揭示了基底層等效摩擦系數(shù)隨剪切速率和正應(yīng)力增加而弱化的現(xiàn)象，首次提出熱孔壓減阻效應(yīng)與熱潤(rùn)滑減阻效應(yīng)，并對(duì)滑坡基底層試樣產(chǎn)生明顯弱化現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明：在高速剪切作用下，摩擦力做功導(dǎo)致試樣內(nèi)部溫度迅速升高，試樣內(nèi)部液態(tài)水發(fā)生快速汽化現(xiàn)象，大量水蒸氣在試樣內(nèi)部快速聚集，產(chǎn)生超孔隙氣壓力，抵消部分上覆荷載，從而導(dǎo)致等效摩擦系數(shù)降低；另一方面，由于試樣溫度的快速升高，試樣內(nèi)部水分子和細(xì)顆粒會(huì)吸收部分熱能，發(fā)生分子熱活化現(xiàn)象，產(chǎn)生熱分子流潤(rùn)滑效應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)試樣內(nèi)部等效摩擦系數(shù)降低[51-52]。在一些滑體巖性為碳酸鹽巖的高速遠(yuǎn)程滑坡中，滑體與下伏運(yùn)動(dòng)路徑間相對(duì)滑動(dòng)，因摩擦產(chǎn)生大量熱能，導(dǎo)致碳酸鹽巖分解，產(chǎn)生CO2，亦可能對(duì)滑坡的運(yùn)動(dòng)起到減阻作用[53]。Hu等以中國(guó)重慶市雞尾山滑坡和四川省安縣大光包滑坡為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)高速遠(yuǎn)程滑坡基底層高溫?zé)岱纸獾默F(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)證據(jù)，并發(fā)現(xiàn)CO2與水蒸氣逸散氣孔的分布；借助動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)剪切試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)到試樣的快速升溫現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)了氣孔的產(chǎn)生；并基于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)證據(jù)和室內(nèi)試驗(yàn)成果，從熱分解減阻的角度解釋了高速遠(yuǎn)程滑坡的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)機(jī)理，即摩擦力做功所引起的快速升溫過(guò)程中的礦物熱分解與重結(jié)晶過(guò)程中導(dǎo)致CO2與水蒸氣的產(chǎn)生，是促進(jìn)滑體高速遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵原因[54-55]。

He等通過(guò)數(shù)值分析認(rèn)為：滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摩擦生熱會(huì)引起基底層溫度的升高；伴隨著溫度的升高，基底層中的水發(fā)生體積膨脹，產(chǎn)生超孔隙水壓力，對(duì)滑體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生促滑效應(yīng)[56]。Pinyol等以意大利瓦伊昂滑坡為研究對(duì)象，借助熱-水-力學(xué)模型，探討了摩擦生熱所引起的超孔隙水壓力對(duì)滑坡超常運(yùn)動(dòng)特性的影響[57-59]?；趪?guó)內(nèi)外學(xué)者所開(kāi)展的高速旋轉(zhuǎn)剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)，Deng等建立了考慮熱孔壓、熱熔融、熱分解等多種熱效應(yīng)的滑坡運(yùn)動(dòng)理論公式，探討了不同熱效應(yīng)對(duì)滑坡摩擦系數(shù)的影響，提出了基于能量轉(zhuǎn)化效率的滑坡體積效應(yīng)模型，并利用功率密度函數(shù)表示了滑動(dòng)面的溫度升高速率[60-61]；朱晨光等借助MatDEM軟件進(jìn)行了高速遠(yuǎn)程滑坡啟動(dòng)、高速運(yùn)動(dòng)與堆積全過(guò)程中摩擦熱量演化規(guī)律的模擬分析[62]。

2.2 滑帶液化減阻機(jī)理

Hutchinson等最早在研究中發(fā)現(xiàn)并提出不排水荷載效應(yīng)是流動(dòng)型滑坡的滑動(dòng)機(jī)制[63]。這一重要觀點(diǎn)被認(rèn)為是一個(gè)里程碑的研究，并被作為高速遠(yuǎn)程滑坡的重要?jiǎng)恿W(xué)機(jī)理。Seed等針對(duì)高速遠(yuǎn)程滑坡的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)特征先后提出滑動(dòng)液化減阻的觀點(diǎn)，認(rèn)為當(dāng)高速遠(yuǎn)程滑坡在沖積層、淤積層或者冰川等富水基底上運(yùn)動(dòng)時(shí)，在振動(dòng)、剪切等作用下，會(huì)在滑體底部形成趨近飽和的液化層，產(chǎn)生超孔隙水壓力，從而導(dǎo)致滑坡的低摩阻遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)[64-65]。成都地質(zhì)學(xué)院工程地質(zhì)研究室對(duì)黃河上游龍羊峽水電站庫(kù)岸一系列大型滑坡的研究發(fā)現(xiàn)，非地震導(dǎo)致的飽水砂土是滑坡高速滑動(dòng)的地質(zhì)證據(jù)[66]；Xu等在對(duì)西藏自治區(qū)波密縣易貢高速遠(yuǎn)程滑坡的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中，在流態(tài)化碎屑堆積體的表面發(fā)現(xiàn)了滑坡高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于振動(dòng)液化引起的碟形小洼地、巖屑錐狀丘等噴水冒砂現(xiàn)象的地質(zhì)證據(jù)[29,67]。

