震后物源起动机制数值模拟分析研究进展

(西南科技大学土木工程与建筑学院 四川 绵阳 621010)

前言

物源作为泥石流产生的三个必要条件之一，是泥石流的重要组成部分。汶川极震区山高坡陡、地质环境脆弱，同震崩滑地质灾害大量补给震区泥石流沟道物源，受地震波影响，震区出现大量震裂山体及震散坡面物源，极震区泥石流物源动储量剧增导致震后大规模群发性泥石流灾害频发，造成严重后果。震后泥石流起动机制研究对震区次生泥石流灾害预警预报具有重要意义，随着计算模型的发展，数值模拟分析成为研究极震区次生泥石流启动机制的重要手段。本文通过收集相关研究进展与理论成果，总结震后泥石流物源起动机制数值模拟分析研究进展，为震区泥石流灾害防治提供参考。

一、现状与进展

汶川震后，不少学者通过野外调查，在明确震区物源分布特征及规模的基础上开展数值模拟分析，研究强震区泥石流物源起动-运移-堆积所包含的动力学过程，并取得一定的成果。(表1)

表1 代表性强震区泥石流物源起动机制数值分析

从模拟对象来看，部分学者选择震区泥石流沟域堰塞体为研究对象[1]；也有部分学者以震区典型“急陡型[2]”和“宽缓型[3]”泥石流沟道作为研究对象，此外，多数学者以源区崩滑物源为研究对象[4]。从研究内容来看，对于沟道类物源，目前研究主要集中在泥石流沟床侵蚀起动机制及堰塞体堵溃放大效应两个方面，对于源区崩滑类物源，目前研究主要集中滑坡物源起动-运移-堆积过程所包含的动力学特征及沿程刮铲效应两个方面。

从主要研究结论来看，唐川[1]的研究结果表明沟道堰塞体溃决导致泥石流冲出量激增；陈明[2]认为沟道狭窄、纵坡降大及“消防管”效应是“急陡”沟道型泥石流冲淤能量大，刮铲效应显著的主要原因；此外，韩玫[3]等认为岸坡侧蚀失稳、沟床侵蚀下切是“宽缓”沟道型泥石流物源的主要补给方式；同时，流域内大量分布高位震裂物源在降雨作用下失稳起动大量进入沟道形成滑坡坝或崩滑堆积体，为沟道型泥石流提供了大量潜在来源[4-5]。

从计算模型(程序)来看，对于沟道类物源，主要使用二维数值模型FLO-2D模拟分析其起动过程所包含的动力学特征；对于崩滑类物源，主要使用DAN3D软件起动-运移-堆积过程进行模拟，包括刮铲效应、堆积特征等；此外，对于震裂山体一类岩质物源，常利用FLAC软件进行降雨条件下岩质边坡稳定性分析；对于具有散粒体基本特征的一类松散堆积物源，常利用颗粒流程序PFC进行堆积松散物源起动过程模拟。

二、展望与建议

泥石流起动数值模拟分析作为室内模型试验的重要补充，能更加全面的分析物源起动过程所包含的复杂动力学特征，但目前的研究现状来看，数值模拟分析应进一步考虑物源起动-运移-堆积过程中的侵蚀与挟带效应的影响；同时，在进行区域泥石流运动过程动力学特征模拟时，应进一步提高地形建模的精度。

三、结语

极震区震后泥石流起动机制研究对震后次生泥石流灾害防治具有重要意义，数值模拟分析能根据研究对象的物质组成、本构关系选择合适的计算模型及计算方法，极大地推动了震后泥石流灾害研究进展，未来应注重数值分析计算模型的相似性研究，提高模拟结果的准确性。