摘 要：我國新疆地區(qū)地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，莎車縣境內(nèi)滑坡災(zāi)害頻發(fā)，對區(qū)域內(nèi)居民的生產(chǎn)生活造成嚴重影響。該文以新疆維吾爾自治區(qū)莎車縣達木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡為研究對象，首先基于野外實地調(diào)查通過Massflow數(shù)值模擬軟件獲取滑坡啟動機理和運動特征，然后選取核算承災(zāi)體價值法，計算承災(zāi)體現(xiàn)有的價值，得到承災(zāi)體易損性；最后結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害危險性評價及易損性評價方法，共同建立單體地質(zhì)災(zāi)害定量風(fēng)險評價體系。模擬結(jié)果顯示，英巴格村典型滑坡面積較小，整體運動時長約20 s，最大滑動速度約17.03 m/s，對于滑坡前緣區(qū)域的房屋和農(nóng)村道路構(gòu)成直接威脅。在100年一遇風(fēng)險概率下，英巴格村滑坡中風(fēng)險區(qū)域內(nèi)有2棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途均為羊圈；高風(fēng)險區(qū)域內(nèi)威脅公路約73 m，公路等級為鄉(xiāng)道；極高風(fēng)險區(qū)域內(nèi)有1棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途為住宅，威脅村民6人。

關(guān)鍵詞：Massflow；滑坡；運動過程；風(fēng)險評價；模擬分析

中圖分類號：P642.22 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）23-0105-05

Abstract： China's Xinjiang region has complex topography， geomorphology and geological structure， and landslide disasters are frequent in Shache County， which have a serious impact on the production and life of the residents in the region. Taking the landslide in Yimbag Village， Damus Township， Shache County， Xinjiang Autonomous Region as the research object. Firstly， based on the field investigation， the starting mechanism and movement characteristics of the landslide are obtained by Massflow numerical simulation software. Then， the method of calculating the value of the disaster-bearing body is selected to calculate the existing value of the disaster-bearing body， and the vulnerability of the disaster-bearing body is obtained. Finally， based on geological hazard risk assessment and vulnerability assessment methods， a single geological hazard quantitative risk assessment system is established. The simulation showed that the typical landslide in Yimbag Village had a small area， the overall movement duration was about 20 s， and the maximum sliding velocity was about 17.03 m/s， which constituted a direct threat to the houses and rural roads in the area of the leading edge of the landslide. At most once in 100 years， there are two brick-concrete structure houses in the risk area of Yimbag landslide， both of which are used as sheep sheepfolds， the threat highway in the high-risk area is about 73 m and the highway grade is rural road， and there is one brick-concrete structure house in the extremely high-risk area. it is used as a residence and threatens 6 villagers.

Keywords： Massflow; landslide; motion process; risk assessment; simulation analysis