Iverson等通過(guò)對(duì)碎屑流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中孔隙水壓力和顆粒溫度變化特征的觀察，運(yùn)用一維無(wú)限邊坡模型定量化解釋了孔隙水壓力和顆粒溫度是如何誘發(fā)土體庫(kù)倫失穩(wěn)乃至液化，并最終影響滑坡運(yùn)動(dòng)的原因；并在此基礎(chǔ)上，借助兩相深度滑坡模型，探討與分析了剪切液化在2014年美國(guó)華盛頓州Oso滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的重要作用[68-69]。Sassa等運(yùn)用自主設(shè)計(jì)與研制的環(huán)剪儀進(jìn)行了滑坡試樣在無(wú)水、飽和不排水等條件下的環(huán)剪試驗(yàn)，研究了滑帶土試樣內(nèi)部剪切層的形成與演化規(guī)律、剪切層內(nèi)孔隙水壓力變化規(guī)律等，并提出不排水剪切過(guò)程中產(chǎn)生的超孔隙水壓力是導(dǎo)致滑坡高速運(yùn)動(dòng)的重要原因[70-73]。胡明鑒等通過(guò)系列環(huán)剪試驗(yàn)，分別探討了剪切液化在西藏自治區(qū)波密縣易貢高速遠(yuǎn)程滑坡和四川省青川縣東河口滑坡低摩阻遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中的作用機(jī)制[74-75]。Hu等借助室內(nèi)斜槽試驗(yàn)，研究了富水松散顆粒流啟動(dòng)與運(yùn)動(dòng)過(guò)程中超孔隙水壓力的產(chǎn)生及其對(duì)碎屑流運(yùn)動(dòng)特性的影響，并指出碎屑流的水力傳導(dǎo)系數(shù)是控制其是否會(huì)發(fā)生快速失穩(wěn)的重要參數(shù)[76]。通過(guò)大型高速環(huán)剪試驗(yàn)，Scaringi等發(fā)現(xiàn)大型滑坡滑帶土的強(qiáng)度在高壓和高速剪切作用下會(huì)突然大幅降低，甚至接近于0，表現(xiàn)出通常認(rèn)為流體才具備的“觸變性”，這一發(fā)現(xiàn)有助于深刻認(rèn)識(shí)和理解某些大型滑坡能夠遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)的原因[77]。Strom等在對(duì)中亞地區(qū)的大量高速遠(yuǎn)程滑坡堆積體進(jìn)行野外地質(zhì)調(diào)查及遙感解譯分析后，發(fā)現(xiàn)高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的飽水下伏層液化是其側(cè)向擴(kuò)離運(yùn)動(dòng)及覆蓋范圍增大的重要原因[33]。

