小南海地震滑坡的成因机制及动力学特性研究

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1856年6月10日,重庆黔江区小南海镇发生61/4级地震。尽管此次地震震级相对较低,震中烈度仅为Ⅷ度,但仍然触发了一系列山体灾害事件,其中位于震中区的小南海地震滑坡规模最大,滑坡总体积6.0×107m3,并表现出典型的高速远程碎块石流特征。滑坡体堵塞小南海沟口,形成著名的“小南海”地震堰塞湖。在软质岩地区,地震烈度仅为Ⅷ度的动力环境下,触发如此规模的滑坡灾害极为罕见。通常此类规模的地震滑坡事件大多发生在10度以上高烈度环境的硬质岩地区。显然,小南海地震滑坡事件是一个特例,必然有其极特殊的成因控制因素。本文在现场地质调查的基础上,采用单轴动循环荷载以及岩石直剪试验﹑UDEC二维离散元数值模拟等技术途径,通过对岩石强度的动力衰减(崩溃)问题﹑岩体崩溃破坏的结构控制因素以及孤立突出地形的动力响应等问题的分析与研究,阐明:1)在小南海地震特定强度的动循环荷载作用下,页岩及泥岩岩石强度的动力衰减(崩溃)特性存在极大的差异。页岩的应力-形变状态基本上处于弹性阶段,未产生宏观量级的变形破坏,其抗剪强度的动力折减不甚明显;“龟裂”结构泥岩的动力响应极为敏感,发生动力崩解而裂离成散体状碎裂岩体。2)孤立的单薄软质岩山体的动力响应十分强烈。坡面浅表层岩体的最大加速度出现在破体上部,坡脚剪出口处水平速度及水平位移响应值最为明显。3)小南海地震滑坡山体具有极为特殊的动力特性及结构控制因素,特别是“龟裂”状泥岩对动力荷载极为敏感,在动力循环荷载作用下极易崩解为碎裂岩块而形成碎块状。对于由软质岩体以及特定的结构控制边界构成的高陡孤立山体,在Ⅷ度动力荷载环境下出现极为强烈的动力响应,使得原已处于较高应力积累状态的坡脚岩体,应力环境进一步恶化,导致该部位缓倾坡外的“龟裂”泥岩层瞬时崩解为碎裂岩块而形成碎块状剪切带,岩体的剪切滑移形式也随之由平面摩擦转变为块体转动摩擦。剪切位移瞬间发生跃变,并造成突发性破坏,剪动位移速度迅速增大。这种极为特别的动力学机理,使得小南海软质岩山体在地震强度并不是十分强烈的情况下,触发了规模巨大高速远程碎屑流滑坡灾害事件。其中,剪切滑移形式瞬间由平面摩擦转为块体转动摩擦,是该特定的软质岩山体溃滑-高速远程运移的成因控制因素的关键所在。笔者将这种特殊的成因机理,称之为孤立山体底部“龟裂”泥岩层的“动力触变崩解”效应。进一步的数值模拟分析成果显示,在Ⅷ度地震荷载作用下,大垮岩及小垮岩孤立山体的溃滑失稳破坏及发展的动力学过程,经历了山体失稳的动力触变启动﹑岩体张裂分离形变-失稳破坏﹑块碎石流远程运移-堆积三个基本阶段。
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