莎車縣位于新疆維吾爾族自治區(qū)喀什地區(qū)，南接昆侖山脈，北接帕米爾高原，地形呈西南高、東北低特點，從西南部山區(qū)到東北部平原地區(qū)可劃分為5個地貌區(qū)：侵蝕剝蝕高山、剝蝕中山低山、洪積礫質(zhì)平原、沖積細土平原和風(fēng)積沙漠[1]。英巴格村位于新疆喀什地區(qū)莎車縣的西南部山區(qū)，該區(qū)域共發(fā)育6處滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患點。斜坡表層巖土體易受到降雨或地震活動影響而發(fā)生崩塌和淺層滑坡。國內(nèi)外學(xué)者從不同角度對滑坡形態(tài)變化及運動過程進行了研究，提出了以下模型：平滑粒子流模型、離散元模型、有限元模型和流體力學(xué)模型。計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展使得數(shù)值模擬技術(shù)得以廣泛運用，對滑坡運動特性的研究提供了重要幫助手段，便于進行更精確的可視化分析。李俊等[2]利用解譯得到的地震波信號參數(shù)，選取Massflow軟件來模擬分析2000年易貢滑坡-碎屑流事件中的3種動力學(xué)過程。宋德光等[3]通過融合遙感技術(shù)、現(xiàn)場調(diào)研、數(shù)值模擬等多種手段，深入研究了四川省瀘定縣環(huán)環(huán)村的滑坡的形成特點、潛在的失穩(wěn)模式以及滑坡-泥石流的運動過程。曹水合等[4]基于現(xiàn)有研究和應(yīng)急勘察成果，對白格滑坡殘留體的特性和發(fā)展趨勢進行細致分析，并采用Massflow軟件對殘留體堵江的可能范圍和高度進行了風(fēng)險評估。徐璐等[5]基于野外實地調(diào)查，運用Massflow對金沙江上游圭利滑坡的失穩(wěn)過程進行了預(yù)測分析，結(jié)果顯示圭利滑坡會堵塞金沙江。王學(xué)良等[6]基于連續(xù)介質(zhì)和非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，采用Massflow和PFC3D 2種方法對尾礦庫潰壩運動特征開展模擬研究。陳聞瀟等[7]提出了一種結(jié)合計算流體力學(xué)軟件OpenFOAM和離散元程序PFC的先進計算方法，用以分析水下滑坡現(xiàn)象。惠航等[8]利用PFC2D軟件對柿子樹坪滑坡的破壞過程和變形特征進行了詳細模擬研究。羅忠行等[9]基于FLAC3D數(shù)值模擬技術(shù)，對比分析整體強度折減法和雙參數(shù)強度折減法下滑坡穩(wěn)定性，結(jié)果表明，雙參數(shù)強度折減法更適用于滑坡治理，安全性較高。

目前，動力學(xué)模擬技術(shù)在滑坡運動過程的研究中已經(jīng)相當成熟，根據(jù)不同巖土體的特性選擇適合的數(shù)值模型進行分析，對于預(yù)測滑坡災(zāi)害和應(yīng)急響應(yīng)具有顯著意義。本研究以達木斯鄉(xiāng)英巴格村的滑坡事件為研究對象，基于野外實地考察和無人機遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合Massflow和ArcGIS軟件構(gòu)建滑坡的三維模型，進行滑坡運動過程的模擬分析，根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果分析滑坡的運動特征與危險性，為后續(xù)提供科學(xué)合理的工程防治措施奠定基礎(chǔ)。

1 滑坡基本特征

莎車縣英巴格村中心坐標為E76°36′26.22″， N37°46′47.58″，面積2.26 km2，距離莎車縣城約200 km。達木斯鄉(xiāng)由于地處特定的地理位置和構(gòu)造環(huán)境，地質(zhì)巖性和地層情況顯得相當復(fù)雜和多變。主要由二疊紀的桑株組中層構(gòu)成，以紅色、灰綠色的砂巖夾雜泥巖為主，具有較為明顯的層理結(jié)構(gòu)。地表覆蓋著第四系的流水沉積物和風(fēng)成沉積物，以風(fēng)成砂和河流沖積物為主，這些沉積物通常呈現(xiàn)出較為松散的結(jié)構(gòu)特點，透水性較好。在巖土體的組成上，以砂質(zhì)土和粉砂土為主，粗粒成分多為次圓形的砂巖碎片，細粒則主要包括細砂和粉土，這些組成的層面間連續(xù)性較好，但在局部區(qū)域可能因受風(fēng)化和侵蝕作用影響，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)疏松和層理不連續(xù)的情況。坡體的淺層部分，約在1～3 m深處，多為風(fēng)成砂和細砂層，含有較少的砂巖碎片；而深層則以較為密實的砂巖和泥巖為主，這部分巖層通常具有較好的承載力和穩(wěn)定性。