2.3 動(dòng)力破碎減阻機(jī)理

高速遠(yuǎn)程滑坡的動(dòng)力破碎是指滑坡在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于滑體本身的自重應(yīng)力作用、滑體與運(yùn)動(dòng)路徑之間的碰撞、滑體內(nèi)部各塊體之間的相互撞擊、滑體基底層與滑體主體層內(nèi)部差異性剪切作用等，使組成滑體的巖體持續(xù)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)斷裂破碎的現(xiàn)象。眾多典型高速遠(yuǎn)程滑坡的實(shí)例調(diào)查表明：動(dòng)力破碎導(dǎo)致的碎屑化過(guò)程是高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中普遍存在的現(xiàn)象。在滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，沿整個(gè)運(yùn)動(dòng)路徑巖體連續(xù)漸進(jìn)地解體破碎，內(nèi)部巖石塊體粒徑不斷減小，滑體體積不斷膨脹，流態(tài)化程度迅速增加[78]。相對(duì)于源區(qū)巖體結(jié)構(gòu)的尺寸，經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的碎屑化作用后巖屑粒徑減小程度最大可達(dá)15～18個(gè)數(shù)量級(jí)[79-80]。Davies等認(rèn)為滑坡高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，巖石塊體在高加載速率下出現(xiàn)了強(qiáng)烈的動(dòng)力破碎，破碎后殘余應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為巖屑動(dòng)能，形成彌散應(yīng)力，可以維持滑體體積的不斷膨脹，從而形成低摩阻遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)[81]；該碎屑化過(guò)程中，僅有一小部分能量消耗于碎屑化過(guò)程引起的比表面能的增加，大部分能量均轉(zhuǎn)化為彈性應(yīng)變能，用于滑體的高速運(yùn)動(dòng)[81-83]。De Blasio基于冰川區(qū)高速遠(yuǎn)程滑坡碎屑化過(guò)程研究，提出顆粒力鏈破碎模型，并對(duì)含水滑坡的運(yùn)動(dòng)機(jī)理開(kāi)展了相關(guān)研究，提出滑體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，高應(yīng)力狀態(tài)下的碎屑化過(guò)程可引起滑體內(nèi)部顆粒的密實(shí)化，導(dǎo)致粒間孔隙水壓力增大，有效應(yīng)力降低，摩阻力降低，從而實(shí)現(xiàn)滑體的低摩阻遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)[84-85]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在塊體動(dòng)力破碎對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程造成的影響作用方面，開(kāi)展了系列原創(chuàng)性工作。Zhang等對(duì)四川省汶川地震觸發(fā)的錦竹市文家溝高速遠(yuǎn)程滑坡反粒序現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，并通過(guò)滑帶土環(huán)剪試驗(yàn)，提出顆粒動(dòng)力破碎導(dǎo)致的剪切阻力降低是文家溝滑坡實(shí)現(xiàn)高速遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)的原因[86-87]。Zhao等借助三維離散元數(shù)值模擬軟件，再現(xiàn)了巖塊沿斜坡下滑并撞擊水平面時(shí)的動(dòng)力破碎過(guò)程和碎屑化顆粒的運(yùn)動(dòng)堆積過(guò)程，認(rèn)為碎屑流的堆積距離與破碎程度無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系，滑體碎屑化程度的增加會(huì)引起更多能量的消耗，同時(shí)以四川省北川縣唐家山滑坡為例進(jìn)行了真實(shí)滑坡碎屑化過(guò)程的數(shù)值分析[88-90]。通過(guò)在斜槽試驗(yàn)裝置中增設(shè)陡坎地形，周月等研究了下伏運(yùn)動(dòng)路徑起伏對(duì)碎屑流碎屑化過(guò)程的影響，探討了該過(guò)程中的能量耗散規(guī)律，提出沖擊破碎是巖質(zhì)滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量耗散的重要因素，控制滑體的運(yùn)動(dòng)特性和能量耗散形式[91]。Lin等通過(guò)塊體破碎物理模型試驗(yàn)，提出動(dòng)力破碎過(guò)程顯著抑制滑坡整體的運(yùn)動(dòng)性，但可以有效促進(jìn)滑體前緣的運(yùn)動(dòng)，認(rèn)為這一現(xiàn)象是塊體破碎的彈性應(yīng)變能釋放效應(yīng)所致，并建立了基于動(dòng)力破碎過(guò)程的崩滑碎屑流運(yùn)動(dòng)距離預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型[92]。Hu等通過(guò)不同強(qiáng)度顆粒的高速旋剪試驗(yàn)，研究了脆性顆粒破碎相關(guān)的密集顆粒流運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，并認(rèn)為潛在的顆粒破碎機(jī)制以及破碎引起的特殊碎屑結(jié)構(gòu)可能是導(dǎo)致顆粒流剪切阻力降低、流動(dòng)性增強(qiáng)的原因[93]。

目前，學(xué)者們一致認(rèn)為動(dòng)力破碎是高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中重要的動(dòng)力學(xué)作用過(guò)程，并從統(tǒng)計(jì)分析、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬等方面入手，普遍認(rèn)為這種碎屑化過(guò)程與滑坡的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)[81-94]。

