论文题目：“8.3”鲁甸地震斜坡动力响应及巨型岩质滑坡堵江机制研究
摘要：地震是地球释放能量最大,破坏力最强的自然灾害,在直接造成人员财产损失的同时,还可能诱发大量的崩滑地质灾害。地震诱发的崩滑地质灾害,因其巨大的致灾力而广泛引起人们的关注,特别是在高山峡谷区,其危害往往超过地震本身。此外,一些大型崩滑地质灾害还可能堵塞河道,形成滑坡堰塞坝,进而引发区域性的灾害链效应。然而,迄今为止,仍然严重缺乏对滑坡堰塞坝应急除险成功案例的详尽记录和分析,更谈不上系统全面地开展应急除险方案设计、以及后续进一步的合理开发利用等综合整治工作。2014年8月3日云南省昭通市鲁甸县爆发了Ms6.5级地震,由于其发震构造和破裂过程的复杂性,该地震表现出丰富且独特的动力地质现象,在产生明显的同震地表破裂带的同时,还诱发了大量崩滑地质灾害。特别值得一提的是,该中强震还罕见地诱发了红石岩巨型岩质滑坡;该滑坡启动后,受对岸斜坡的阻挡,快速堆积于对岸古滑坡堆积体上,形成了滑坡堰塞坝,堵塞了牛栏江;湖水位在堰塞湖形成后便急剧上涨,极易引发区域性的灾害链效应。在充分利用既有水利水电资源的基础上,该堰塞湖的险情得以有效控制,并经多方论证,其将被改造成综合性的水利枢纽工程。为确保后期工程运营的安全,堰塞坝的形态、物质组成、地质结构、以及渗流特征成为众人关注的焦点。灾害在带给我们惨痛教训的同时,也为我们提供了宝贵的研究机会。鲁甸地震红石岩滑坡堰塞坝囊括了震源机制、地震诱发滑坡、滑坡堆积制动、堰塞坝渗透特性、险情处置和后期整治等一系列问题,为众多地震滑坡-堰塞堵江事件中极为珍贵的科研素材。故本文基于鲁甸地震丰富且独特的动力地质现象和具有开拓意义的堰塞湖综合治理手段,围绕着红石岩巨型滑坡-堰塞堵江事件,以传统的地质调查手段、与先进的三维空间影像技术和卫星遥感技术相结合,在精确、快捷、完整地收集基础资料的前提下,通过丰富的遥感、影像、数值分析方法,揭示了共轭破裂型地震地震动的强度特征及其同震滑坡的空间分布规律、软弱基座型红石岩高速短程滑坡的动力启动和堆积制动机制,并有助于提升对地震滑坡堰塞坝的风险管控能力。主要研究内容及成果如下:（1）基于理想的里德尔剪切模型,由王家坡村北NNW向Y剪切断裂和NWW向R剪切断裂可知,鲁甸地震震区主压应力场的优势方向为近NWW-SEE向。在该区域构造应力场背景下,龙头山镇附近发生错断的NNW向包谷垴-小河断裂的阶内发育了NEE向右旋走滑断裂。（2）通过同震滑坡的空间分布规律及其影响因素敏感性分析,论证了鲁甸地震是由包谷垴-小河断裂中NNW向左旋走滑断裂和NEE向右旋走滑断裂共同破裂而产生的,并揭示了该地震同震滑坡的发育密度与发震断裂距离的相关性远高于与震中距的相关性,表现出明显的“断层效应”。此外,通过数学模型和力学模型的地震滑坡危险性反演分析,揭示了鲁甸地震地震动强度在EW和SN向上的差异性对其同震滑坡空间分布规律存在较大的影响。（3）结合现场岩体变形特征调查、斜坡稳定性运动学分析,构建了红石岩滑坡的地质原型,并辅以区域历史地震活动性和光学卫星影像分析,揭示了在内外动力地质作用下,软弱基座型反倾斜坡渐进破坏的演化过程。红石岩斜坡上硬下软的坡体结构,其中上覆硬岩为可溶的碳酸盐岩,是红石岩滑坡发生的地质基础。在该地质背景下,地震前原本就相对脆弱的地质体,经历了历史上对其稳定性影响最严重的一次地震,是中等强度的鲁甸地震诱发红石岩巨型岩质滑坡的地质内因和动力外因。（4）基于鲁甸地震发震构造及其地震动强度特征的研究成果,选取相关性最高的地震动参数,使用离散元数值模拟分析了红石岩滑坡动力启动的力学机制,结果表明:在水平地震力作用下,下伏软弱的粉砂质泥岩发生剪切破坏,形成近圆弧形的底部滑动面,破裂面在上覆硬质灰岩中由表层往深部追踪陡倾节理面扩展的同时,由于下伏软岩的牵引作用,从软硬接触部位往斜坡浅表层扩展,表现出典型“剪切-张拉”的力学破坏特征。（5）通过连续介质模型,再现了红石岩高速短程滑坡的堆积制动过程,揭示了地震作用下含水率较低的滑体沿底部滑动面抛出,撞击干枯河床,然后呈大角度与对岸表层为松散大块石的古滑坡堆积体发生碰撞,为红石岩滑坡快速制动而堆积形成坝高95m巨型滑坡堰塞坝的主要原因。（6）基于现场勘查、震前SRTM-DEM数据、以及震后三维空间影像技术获取的高精度地形数据,提取了红石岩滑坡-堰塞堵江事件的几何参数,并揭示了滑坡堰塞坝内部的地质结构特征;综合考虑红石岩堰塞湖的规模、危险性以及溃决损失的严重性,将其风险等级划分为I级的极高危险亚类。（7）全面回顾了红石岩堰塞坝在充分利用既有水利水电资源基础上成功的险情处置过程;使用有限元数值模拟方法,揭示了较缓的坝坡形态特征,级配基本连续、密实度较高、渗透性较低的下部堆积体（Qdel-2）,是红石岩滑坡堰塞坝保持稳定的根本原因;而坝体内部的古滑坡堆积体（Qdel-1）进一步确保了红石岩滑坡堰塞坝在险情处置过程中保持稳定;若防渗墙能有效隔断由于上下游水头差产生的坝体内部流场,则可大幅提升堰塞坝坝坡的渗流稳定性,使其满足改造成综合性水利枢纽工程的基本条件。