2 模型選取

Massflow是一款針對山地災(zāi)害動態(tài)模擬的高效軟件，它采用了基于深度積分的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論。通過將復(fù)雜的三維問題轉(zhuǎn)化為二維計算，顯著提升了數(shù)值模擬的效率，并在山地災(zāi)害動態(tài)演化模擬領(lǐng)域取得了創(chuàng)新成果。通過采用改進的MacCormack-TVD有限差分方法，并結(jié)合質(zhì)量和動量守恒方程，軟件能夠?qū)碌壬降貫?zāi)害中的關(guān)鍵參數(shù)進行準確的模擬。這一過程涉及對Navier-Stokes方程中的物理量在垂直方向上進行積分。Massflow能處理復(fù)雜地形，并且具備二階精度以及能自適應(yīng)求解域的特點，專為山地災(zāi)害動力學(xué)模擬而開發(fā)。該軟件能揭示災(zāi)害動態(tài)隨時間和空間變化的過程，對于災(zāi)害風(fēng)險的定量評估、防災(zāi)措施的規(guī)劃與設(shè)計，以及救援和應(yīng)對策略的制定具有重要意義。已在2017年四川茂縣新磨村[10]和2018年金沙江白格村[11]的滑坡案例中得到了成功應(yīng)用，為科學(xué)防范災(zāi)害決策提供了理論技術(shù)支撐。

式中：h為流體高度，m；u、？淄為x和y方向上的流體速度，m/s；ρ為流體密度，kg/m3；kap為土壓力系數(shù)；g為重力加速度，m/s2；t為時間，s；（τzx）b，（τzy）b為zx方向和zy方向的剪應(yīng)力，Pa。

Massflow軟件主要提供了3種計算模型：Coulomb模型、Manning模型、Voellmy模型，本文采取Coulomb計算模型進行模擬，通過查閱相關(guān)規(guī)范和使用手冊可知，本次模擬達木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡的滑帶物質(zhì)主要為互層狀較堅硬-軟弱碎屑巖體，碎塊石塊徑1～3 cm，含量約55%，呈棱角狀，泥質(zhì)充填，以上數(shù)據(jù)可作為平均摩擦系數(shù)的重要參考。模擬其在最不利情況下，決定達木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡基底平均摩擦系數(shù)采用0.3。

在使用Massflow軟件進行滑坡模擬前，需要獲取地形數(shù)據(jù)、物源數(shù)據(jù)和邊界條件，進行物源滑動面的構(gòu)建。對于當前正在發(fā)生緩慢變形的滑坡，可以通過模擬來預(yù)測滑坡發(fā)生后的影響，具體操作步驟如下。

首先，通過ArcGIS軟件對災(zāi)害發(fā)生前的航拍圖進行處理，得到滑動前的地形數(shù)據(jù)z1；其次根據(jù)無人機航拍和鉆探確定滑面位置，利用ArcGIS處理后，獲得DEM格式的滑后地形數(shù)據(jù)z2，通過計算滑前和滑后地形數(shù)據(jù)之差，可以獲取啟動物源的深度分布數(shù)據(jù)（h=z1-z2）。

然后，將滑前地形數(shù)據(jù)與物源深度相減，就可以計算出整個滑動面的地形數(shù)據(jù)（z=z1-h），利用ArcGIS中的轉(zhuǎn)換工具將地形數(shù)據(jù)z與物源厚度h轉(zhuǎn)換成ASCII格式。

最后，將h與z導(dǎo)入Massflow軟件模型中完成建模計算。

再將模擬結(jié)果導(dǎo)入ArcGIS軟件中進行成果可視化分析。該數(shù)值計算過程有效地結(jié)合了地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)和數(shù)值模擬軟件，具有精確性和直觀性?；聰?shù)值模擬計算模型采用5 m的正方形網(wǎng)格（圖1）。

3 滑坡模擬結(jié)果分析及危險性分區(qū)