2.4 底部裹挾減阻機(jī)理

高速遠(yuǎn)程滑坡底部裹挾減阻機(jī)理研究是近年來(lái)高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。2011年，《Nature Geoscience》雜志連續(xù)刊登2篇論文對(duì)高速遠(yuǎn)程滑坡底部裹挾減阻機(jī)理進(jìn)行了討論和分析[95-96]。此后，Iverson運(yùn)用庫(kù)倫滑塊模型，對(duì)高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中碎屑流與下伏層間的裹挾減阻效應(yīng)進(jìn)行了理論分析[97]。針對(duì)高速遠(yuǎn)程滑坡的裹挾減阻效應(yīng)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)不同工況下顆粒流與下伏層相互作用的物理模型試驗(yàn)研究，探討了碎屑流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)下伏層的犁鏟和裹挾作用，初步分析了物質(zhì)裹挾對(duì)碎屑流運(yùn)動(dòng)特性的影響[98-104]。Egashira等通過(guò)物理模型試驗(yàn)，模擬分析了碎屑流犁鏟滑面、裹挾底層物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，首次在物理模型試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了滑體質(zhì)量變化對(duì)碎屑流運(yùn)動(dòng)特性影響的分析[98]；Dufresne等基于對(duì)新西蘭Round Top滑坡和Tschirgant滑坡的地質(zhì)調(diào)查，論述了運(yùn)動(dòng)路徑上下伏層物質(zhì)對(duì)高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)特性的影響，并通過(guò)大量物理模型試驗(yàn)，研究了下伏層物質(zhì)組成對(duì)裹挾減阻效應(yīng)及碎屑流運(yùn)動(dòng)的影響[99-101]。Mangeney等通過(guò)斜槽試驗(yàn)，研究了下伏層為干碎屑條件下的碎屑流運(yùn)動(dòng)特征，驗(yàn)證了干下伏層對(duì)碎屑流運(yùn)動(dòng)的促進(jìn)作用[102-103]。在數(shù)值模擬方面，Hungr等采用拉格朗日模型對(duì)DAN軟件進(jìn)行改進(jìn)，初步實(shí)現(xiàn)了碎屑流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中質(zhì)量變化對(duì)碎屑流運(yùn)動(dòng)特性影響的研究[105]；在此基礎(chǔ)上，Hungr等從物質(zhì)裹挾的角度出發(fā)，論述了滑坡的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)機(jī)理，并探討了運(yùn)動(dòng)路徑上物質(zhì)組成對(duì)滑體失穩(wěn)后運(yùn)動(dòng)特性的影響[106-108]。Crosta等以瑞士Arvel滑坡為研究對(duì)象，運(yùn)用有限元模擬分析了該滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中主體層與下伏層之間的相互作用[109]。李祥龍等借助PFC2D數(shù)值模擬方法，分析了碎屑流運(yùn)移堆積過(guò)程的特征以及基底犁鏟效應(yīng)對(duì)碎屑流停積過(guò)程的影響[110]。Zhou等分別以中國(guó)西藏自治區(qū)波密縣易貢高速遠(yuǎn)程滑坡和甘肅省天水市大溝滑坡為研究對(duì)象，通過(guò)在基于能量法的滑體運(yùn)動(dòng)模型中植入改進(jìn)的物質(zhì)裹挾模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中物質(zhì)裹挾作用的進(jìn)一步研究，討論了物質(zhì)裹挾過(guò)程對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)的影響[111-113]。沈月強(qiáng)等基于動(dòng)量守恒原理建立了考慮基底侵蝕效應(yīng)的滑坡運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)中國(guó)陜西省涇陽(yáng)縣西苗店滑坡運(yùn)動(dòng)裹挾過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬[114]。殷躍平等基于滑塊-彈簧模型和犁耕阻力模型，提出一種適用于滑坡動(dòng)力侵蝕過(guò)程計(jì)算的犁切模型，使用該模型可定量計(jì)算動(dòng)力侵蝕過(guò)程中滑坡體積增量[115]。

高速遠(yuǎn)程滑坡剖面堆積特征的揭露，指示著滑體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中主體層與下伏層之間存在著強(qiáng)烈的相互作用，但是關(guān)于物質(zhì)裹挾過(guò)程究竟如何影響著高速遠(yuǎn)程滑坡的運(yùn)動(dòng)，其物理力學(xué)模型的建立還需進(jìn)一步研究。

2.5 剪切振動(dòng)減阻機(jī)理

由于滑體與下伏運(yùn)動(dòng)路徑的相互作用以及滑體內(nèi)部顆粒間的擠壓、碰撞、剪切等相互作用，在滑體內(nèi)部產(chǎn)生獨(dú)立于自重應(yīng)力的波動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)，所以一些學(xué)者認(rèn)為，這種波動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)可能導(dǎo)致滑坡的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)。其中，最具代表性的觀點(diǎn)為Melosh于1978年提出的聲波流態(tài)化機(jī)理[116]。該機(jī)理認(rèn)為：在滑體的高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，底部顆粒間的動(dòng)態(tài)剪切將引起聲波的產(chǎn)生，其本質(zhì)上是一種具有一定頻率的應(yīng)力波，該瞬時(shí)強(qiáng)大聲波場(chǎng)可使顆粒體在某一遠(yuǎn)低于上覆荷載的應(yīng)力作用下發(fā)生屈服，形成牛頓流體，實(shí)現(xiàn)滑體的低摩阻遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)[116-119]。Davies提出的底部高剪切速率導(dǎo)致流態(tài)化觀點(diǎn)認(rèn)為：滑體底部高能的輸入會(huì)增加顆粒間的相互碰撞頻率，引起底部顆粒間脹離，摩阻力減小，實(shí)現(xiàn)滑體的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)；而滑體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中底部剪切高能的來(lái)源，可能為勢(shì)能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，也可能為地震能[120]。受聲波流態(tài)化觀點(diǎn)啟發(fā)，F(xiàn)oda等提出基底壓力波導(dǎo)致流態(tài)化觀點(diǎn)，認(rèn)為視滑體由上部剛性主滑體和下部剪切層兩部分組成，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中上部整體保持不變，當(dāng)顆粒運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)某一臨界值時(shí)，滑體動(dòng)能將轉(zhuǎn)變?yōu)榛讐毫Σ?，下部剪切層顆粒發(fā)生脹離，內(nèi)部抗剪阻力降低，使滑體得以在重力作用下發(fā)生遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)[121-122]。Preuth等視隨機(jī)振動(dòng)能為滑體得以實(shí)現(xiàn)低摩阻遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)的一個(gè)原因[123]。

