您的位置:首页

详情

创新重大地质灾害早期识别理论 服务西南山区城镇防灾减灾工作——中国地质科学院地质力学研究所成果

2017-04-28

我国西南岩溶山区经长期强烈构造运动与河流侵蚀,山体呈现出中上部厚层-巨厚层碳酸盐岩地层陡峭,下部页岩、泥岩地层平缓的“靴状”地貌形态,加之下部煤层、铝土矿层等的开采,成为我国大型层状岩质崩滑灾害的高发区。在国家科技及国土资源主管部门多年支持下,中国地质科学院地质力学研究所开展了重庆武隆-南川地区地质灾害成灾机理与防治研究,瞄准重大灾害减灾目标,持续进行了特大岩质滑坡减灾防灾关键支撑技术研究与推广,取得多项理论与技术创新。

岩溶山区特大崩滑灾害不仅体积大,地层结构复杂,地质模型难以概化,而且早期识别与监测预警能力不足,缺乏灾害孕育形成与启动力学机制研究,加之后期破坏动力过程复杂,导致空间预测难度大,群死群伤事件时有发生。该项目开展西南碳酸盐岩山区重大崩滑地质灾害关键科学问题的研究工作,总体思路是从重大地质灾害中提炼关键科技问题和开发新技术,然后将新理论和新技术应用于重大工程实践。

一、提出两项地质灾害新发现,揭示了岩溶山区地质灾害发育的内在规律和特征

1.乌江流域中下游地区以北北东向的断裂和褶皱构造为主,地层中多含平行不整合接触面,是该区域地质灾害发育的控制性因素,大型岩质滑坡灾害易发于褶皱两翼,核部则以崩塌为主。

2.建立了层状岩质崩滑灾害失稳地质模型。提出了3类碎屑岩层状岩体斜坡与5类碳酸盐岩层状岩体斜坡的失稳模式。

二、发现岩溶山区大型岩质滑坡碳质页岩软弱夹层,提出了软弱夹层演化发展阶段,从矿物学、力学和物理化学方面系统解释了软弱夹层的演化机制与灾害关系

1.发现了碳质页岩软弱夹层和溶蚀结构面对大型岩溶山体滑坡的控滑效应,分析了软弱夹层的形成演化过程,研究了溶蚀结构面的强度特性。

2.提出了软弱夹层原生软岩→层间剪切带→滑带的三个演化阶段,从多学科角度揭示了受软弱夹层控制的滑坡演化机制。

3.获取了软弱夹层各演化阶段的力学参数,建立了适合软弱夹层各演化阶段的非线性损伤流变力学模型。

4.建立了溶蚀岩块概念模型,利用直剪模拟试验获取了溶蚀岩块力学参数,定量评价溶蚀对岩块强度及溶蚀带控制山体斜坡稳定性的影响。

三、建立岩溶山区3类特大崩滑灾害新型失稳破坏模式,创新高速远程滑坡-碎屑流边界层效应研究方法,提出特大滑坡早期识别与稳定计算分析方法

1.建立了近水平高陡溶蚀山体“坡脚压裂-整体溃屈-高速远程碎屑流”的失稳破坏力学模型,提出了新型稳定性计算方法和早期识别指标。

2.建立了斜倾厚层灰岩山体“后缘块体驱动-前缘关键块体剪断”的视倾向滑动地质力学模型,提出了三维稳定性计算解析模型和早期识别指标。基于关键块体控制理论建立滑坡三维稳定性极限平衡解析方法,以关键块体的安全系数代表滑坡的安全系数合理可靠。

3.建立地下采空诱发陡倾层状横向斜坡“弯曲变形-滑移剪出”的地质力学模型,提出三维稳定性计算解析模型和早期识别指标。考虑层状岩质斜坡的三维受力状态,进行三维力系的简化与等效,提出了考虑三维受力的倾倒分析方法,分析结果更符合实际情况。

4.提出了峡谷区高速远程岩质滑坡的短暂飞行-碰撞碎裂-裹挟铲刮-流动堆积4个运动过程,创新了高速远程滑坡运动过程运动力学模型和分析方法。

四、创新复杂山区地质灾害监测测量技术理论与方法,形成区域大范围地质灾害动态遥感调查与识别新技术方法

1.探索机载激光雷达技术在复杂地质环境条件下进行基础调查测量、DEM模型、等高线生成等难点技术,拓展了机载激光雷达技术在复杂山区特大地质灾害早期调查、排查与识别工作中的适用性。

2.实现三维激光扫描在高陡危岩(≥150m)的形变监测,获取大范围高分辨率的海量数据,形成点、线、面的监测技术方法。

3.建立了基于高相干InSAR技术在复杂地质环境下特大地质灾害识别应用的方法和数据处理流程,创新了人工角反射器(CR)-InSAR数据处理算法和数据处理流程。推广多源SAR数据和多类InSAR技术在大范围地质灾害调查与识别中的应用,并成功识别出武隆县20余处地质灾害隐患点。

4.建立了GPS和气象信息远程动态监测系统、硬件设备、处理软件和网站信息发布系统。

五、提出基于运动学的崩滑灾害危险区划方法,建立岩溶山区城镇监测预警示范区,为山区城镇规划地质环境安全评估提供技术支撑

建立岩溶山区特大地质灾害监测示范区,实现从野外观测、数据采集、数据传输和解算分析的全自动化,可实时、高精度地获取危岩体的三维变形信息并快速准确对危岩体的变形情况进行判断和预报。提出了基于失稳模式和高速远程滑坡-碎屑流运动过程的危险性评价方法,实现灾害体运动速度、铲刮区分布和堆积体分布特征的定量化分析和评价。

项目依托国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室,在乌江流域、成渝城市群、三峡库区等部署开展了一系列公益性地质灾害调查与科学研究工作,结合长安大学、重庆市地质矿产勘查开发局107地质队、上海交通大学、中国地质环境监测院等国内优势团队,与国内外先进研究机构积极合作,为新形势下的地质灾害防灾减灾提供科技支撑,实际践行科技创新工作。

该项目研究成果已出版学术专著1部、学术论文30余篇,培养硕士博士研究生12名。本项目拥有一支具有国际先进水平、理论基础扎实、实际经验丰富的以青年科学家为骨干、老中青相结合的地质灾害科研攻关队伍,拥有博士学位和硕士学位的技术人员占总人数的70%。研究团队掌握国内外地质灾害成因机理和风险评价研究的学术前沿,具有自主创新能力,在特大岩质崩滑灾害调查、监测预警、早期识别、防治关键技术方面具有很好的科研水平,获得国家科技进步二等奖2项、省部级科技进步奖4项等,参与编写地质灾害相关的规范、规程4部,依托项目形成了重要的人才基础。研究团队长期与高等院校、生产单位和其他科研单位开展合作研究,承担并完成“十一五”“十二五”等国家科技支撑计划项目和自然科学基金、行业专项等多项科技攻关项目,为国家经济建设及防灾减灾作出了贡献,推动了我国地质灾害研究领域的科技进步。