徐飛飛 周宗志 張少雄

（曹妃甸臨港商務(wù)區(qū)管理委員會(huì)1） 河北唐山 063000唐山市曹妃甸濕地文化旅游度假區(qū)管理委員會(huì)2） 河北唐山 063000石家莊鐵道大學(xué)3） 河北石家莊 050000）

1 前言

我國(guó)是一個(gè)多山，而且山區(qū)地質(zhì)地貌條件相當(dāng)復(fù)雜的國(guó)家，丘陵、山區(qū)和高原的面積占我國(guó)陸地領(lǐng)土面積的 60%以上，大部分屬于有利于自然災(zāi)害形成的地形。近些年來(lái)，隨著公路沿線經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，加之人類的生產(chǎn)、生活對(duì)山體環(huán)境的破壞作用沒有得到重視從而未加控制，山區(qū)的大量開發(fā)，森林與地表植被受到嚴(yán)重破壞導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境日趨惡劣，降水年際變化大，每年都會(huì)產(chǎn)生大量泥石流和滑坡等突發(fā)性自然災(zāi)害[1,2]。例如1981年的成昆線利子依達(dá)溝暴發(fā)了特大型泥石流災(zāi)害，足足84萬(wàn)m3且攜帶著巨石的固體物質(zhì)在短短1h之內(nèi)被沖了出來(lái)，橋墩瞬間被泥石流剪斷，死亡人數(shù)接近360余人，造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2000余萬(wàn)元。后來(lái)為了避開泥石流影響，從而耗費(fèi)2000余萬(wàn)元修建山體隧道，但卻嚴(yán)重影響交通運(yùn)輸[3]。因此需要對(duì)山區(qū)公路沿線泥石流滑坡的活動(dòng)特征進(jìn)行分析，歸結(jié)出滑坡泥石流對(duì)公路的危害程度，然后為山區(qū)公路工程建設(shè)與山區(qū)交通提供安全的保障和科學(xué)的理論依據(jù)。

2 工程概況

本文所研究的案例為公路穿越山體滑坡區(qū)，該山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)較多，其中存在一處舊滑坡體。1981年由于持續(xù)暴雨的作用，該山體曾經(jīng)發(fā)過(guò)生大規(guī)?；瑒?dòng)，對(duì)下游居民和設(shè)施造成了嚴(yán)重的危害。目前擬在滑坡體下游修建一條公路，一旦再次滑動(dòng)，形成的滑坡泥石流會(huì)對(duì)公路造成極大的危害，因此本文對(duì)山體滑坡所形成的泥石流運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行模擬，通過(guò)對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析從而可以了解泥石流運(yùn)動(dòng)對(duì)于公路的影響并加以防治。

該山體滑坡區(qū)位于山頂高程為 1040m，山坡較陡，坡度約 35°，整體坡向 342°，縱向剖面呈直線形，南高北低，橫向上滑體部分低于周圍圍巖高度。圖1為滑坡區(qū)示意圖。

圖1 滑坡區(qū)示意圖

3 模型建立

滑坡泥石流數(shù)值模型由泥石流覆蓋區(qū)和滑坡區(qū)兩部分組成，泥石流覆蓋區(qū)為滑坡體滑動(dòng)覆蓋所形成的泥石流影響破壞的區(qū)域，滑坡區(qū)為初始時(shí)刻滑坡體所處的區(qū)域。模型長(zhǎng)3 000 m、寬2 500 m、高800 m，如圖2所示。滑坡體面積約為1.9×105m2，總體積約4.8×106m3為了較好的擬合滑坡體運(yùn)動(dòng)，本次計(jì)算采用矩形網(wǎng)格對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行劃分，網(wǎng)格大小為30 m×50 m×4 m，網(wǎng)格總數(shù)100萬(wàn)。

圖2 模型范圍圖

4 計(jì)算結(jié)果

在長(zhǎng)期降雨作用下，杜家山土體在發(fā)生滑坡時(shí)，土體含水量達(dá)到飽和，所以土體流動(dòng)性較大，滑坡體粘滯性小。綜合考慮滑坡體的物理力學(xué)參數(shù)和水力學(xué)特性，對(duì)杜家山滑坡體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值分析。

4.1 滑坡體堆積厚度

杜家山山體滑坡運(yùn)動(dòng)初始時(shí)刻（t=0），滑坡體前后緣高差達(dá)到300 m，此時(shí)滑坡體尚未沿滑裂面滑動(dòng)，整體形成了一個(gè)靜止?fàn)顟B(tài)的高勢(shì)能危險(xiǎn)源（圖3）。滑坡體由于失穩(wěn)形成滑坡泥石流，在重力作用下沿地形向下游運(yùn)動(dòng)。滑坡泥石流發(fā)生第7s后，滑坡體前緣到達(dá)對(duì)面山坡坡腳，此時(shí)滑坡前緣龍頭堆積厚度達(dá)到18.5 m（圖4）?；掳l(fā)生18s后，滑坡體前緣部分到達(dá)山谷右側(cè)邊緣，滑坡體龍頭堆積厚度約4.5 m，此時(shí)泥石流堆積厚度最深處位于滑坡體對(duì)面山腳處，此處堆積厚度達(dá)到72 m（圖5）?；掳l(fā)生25s后，滑坡體前緣到達(dá)山谷中心海拔最低處，此時(shí)滑坡體前緣龍頭堆積厚度約為10.8 m，此時(shí)泥石流最深處位于滑坡體初始時(shí)刻正下方，堆積厚度達(dá)到48.3 m（圖6）?；掳l(fā)生約35 s后，滑坡體前緣到達(dá)鐵路線附近，滑坡體龍頭堆積厚度約為5 m（圖7）。