上述觀點(diǎn)均從不同角度論述了滑體高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中“聲波”、“基底壓力波”、“隨機(jī)振動(dòng)波”的存在，認(rèn)為該能量來(lái)源于滑體基底層內(nèi)顆粒間的強(qiáng)烈剪切破碎過(guò)程；然而，對(duì)于滑體如何實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈剪切作用，以及如何保持高強(qiáng)度剪切實(shí)現(xiàn)振動(dòng)減阻則未明確闡述。與前人所提觀點(diǎn)不同，Wang等提出自激振動(dòng)能觀點(diǎn)，認(rèn)為高速運(yùn)動(dòng)的滑體與下伏高低起伏且顛簸不平的運(yùn)動(dòng)路徑地形強(qiáng)烈碰撞，可引發(fā)大量滑體勢(shì)能和動(dòng)能向振動(dòng)能轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)振動(dòng)波強(qiáng)度明顯增加的現(xiàn)象，伴隨著振動(dòng)波強(qiáng)度的增加，距離下伏運(yùn)動(dòng)路徑最近的基底層內(nèi)顆粒將吸收大量振動(dòng)能，使顆粒波動(dòng)性增加，粒間間距增大，顆粒堆積密度明顯減小，造成滑面附近上方顆粒物質(zhì)出現(xiàn)懸浮現(xiàn)象，促進(jìn)了滑體的低摩阻遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)[124]。

2.6 動(dòng)量傳遞遠(yuǎn)程機(jī)理

Heim最早在調(diào)查瑞士Elm滑坡時(shí)，就提出滑體的運(yùn)動(dòng)類似于“接力賽”，后部滑體的動(dòng)能通過(guò)擠壓撞擊不斷傳遞給前部滑體，使得前部滑體獲得能量后繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。由于這種動(dòng)量傳遞現(xiàn)象，后部滑體始終沒(méi)有超過(guò)前部滑體[16]。Eisbacher提出滑體高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，前、后顆粒間頻繁碰撞所引起的動(dòng)量傳遞作用是實(shí)現(xiàn)滑體遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)的重要原因[125]。成都地質(zhì)學(xué)院工程地質(zhì)研究室提出碎屑流化滑坡高速遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)的原因是碎屑間相互碰撞引起動(dòng)量傳遞，并建立了這類滑坡的滑程預(yù)測(cè)公式[66]。Van Gassen等認(rèn)為滑坡的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)取決于滑體內(nèi)部的動(dòng)量傳遞，并用動(dòng)量傳遞觀點(diǎn)解釋了瑞士Elm滑坡和加拿大Frank滑坡的超級(jí)流動(dòng)性[126]。劉忠玉等提出高速滑坡遠(yuǎn)程預(yù)測(cè)的塊體運(yùn)動(dòng)模型，基于“峰殘強(qiáng)降”和“動(dòng)量勢(shì)動(dòng)轉(zhuǎn)化”原理，對(duì)高速滑坡的危害范圍預(yù)測(cè)進(jìn)行了初步分析[127]；Miao等基于土體的極限平衡和動(dòng)量傳遞機(jī)理，提出了滑動(dòng)塊體模型預(yù)測(cè)高速遠(yuǎn)程滑坡的運(yùn)動(dòng)[128]。趙曉彥等通過(guò)大型高速滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中碰撞特性試驗(yàn)，研究了滑體碰撞解體后不同速度段巖體體積的分布規(guī)律，以及顆粒碰撞對(duì)碎屑流總運(yùn)動(dòng)距離的影響[129-130]。Pollet等基于瑞士Flims巖滑的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，對(duì)其運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行了分析，并用“書斜式疊加板(Slab-on-slab)”模型來(lái)解釋碎屑堆積物的形成機(jī)理[131]。Wang等通過(guò)物理模型試驗(yàn)對(duì)碎屑流表面示蹤粒子進(jìn)行跟蹤測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在理想彈性碰撞下，滑體前、后顆粒間因動(dòng)量傳遞作用所產(chǎn)生的能量交換可達(dá)顆粒初始機(jī)械能的13%；該計(jì)算結(jié)果表明，在滑體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)量傳遞發(fā)揮著不可忽視的遠(yuǎn)程作用[132]。Strom等認(rèn)為滑體不同部位之間的動(dòng)量傳遞特征顯著影響著滑坡前緣的運(yùn)動(dòng)距離及整體影響范圍[33]，并且近期在對(duì)高速遠(yuǎn)程滑坡進(jìn)行類型劃分時(shí)，提出的“跳躍式”滑坡(Jumping Rock Avalanche)和“瓶頸型滑坡的次生滑動(dòng)”滑坡(Secondary Rock Avalanche of the “Bottleneck” Subtype)就蘊(yùn)含了典型的動(dòng)量傳遞特征。葛云峰等從能量傳遞的角度出發(fā)，通過(guò)系列室內(nèi)斜槽物理模型試驗(yàn)，探討了碎屑流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)量傳遞的演化規(guī)律[133]。