通過數(shù)值計算對達木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡在其最不利情況下進行模擬，得到了數(shù)值模擬結(jié)果，分別為T=5 s，10 s，15 s，20 s時的滑坡體模擬堆積情況和運動速度，如圖2、圖3所示。根據(jù)模擬結(jié)果顯示，滑坡體土層較厚，坡度較陡，整體呈圈椅狀，滑坡失穩(wěn)時，從后緣開始發(fā)生較大變形破壞，逐漸向前緣推移，直至整體破壞。當滑坡發(fā)生T=5 s時，后緣斜坡物源迅速向下滑動至居民集中居住區(qū)域，最大速度為17.0 m/s，累計滑動距離約為13 m，計算平均速度約為2.6 m/s，滑坡前緣少量物質(zhì)以較大的速度向下部溝道滑動；T=10 s時，由于滑坡土層厚度較大，部分物質(zhì)在滑坡中部即停止滑動、開始堆積，部分物質(zhì)達到滑坡底部堆積處，底部堆積厚度約為6.70 m，2個堆積區(qū)速度明顯降低，后緣累計滑動距離約為30 m，平均速度約為3 m/s，而滑體在滑坡前緣溝道中的最大速度達到了15.9 m/s；T=15 s時，圈椅狀內(nèi)滑坡各區(qū)域基本達到穩(wěn)定堆積狀態(tài)，最大堆積區(qū)位于滑坡底部，堆積厚度約為6.74 m，滑坡前緣少量物質(zhì)仍然保持較大速度在溝道中運動；T=20 s時，滑坡整體停止運動，由于滑坡方量較大，滑坡在斜坡坡體以及溝道中都有較厚堆積，堆積區(qū)厚度約為6.02 m。

基于MassFlow數(shù)值模擬下的滑坡運動特征分析，結(jié)合野外調(diào)查驗證，以滑體的沖擊力為標準，將滑坡危險性分為極高、高、中、低4級，得到達木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡危險性區(qū)劃圖（圖4）。

4 英巴格村滑坡易損性評價及風(fēng)險性評價

根據(jù)滑坡分布范圍內(nèi)承災(zāi)體分布情況，在Arcgis中建立的達木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡承災(zāi)體屬性數(shù)據(jù)庫。達木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡發(fā)育于斜坡中部，滑坡威脅范圍內(nèi)共有村民1戶6人，0～18歲范圍內(nèi)2人，19～60歲范圍內(nèi)4人；區(qū)域內(nèi)房屋共3棟，均為磚混結(jié)構(gòu)，其中1棟用途為住宅，其余2棟為羊圈；滑坡區(qū)域還包括1條公路，威脅公路約73 m，公路等級為鄉(xiāng)道。達木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡易損性評價結(jié)果如圖5所示。

結(jié)合Arcgis空間分析功能，對前文所求得的危險性評價圖和易損性評價圖進行空間疊加分析，得到達木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡風(fēng)險評價圖。根據(jù)單體地質(zhì)災(zāi)害危險評價結(jié)果，結(jié)合工作區(qū)實際情況，對各地質(zhì)災(zāi)害點危險范圍內(nèi)進行風(fēng)險區(qū)劃，將其劃分為極高風(fēng)險區(qū)、高風(fēng)險區(qū)、中風(fēng)險區(qū)、低風(fēng)險區(qū)，其中極高風(fēng)險區(qū)表示該地區(qū)人口財產(chǎn)分布集中，各種土地極容易遭受嚴重損失，嚴重威脅居民的生命安全，基礎(chǔ)設(shè)施、生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟活動受到嚴重影響。高風(fēng)險區(qū)表示該區(qū)內(nèi)各類承災(zāi)體很容易遭受災(zāi)害，造成較嚴重的損失，威脅居民的生命安全。中風(fēng)險區(qū)表示各類承災(zāi)體部分遭受損失，威脅到居民的日常生活，基礎(chǔ)設(shè)施、生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟活動受到一定程度的影響。低風(fēng)險區(qū)表示該區(qū)內(nèi)幾乎沒有居民活動和建筑分布，基礎(chǔ)設(shè)施、社會經(jīng)濟活動受到影響不大（圖6）。