圖3 t=0s滑坡體厚度

圖4 t=7s滑坡體厚度

圖5 t=18s滑坡體厚度

圖6 t=25s滑坡體厚度

圖7 t=35s滑坡體厚度

4.2 滑坡體運(yùn)動(dòng)流動(dòng)速度

杜家山山體滑坡運(yùn)動(dòng)初始時(shí)刻（t=0），速度均為0m/s（圖8），此時(shí)滑坡體處于靜止?fàn)顟B(tài)，整體為高勢(shì)能危險(xiǎn)源。發(fā)生泥石流滑坡后第7s，滑坡體前緣到達(dá)對(duì)面山坡坡腳，滑坡前緣體龍頭流動(dòng)速度達(dá)到64.6m/s左右，此時(shí)泥石流流動(dòng)速度最大處位于滑坡體左側(cè)邊緣即兩山坡之間，最高速度達(dá)到122m/s（圖9）。發(fā)生滑坡后第18s，滑坡體前緣到達(dá)山谷右側(cè)，滑坡體龍頭流動(dòng)速度約為29.8m/s左右，此時(shí)滑坡體流動(dòng)速度最大處位于整個(gè)滑坡體的中部，速度約為70m/s（圖10）?；掳l(fā)生后第25s時(shí)，滑坡體前緣到達(dá)山谷中心海拔最低處，此時(shí)滑坡體前緣龍頭流動(dòng)速度達(dá)到35.6m/s左右，此時(shí)滑坡體流速最大位置位于滑坡體初始位置的坡腳下，最大速度為98m/s（圖11）。滑坡發(fā)生后35s左右，滑坡體前緣到達(dá)鐵路線，滑坡體龍頭流動(dòng)速度約為30.9m/s，泥石流的整體速度基本穩(wěn)定，并無(wú)流速差異很大的點(diǎn)（圖12）?；掳l(fā)生85s左右，此時(shí)滑坡體前緣運(yùn)動(dòng)速度趨近于0，滑坡體龍頭運(yùn)動(dòng)平緩，滑坡體向前緩慢移動(dòng)，滑坡泥石流運(yùn)動(dòng)基本停止向前（圖13）?；掳l(fā)生98s后，滑坡體整體運(yùn)動(dòng)速度接近于0，運(yùn)動(dòng)極為緩慢，堆積狀態(tài)趨于平衡，滑坡泥石流運(yùn)動(dòng)基本停止（圖14）。

圖8 t=0s滑坡體流動(dòng)速度

圖9 t=7s滑坡體流動(dòng)速度

圖10 t=18s滑坡體流動(dòng)速度

圖11 t=25s滑坡體流動(dòng)速度

圖13 t=85s滑坡體流動(dòng)速度

圖12 t=35s滑坡體流動(dòng)速度

圖14 t=98s滑坡體流動(dòng)速度

4.3 泥石流淹沒面積

杜家山山體滑坡運(yùn)動(dòng)初始時(shí)刻（t=0），泥石流覆蓋面積為2.68×105m2，發(fā)生滑坡后第7s，滑坡體前緣到達(dá)對(duì)面山坡坡腳處，滑坡體整體覆蓋范圍達(dá)到3.31×105m2?；掳l(fā)生18s后，滑坡體前緣到達(dá)山谷左側(cè)，滑坡體破壞范圍達(dá)到5.23×105m2。滑坡發(fā)生35 s后，滑坡體前緣到達(dá)鐵路線附近，此時(shí)滑坡體覆蓋范圍達(dá)到7.7×105m2?；掳l(fā)生98 s后，滑坡體整體運(yùn)動(dòng)速度接近0，運(yùn)動(dòng)趨于平緩，堆積狀態(tài)趨于平衡，滑坡體整體向前緩慢蠕動(dòng)，滑坡基本停止，此時(shí)滑坡體整體淹沒范圍約為9.77×105m2。

5 結(jié)論

本文利用數(shù)值模擬方法對(duì)某山體滑坡形成泥石流對(duì)公路的危害進(jìn)行了研究，模擬了泥石流運(yùn)動(dòng)的速度、厚度和覆蓋面積等參數(shù)，得到了山體滑坡泥石流對(duì)公路的危害性大小。主要結(jié)論如下：

（1）滑坡體以黏性泥石流的狀態(tài)向下游運(yùn)動(dòng)，發(fā)生滑坡7 s后，滑坡體達(dá)到對(duì)面山坡坡腳，前緣厚度達(dá)到18.5 m，此時(shí)泥石流的流動(dòng)速度為整個(gè)滑坡體流動(dòng)過(guò)程中的最大值，最大流速達(dá)到了122 m/s。

（2）滑坡發(fā)生18 s后，滑坡體到達(dá)山谷左側(cè)，此時(shí)存在泥石流運(yùn)動(dòng)過(guò)程所達(dá)到的最大堆積厚度為72 m。

（3）滑坡發(fā)生35 s后，滑坡體到達(dá)公路，此時(shí)前緣厚度為5m，前緣的流動(dòng)速度為30.9m/s。

（4）滑坡發(fā)生98 s后，由于自身碰撞和底部摩擦阻力作用的影響，滑坡體運(yùn)動(dòng)處于向前緩慢蠕動(dòng)狀態(tài)，堆積狀態(tài)趨于平衡，滑坡泥石流運(yùn)動(dòng)基本停止。