表1 主要高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)機(jī)理分類

3 動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過(guò)近百年的研究，從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬等角度出發(fā)，已在高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)機(jī)理方面開(kāi)展了大量研究工作，取得了具有重要意義的科學(xué)成果。然而，由于高速遠(yuǎn)程滑坡地質(zhì)災(zāi)害所具有的事件突發(fā)性、運(yùn)動(dòng)特征復(fù)雜性、時(shí)間不可重復(fù)性、災(zāi)害鏈巨大危害性等，使得人類在目前還未完全掌握和全面準(zhǔn)確地理解高速遠(yuǎn)程滑坡的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)行為和特征，現(xiàn)階段已提出的絕大多數(shù)高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)機(jī)理尚未得到科學(xué)家的普遍認(rèn)可，還需要進(jìn)一步完善。因此，高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)機(jī)理的研究任重而道遠(yuǎn)，在國(guó)際地球科學(xué)暨工程地質(zhì)領(lǐng)域還需要走很長(zhǎng)的路才能完成。另一方面，根據(jù)近30多年來(lái)國(guó)際工程地質(zhì)和巖土工程領(lǐng)域?qū)α鲬B(tài)化滑坡類型劃分的研究[14,134-136]及近20年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于高速遠(yuǎn)程滑坡機(jī)理研究的述評(píng)[3-5,14,137-146]等，可以看出高速遠(yuǎn)程滑坡研究無(wú)論是在過(guò)去、現(xiàn)今，還是在將來(lái)，一直是且仍然是國(guó)際地球科學(xué)暨工程地質(zhì)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿性科學(xué)。

從目前國(guó)際上研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)來(lái)看，高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)包括：從科學(xué)問(wèn)題的解決思路上來(lái)看，應(yīng)該是地貌學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、巖土力學(xué)、顆粒流力學(xué)、流體力學(xué)、物理學(xué)、地球物理學(xué)等多種不同學(xué)科的交叉和融合；從研究方法和手段上來(lái)看，應(yīng)該采用野外地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)大型物理模型試驗(yàn)、先進(jìn)數(shù)值模擬技術(shù)、數(shù)學(xué)力學(xué)分析等四位一體相結(jié)合的方法；從研究目的來(lái)看，應(yīng)該解決以下這些重大而又關(guān)鍵的問(wèn)題，即對(duì)于一次單一的高速遠(yuǎn)程滑坡事件，其運(yùn)動(dòng)最高速度有多快？運(yùn)動(dòng)的最大距離有多遠(yuǎn)？碎屑流堆積體的覆蓋面積和影響范圍有多大？其沖擊力和破壞程度有多巨大？

為達(dá)到以上目標(biāo)，當(dāng)前對(duì)高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)機(jī)理的研究將進(jìn)一步不可避免地涉及到如下一些深層次的科學(xué)問(wèn)題。①高速遠(yuǎn)程滑坡為何可以獲得極高的運(yùn)動(dòng)速度并表現(xiàn)出極強(qiáng)的流動(dòng)性？在滑體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，地形條件對(duì)其有何影響？運(yùn)動(dòng)路徑凹凸起伏顛簸不平對(duì)碎屑流的運(yùn)動(dòng)有何影響？運(yùn)動(dòng)路徑上松散堆積層又與滑體有何種相互作用過(guò)程？②高速遠(yuǎn)程滑坡堆積體表層所呈現(xiàn)出來(lái)的大量流態(tài)化堆積地貌有著何種成因？高速遠(yuǎn)程滑坡堆積體豎向分帶結(jié)構(gòu)和特征有著何種成因？它們?nèi)绾谓沂局樾剂鞯倪\(yùn)動(dòng)與停積過(guò)程？這種流變轉(zhuǎn)化與停積就位過(guò)程，對(duì)于探究高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的傳播、轉(zhuǎn)換和耗散有何指示意義？③能否得到本構(gòu)關(guān)系并完整地描述滑坡顆粒流和不同流變域(密集顆粒流與稀疏顆粒流)的相變？如何從理論上量化和描述顆粒尺寸分布(分選與動(dòng)力破碎過(guò)程)在空間和時(shí)間上的演變及其與流動(dòng)的耦合？

