青藏高原东缘滑坡灾害模拟与预测研究

基于不同降雨重现期条件下滑坡稳定性分析结果，采用DAN3D软件（Salvatici et al.，2017）分别对仅有H1复活失稳、H1和后部H2一起整体失稳两种情况下的运动过程进行分析，并预测评价其危险性。

1.建模过程

DAN3D软件是McDougall等（2004）在DAN软件基础上开发而成，将滑体视作等效流体，在拉格朗日坐标系中采用光滑质点流体动力学（SPH）的无网格插值方法，求解结合流体深度的圣维南方程，是一种连续介质力学模型（王国章等，2014），可以较精确地模拟复杂三维地形条件下滑坡的运动过程。与早期的DAN相比，DAN3D能够考虑三维地形对滑坡运动的影响，模拟效果更真实。在建模过程中，首先利用无人机航测1∶2000的地形数据生成数字高程模型（DEM），然后设置滑坡失稳范围和滑体厚度信息。

2.流变模型和参数选取

DAN3D软件提供了多种流变关系模型，包括Frictional、Voellmy和Bingham模型等。已有研究表明（Hungr et al.，1996；Pirulli et al.，2004，2009；齐超等，2012；王国章等，2014），Frictional和Voellmy两种流变模型能较好地反映滑坡运动行为，二者对不同滑体材料、滑坡不同运动阶段的模拟结果有一定差异。Hungr等（1996）认为运动速率和堆积特征受所选模型的影响很大，Voellmy模型比Frictional模型得到的速率小，但堆积体前缘更凸出；齐超等（2012）研究东河口滑坡运动过程时，认为Voellmy模型对滑体运动距离模拟效果较好，适用于碎屑流运动阶段，而Frictional模型得到的运动距离小于实际距离；Pirulli等（2009）模拟意大利Thurwieser岩崩运动过程时，认为Voellmy模型更适合于模拟碎屑流的扩展过程、分布特征及运动速率；Salvatici等（2017）反演意大利Rotolon滑坡在沟谷内转为泥石流运动全过程时，采用Voellmy模型取得了较好的模拟效果。

上窑沟滑坡的滑体物质为粉质黏土夹碎石，其性态和运动行为受降水的影响较大，在强降雨作用下失稳滑入沟道，发生近流态运动。参考前人研究不同滑坡时建立的模型和参数库（王国章等，2014；Hungr et al.，1995，1996；齐超等，2012；Pirulli et al.，2004，2009；Crosta et al.，2006；Sosio et al.，2008；Yin et al.，2016；王磊等，2016）（表7-3），选取Voellmy模型，并选用摩擦系数f=0.1，湍流系数ξ=300m/s2。

表7-3 Voellmy和Frictional流变模型中相关参数统计表

3.滑坡运动过程模拟结果

仅有H1复活失稳、H1和后部H2一起整体失稳的模拟结果分别如图7-6、图7-7所示。由图7-6可知，当仅有局部（H1）复活失稳时，滑体滑入沟中碰撞对岸斜坡发生解体，并向沟道两侧扩散，一部分受拦挡坝的阻挡作用而停积于坝前，一部分越过坝顶以碎屑流的形式顺沟道向下游运动。在t=5.6s时，滑体刚进入沟道，最大速率达到19.13m/s［图7-8（a）］。受拦挡坝阻挡，滑体在坝前运动速率减小，而翻越拦挡坝后，重力势能转化为动能，速率又稍有增加，之后在沟道中运动时速率逐渐减小直至最终停止。滑体运动200s后，堆积体分布范围基本稳定，最远运移距离约350m，前缘未抵达居民区。在运动过程中，堆积体厚度随沟道微地貌而变化，最终呈现出沿中轴线中间厚、两边薄的分布特征，最厚处达9m。

由图7-7可知，当前缘H1和后部滑体H2连续下滑时，经过200s后堆积体分布范围基本稳定，最远运移距离达550m。除在拦挡坝后残留小部分外，滑体一部分堆积在下游沟道中，另一大部分溢出排导槽并向居民区呈扇形散开，堆积体在居民区平均厚度约5m。滑体运动9.9s时，滑体达到最大速率27.09m/s，在冲入沟口居民区后滑体的最大速率达13.84m/s［图7-8（b）］。

4.滑坡危险性预测评价

图7-6 局部复活（H1）失稳运动过程中滑体厚度分布图(www.xing528.com)

图7-7 H1和H2连续复活失稳运动过程中滑体厚度分布图

滑坡危险性预测评价实际上是对触发因素作用下产生滑坡灾害的可能性预判，是结合静态环境因素和动态触发因素进行的危险程度预测。通过分析不同诱发因素重现期条件下滑坡可能滑动范围和失稳概率，综合考虑滑坡堆积体分布范围、堆积厚度和冲击能量等，按滑坡-碎屑流潜在危害程度将滑坡影响区划分为高危险区、中等危险区和低危险区（图7-9）。在20年一遇10天连阴雨条件下，仅有前缘复活部分H1失稳，滑体最终停积在沟道内，对沟口居民区的危险性小；而在100年一遇10天连阴雨时，H1和H2连续发生复活失稳，滑体可以抵达G213国道，直接威胁着沟口附近居民区和公路的安全。滑坡危险程度高的区域为拦挡坝下游的沟道两侧和排导槽首端至G213国道间半径约150m的扇形区，该区滑体堆积厚，冲击能量大；危险程度中等的区域主要分布于滑坡体波及范围内高危险区的外侧，沟口居民区附近的中等危险区主要位于高危险区外围内、外径分别约为150m和200m的环形区域内，堆积体厚度相对较小且冲击能量低；G213国道东侧的大部分范围和距排导槽200m以外的区域遭受滑坡-碎屑流的危险程度低。

图7-8 滑体运动过程最大速率分布图

图7-9 滑坡-碎屑流危险性分区图

值得指出的是，本研究仅考虑了滑坡失稳的两种简单情况，真实的滑坡失稳过程可能更为复杂。在前缘H1失稳后，后续块体的失稳破坏可能在时间上出现间断性和延滞性，如果每次失稳破坏的滑体方量较小，形成灾害的危险性也较小。若在计算过程中去掉前缘H1的支撑作用而仅考虑后部H2失稳后的运动，堆积体的运动速率和分布范围等结果会受到一定影响，但由于前缘H1规模相对较小，对整体评价结果影响不大。

此外，泥石流拦挡坝截留了一部分滑体，同时也降低了滑体的动能，对滑坡-碎屑流灾害链起到一定的抑制作用。因此，有必要及时清理坝前堆积体，以保证足够的储淤空间。针对上窑沟滑坡前缘局部复活的现状，应及时对滑体上的拉裂缝、落水洞进行填土压实，对前缘坡脚适当加固，避免其发生逐级解体后堆积于沟道中。