关键词：鲁甸地震;斜坡动力响应;软弱基座;高速短程滑坡;滑坡堰塞坝
学科专业：地质工程
摘要
Abstract
第1章 前言
1.1 选题依据及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 同震滑坡空间分布规律研究现状
1.2.2 软弱基座型斜坡失稳机制研究现状
1.2.3 高速滑坡运动机制研究现状
1.2.4 滑坡堰塞坝稳定性及综合治理研究现状
1.3 主要研究内容及创新点
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 论文特色与创新
1.4 技术路线
第2章 鲁甸地震同震地表破裂及其构造指示意义
2.1 区域地震构造环境
2.2 鲁甸地震基本参数与震源机制解
2.2.1 震源机制解
2.2.2 地震烈度长轴方位及PGA空间分布
2.2.3 余震序列重定位
2.2.4 震源破裂过程
2.3 鲁甸地震同震地表破裂空间分布特征概述
2.4 王家坡村北地表破裂带里德尔剪切类型及构造组合形式
2.4.1 里德尔剪切模式简介
2.4.2 王家坡村北地表破裂带里德尔剪切类型
2.4.3 王家坡村北地表破裂带构造平面组合形式
2.4.4 王家坡村北地表破裂带构造剖面组合形式
2.5 走滑双重构造中同震滑坡发育特征及构造启示
2.6 鲁甸地震震源性质及破裂过程探讨
第3章 鲁甸地震同震滑坡空间分布规律及其影响因素敏感性分析
3.1 鲁甸地震同震滑坡详细编目建立
3.1.1 同震滑坡详细编目建立准则
3.1.2 遥感解译标志建立
3.1.3 同震滑坡编目概况
3.1.4 与前人研究成果对比
3.2 鲁甸地震同震滑坡空间分布规律研究
3.2.1 影响因子选择与数据准备
3.2.2 同震滑坡空间分布规律
3.3 基于数学模型的同震滑坡影响因子敏感性分析
3.3.1 证据权模型
3.3.2 影响因子敏感性分析步骤
3.3.3 影响因子权重计算及结果分析
3.3.4 基于ROC曲线的影响因子敏感性分析
3.4 基于力学模型的同震滑坡地震动强度影响因子研究
3.4.1 基于力学原理的简化NEWMARK模型介绍
3.4.2 斜坡静态稳定系数和临界加速度
3.4.3 鲁甸地震同震滑坡危险性评价结果
3.5 鲁甸地震同震滑坡的构造指示意义
第4章 红石岩斜坡失稳机制及动力响应特征研究
4.1 红石岩斜坡工程地质条件
4.1.1 地形地貌
4.1.2 地质构造
4.1.3 地层岩性
4.2 红石岩斜坡失稳机制研究
4.2.1 上硬下软坡体结构
4.2.2 地震累积损伤作用
4.3 红石岩斜坡动力失稳力学机制研究
4.3.1 UDEC离散元法基本原理
4.3.2 模型概化
4.3.3 物理力学参数选取
4.3.4 动力输入
4.3.5 阻尼及边界条件选择
4.3.6 动力失稳准则及结果分析
4.4 小结
第5章 红石岩高速短程滑坡-碎屑流制动机制研究
5.1 红石岩滑坡-碎屑流运动学特征
5.1.1 滑坡运动速度和距离特征
5.1.2 滑坡制动机制研究
5.2 红石岩高速短程滑坡-碎屑流运动全过程分析
5.2.1 DAN3D-FLEX动力学分析软件
5.2.2 红石岩滑坡DAN3D-FLEX动力学分析模型建立
5.2.3 流通区和堆积区不同流变参数对滑坡运动性的影响
5.2.4 运动全过程模拟
5.2.5 堆积体分布特征
5.2.6 速度分布特征
5.3 小结
第6章 红石岩滑坡-堰塞堵江事件风险评估与控制
6.1 滑坡-堰塞堵江事件基本特征及风险评估
6.1.1 堰塞坝几何形态及地质结构特征
6.1.2 堰塞湖流域水文要素特征
6.1.3 基于形态学的堰塞坝稳定性快速评价
6.1.4 堰塞湖风险评估
6.2 堰塞湖溃决险情处置过程
6.3 险情处置过程中坝坡渗流稳定性研究
6.3.1 二维渗流有限元模型建立
6.3.2 渗流稳定性结果分析
6.4 堰塞湖后期整治的必要性和适宜性分析
6.5 小结
结论与展望
研究结论
问题与展望
致谢
参考文献