為了準(zhǔn)確回答上述深層次的科學(xué)問(wèn)題，未來(lái)必須開(kāi)展以下3個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的研究。①速率相依摩阻弱化機(jī)理研究。高速遠(yuǎn)程滑坡基底層作為高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與下伏運(yùn)動(dòng)路徑間的強(qiáng)相互作用層，近年來(lái)一直是國(guó)際學(xué)者研究的關(guān)鍵帶。隨著在多起高速遠(yuǎn)程滑坡基底層中一些重要地質(zhì)證據(jù)的發(fā)現(xiàn)，滑坡基底層摩擦生熱減阻機(jī)理引起了學(xué)者的高度關(guān)注和認(rèn)可[55-56]，被視為可能揭示高速遠(yuǎn)程滑坡低摩阻遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)特性的重要內(nèi)在物理力學(xué)機(jī)理。高速遠(yuǎn)程滑坡基底層土體的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)明顯受控于剪切速率、剪切位移以及正向應(yīng)力等因素；在滑體上覆荷載作用下，當(dāng)基底層試樣所受剪切速率足夠高時(shí)，其動(dòng)力學(xué)特性表現(xiàn)出明顯的弱化現(xiàn)象[51,147]。Lucas等認(rèn)為高速遠(yuǎn)程滑坡等效摩擦系數(shù)的弱化與其運(yùn)動(dòng)速度有著極大相關(guān)性[148]。然而，目前這方面的研究尚處于起步階段。關(guān)于基底層高速剪切過(guò)程中礦物相變、組分遷移、動(dòng)態(tài)破碎、物理化學(xué)反應(yīng)、溫度變化、應(yīng)力-應(yīng)變演化等及其所導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)演化研究，從試驗(yàn)與理論結(jié)果，到實(shí)際高速遠(yuǎn)程滑坡低摩阻遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)的最終機(jī)理解釋，仍需要大量深入的研究。②破碎漸進(jìn)相變耗能機(jī)理研究。高速遠(yuǎn)程滑坡形成的碎屑流一個(gè)重要特征在于，由于源區(qū)巖體結(jié)構(gòu)物質(zhì)的初始組成不同以及失穩(wěn)后巖體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)力破碎作用，它們的顆粒尺寸范圍跨越幾個(gè)數(shù)量級(jí)。其運(yùn)動(dòng)過(guò)程包括啟動(dòng)、擴(kuò)展和堆積3個(gè)階段，通常涉及不同程度的破碎過(guò)程。在這些過(guò)程中，滑坡不斷解體破碎，由固態(tài)逐漸地相變?yōu)轭w粒狀態(tài)。盡管滑坡動(dòng)力破碎已經(jīng)成為滑坡動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[80,83,88-93]，動(dòng)力破碎過(guò)程所引起的滑體相變轉(zhuǎn)化亦已從顆粒流角度開(kāi)展了豐富的研究工作[149-150]，但是由于動(dòng)力破碎現(xiàn)象隨著滑坡運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生而進(jìn)行、停止而消失，其對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程的直接影響無(wú)法直接觀測(cè)到，所以對(duì)于滑坡動(dòng)力破碎過(guò)程是促進(jìn)滑坡運(yùn)動(dòng)還是阻礙滑坡運(yùn)動(dòng)，仍存在極大的爭(zhēng)議[118]。動(dòng)力破碎導(dǎo)致高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)最大的疑惑在于，破碎是一個(gè)耗能過(guò)程，既然是總能量的損失，如何能促進(jìn)滑坡的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)？從這個(gè)角度而言，對(duì)于滑坡破碎能量的計(jì)算，以及滑坡運(yùn)動(dòng)全過(guò)程中總能量的轉(zhuǎn)換與耗散研究，是未來(lái)最終厘清高速遠(yuǎn)程滑坡破碎效應(yīng)的必經(jīng)之路。③過(guò)程相依波動(dòng)減阻機(jī)理。關(guān)于高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)波的產(chǎn)生及影響機(jī)制，學(xué)者們從不同角度進(jìn)行了研究與論述，其中包括振動(dòng)能-聲波、基底壓力波、隨機(jī)振動(dòng)波、自激振動(dòng)波等觀點(diǎn)。Davies在與聲波流態(tài)化觀點(diǎn)流派的爭(zhēng)論中，提出塊體動(dòng)力破碎產(chǎn)生的應(yīng)力波可能是引起滑體流態(tài)化的主要原因[120]。在地震學(xué)領(lǐng)域，聲波流態(tài)化觀點(diǎn)在經(jīng)受了大量學(xué)者的檢驗(yàn)后，仍然具有蓬勃生命力，而其在滑坡領(lǐng)域的應(yīng)用與研究十分有限[151-155]。目前，振動(dòng)波機(jī)制研究存在兩個(gè)方面難題：一是滑體內(nèi)部波場(chǎng)的主要來(lái)源問(wèn)題，即振動(dòng)波場(chǎng)是以何種機(jī)制產(chǎn)生并對(duì)滑體運(yùn)動(dòng)造成影響的；二是如何定量分析與驗(yàn)證高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)波場(chǎng)的頻率、振幅、波長(zhǎng)以及能量產(chǎn)生和耗散信息。

4 結(jié) 語(yǔ)