在20年一遇風(fēng)險概率下，英巴格村滑坡低風(fēng)險區(qū)域內(nèi)有2棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途均為羊圈；中風(fēng)險區(qū)域內(nèi)有1棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途為住宅，威脅村民6人以及威脅公路約73 m，公路等級為鄉(xiāng)道。在50年一遇風(fēng)險概率下，英巴格村滑坡低風(fēng)險區(qū)域內(nèi)有2棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途均為羊圈；中風(fēng)險區(qū)域內(nèi)威脅公路約73 m，公路等級為鄉(xiāng)道；高風(fēng)險區(qū)域內(nèi)有1棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途為住宅，威脅村民6人。在100年一遇風(fēng)險概率下，英巴格村滑坡低風(fēng)險區(qū)域內(nèi)無威脅承災(zāi)體；中風(fēng)險區(qū)域內(nèi)有2棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途均為羊圈；高風(fēng)險區(qū)域內(nèi)威脅公路約73 m，公路等級為鄉(xiāng)道；極高風(fēng)險區(qū)域內(nèi)有1棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途為住宅，威脅村民6人。

5 結(jié)論

本文通過Massflow對英巴格村滑坡運動全過程進行模擬，結(jié)合Arcgis軟件對滑坡風(fēng)險性進行預(yù)測分析，結(jié)論如下。

1）通過Massflow 軟件平臺完成了英巴格村滑坡運動過程的預(yù)測模擬，結(jié)果表明，滑坡整體滑動持續(xù)時間約20 s，最大滑動速度約17.03 m/s，最大堆積厚度約6.74 m，后緣累計滑動距離約為30 m。

2）根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果對滑坡分布范圍內(nèi)承災(zāi)體類進行分類，再疊加危險性評價圖得到英巴格村滑坡風(fēng)險評價結(jié)果。為后續(xù)滑坡災(zāi)害防治提供理論分析指導(dǎo)。同時建議編制相應(yīng)應(yīng)急救援行動方案，保障受災(zāi)群眾的人身安全，減少因災(zāi)傷亡人數(shù)。

參考文獻：

[1] 韓民賽，杜江巖，付建波，等.基于層次分析——熵值定權(quán)法的莎車縣崩塌災(zāi)害易發(fā)性評價[J].新疆地質(zhì)，2023，41（4）：586-590.

[2] 李俊，陳寧生，趙苑迪.基于地震波解譯的2000年易貢滑坡-碎屑流動力學(xué)過程分析[J].水利水電技術(shù)，2018，49（10）：142-149.

[3] 宋德光，吳瑞安，馬德芹，等.四川瀘定昔格達組滑坡災(zāi)害運動過程模擬分析[J].地質(zhì)通報，2023，42（12）：2185-2197.

[4] 曹水合，吳新明，鐘東.基于Massflow的金沙江白格滑坡數(shù)值模擬及堵江風(fēng)險預(yù)測[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護，2021，32（4）：3-7.

[5] 徐璐，常鳴，武彬彬，等.金沙江上游圭利滑坡發(fā)育特征及運動過程分析[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報，2023，43（4）：845-853.

[6] 王學(xué)良，孫娟娟，周書，等.尾礦庫潰壩運動特征模擬研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2019，27（1）：144-151.

[7] 陳聞瀟，石崇，單治鋼，等.基于OpenFOAM與PFC耦合方法的水下滑坡數(shù)值模擬研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2021，29（6）：1823-1830.

[8] 惠航，劉鋒，馮兵，等.基于PFC2D的柿子樹坪滑坡變形特征模擬研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2023，23（3）：973-981.

[9] 羅忠行，雷宏權(quán).基于FLAC3D的米貝復(fù)式滑坡穩(wěn)定性分析[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2020，31（4）：52-62.

[10] SCARINGI G， FAN X， XU Q， et al. Some considerations on the use of numerical methods to simulate past landslides and possible new failures： the case of the recent Xinmo landslide（Sichuan， China）[J].Landslides，2018，15（7）：1359-1375.

[11] OUYANG C， AN H， ZHOU S， et al. Insights from the failure and dynamic characteristics of two sequential landslides at Baige village along the Jinsha River， China[J].Landslides，2019，16（7）：1397-1414.

第一作者簡介：向蘭蘭（1998-），女，碩士研究生。研究方向為地質(zhì)災(zāi)害防治。