一百多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已在高速遠(yuǎn)程滑坡的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特征及機(jī)理方面開(kāi)展了大量研究工作，取得了豐富的研究成果。除工程地質(zhì)領(lǐng)域的學(xué)者之外，地球物理學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)等相鄰研究領(lǐng)域的學(xué)者亦投身于高速遠(yuǎn)程滑坡的研究之中，通過(guò)學(xué)科交叉與融合，共同促進(jìn)了高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)研究的發(fā)展，完善了地質(zhì)災(zāi)害科學(xué)的理論，為重大地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與防災(zāi)減災(zāi)提供了科學(xué)依據(jù)。高速遠(yuǎn)程滑坡研究無(wú)論是在過(guò)去、現(xiàn)今，還是在將來(lái)，一直是且仍然是國(guó)際地球科學(xué)暨工程地質(zhì)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿性科學(xué)。然而，需要指出的是，鑒于高速遠(yuǎn)程滑坡這一地表地質(zhì)過(guò)程的復(fù)雜性，翔實(shí)的野外地質(zhì)證據(jù)調(diào)查是高速遠(yuǎn)程滑坡研究的重要前提和地質(zhì)基礎(chǔ)，任何高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)機(jī)理假說(shuō)的提出都應(yīng)該以野外地質(zhì)證據(jù)為堅(jiān)實(shí)依據(jù)，脫離了野外地質(zhì)特征的任何成果(尤其是數(shù)值模擬和理論模型)都缺乏一定的說(shuō)服力。寄希望于從事該研究領(lǐng)域的學(xué)者在未來(lái)的研究中能夠以野外地質(zhì)事實(shí)為依據(jù)，開(kāi)展相應(yīng)研究工作，共同推進(jìn)高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究，掌握高速遠(yuǎn)程滑坡的低摩阻遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)機(jī)理，實(shí)現(xiàn)高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)距離、覆蓋面積的有效預(yù)測(cè)，為山區(qū)建設(shè)不斷發(fā)展過(guò)程中高速遠(yuǎn)程滑坡地質(zhì)災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)提供重要的科學(xué)依據(jù)。

程謙恭：謹(jǐn)以此文紀(jì)念長(zhǎng)安大學(xué)七十周年華誕，祝愿母校未來(lái)更加輝煌！1979年9月至1998年3月，我在西安地質(zhì)學(xué)院(現(xiàn)長(zhǎng)安大學(xué))學(xué)習(xí)和生活長(zhǎng)達(dá)二十年，各位老師曾給予我終生難忘的教育、鼓勵(lì)和幫助。飲水思源，永難忘懷！在此，特別誠(chéng)摯地感謝我的恩師胡廣韜教授、宮同倫教授、彭建兵院士對(duì)我的培養(yǎng)、教導(dǎo)和幫助。在大學(xué)本科、碩士、博士的學(xué)習(xí)階段，我先后師從于彭建兵、宮同倫、胡廣韜三位恩師。彭老師是我上大學(xué)求學(xué)的第一位恩師，大學(xué)入學(xué)的第一天，就有幸得到他的幫助。我依然清晰記得，1979年9月12日西安瓢潑大雨的那個(gè)下午，彭老師穿著一身洗得發(fā)白的中山裝，站在地勘樓迎新隊(duì)伍的前面，熱情地幫我拿行李。他既是我大學(xué)期間的首任班主任老師，又是我攻讀博士學(xué)位期間真正意義上的副導(dǎo)師。他對(duì)我的言傳身教、耳提面命，讓我受益終生，在我每一個(gè)人生和事業(yè)轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，他都給予了不可或缺的幫助。宮老師是我碩士階段的恩師，他引領(lǐng)我進(jìn)入地質(zhì)災(zāi)害研究領(lǐng)域的大門，為我打下了堅(jiān)實(shí)的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)，使我順利跨入工程地質(zhì)學(xué)的研究領(lǐng)域。胡老師是我博士階段的恩師，也是我學(xué)術(shù)生涯真正開(kāi)始的領(lǐng)路人和教導(dǎo)者，他引領(lǐng)我跨入滑坡動(dòng)力學(xué)這個(gè)地質(zhì)災(zāi)害研究的國(guó)際前沿領(lǐng)域。作為國(guó)內(nèi)工程地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的一代開(kāi)山祖師，他倡導(dǎo)了“滑坡動(dòng)力學(xué)”這一門工程地質(zhì)分支學(xué)科。1995年，他在《滑坡動(dòng)力學(xué)》一書中，提出、闡述、論證的有關(guān)滑坡動(dòng)力學(xué)的二十余項(xiàng)關(guān)鍵性理論、觀點(diǎn)和問(wèn)題影響深遠(yuǎn)，成為后來(lái)學(xué)者進(jìn)一步研究的學(xué)術(shù)思想出發(fā)點(diǎn)和基礎(chǔ)；時(shí)至今日，在國(guó)內(nèi)外發(fā)表的高速遠(yuǎn)程滑坡動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究文獻(xiàn)中，他的學(xué)說(shuō)得到后人的廣泛認(rèn)可和進(jìn)一步發(fā)展。胡廣韜先生雖然已經(jīng)離開(kāi)我們四年多時(shí)間，但他的音容笑貌卻經(jīng)常浮現(xiàn)在我的眼前。他在滑坡動(dòng)力學(xué)理論方面取得的豐碩成果以及對(duì)長(zhǎng)安大學(xué)工程地質(zhì)學(xué)科的巨大貢獻(xiàn)，將永遠(yuǎn)被銘記！