Analysis of the characteristics and development trends of the “7•5” catastrophic debris flow in Xiangjiao gully, Muli County, Sichuan
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摘要:
2021年7月5日，凉山州木里县项脚沟暴发特大型泥石流灾害。文章通过野外调查和特征参数计算，研究了本次泥石流的形成条件、暴发过程和暴发特征。根据实地考察判断，泥石流主要在森林火灾、短时强降雨和沟道地形条件等因素共同作用下暴发，为暴雨径流冲刷引发的火后泥石流。暴雨形成的洪水冲刷坡面、侵蚀沟道，导致沟道两岸坍塌滑坡，堵溃效应明显，泥石流规模扩大。项脚沟过火面积达74.61%，高烈度火烧区面积达57.98%，泥石流临界降雨强度为77.84 mm/h，累计降雨达141.60 mm。根据泥石流特征参数计算结果，此次泥石流密度范围为1.83～1.93 g/cm3，属黏性泥石流，主沟下游出口流速为7.22 m/s，峰值流量759.08 m3/s。结合雨洪法和形态调查法结果分析，此次泥石流重现周期为百年一遇。结合泥石流发育趋势，文章认为流域仍有可能暴发大型泥石流，提出了上游固坡、中游调控、下游排导的防治建议。
Abstract:On July 5, 2021, a catastrophic debris flow disaster occured in Xiangjiao gully, Muli County, Sichuan Province. This study analyzed the formation conditions, eruption process and eruption characteristics of the debris flow through field investigation and characteristic parameter calculation. Based on the results of on-site inspection, this debris flow was mainly caused by the combined effects of forest fires, short-term heavy rainfall, and channel topography. It was a post-fire debris flow caused by rainfall runoff erosion. The heavy rain caused powerful flood erosion on the slope surface, eroded the channel, led to collapse and landslides on both sides of the channel, and resulted in significant damming effects, which enlarged the scale of the debris flow. The forest fire area in Xiangjiao gully reached 74.61%, and the high-intensity burned area was 57.98%. The critical rainfall intensity for this debris flow was 77.84 mm/h, and the cumulative rainfall was 141.60 mm. According to the calculation results of characteristic parameters, the density of this debris flow was in the range of 1.83 ～1.93 g/cm3, indicating it was a viscous debris flow. The flow velocity at the downstream outlet of the main channel was 7.22 m/s, and the peak flow rate was 759.08 m3/s. Combined with the results of the rainfall-runoff method and the morphology investigation method, the recurrence interval of this debris flow was estimated to be once in a hundred years. Considering the development trend of debris flow, it is believed that there is still a possibility of large-scale debris flow in the basin. Therefore, prevention and control suggestions including slope reinforcement in the upstream, regulation in the middle reach, and drainage in the downstream are proposed.
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0. 引言
我国大部分地区地质构造活动频繁，自然地质作用发育，在西部地震频发，覆土层产生应力集中、破裂、滑动等破坏现象，这些破坏可能会引起土体发生位移，从而可能引发山体滑坡、地滑和地面变形等地质灾害，造成大量的人员伤亡、工期延误以及人工构筑物、设备的极大损失[1 − 5]。虽然在工程上常采取避让措施，但在某些特殊地段，当不能避让或避让成本较高时，是否可以通过其他方法来解决？Bray[6]和Moosavi1等[7]研究发现某些工程坐落在有地表主破裂的断层带上，仍能保证公众安全或震后工程仍能保证基本的使用功能。确定断层附近的沉降大变形、应力，以减少区域的地质灾害是首要工作。保证重大工程的建设安全，使西部大开发得以顺利地推进[8]。
在跨越断层的重大工程中，覆土层的变形、应力会受到多种因素的影响，其中包括不同基岩位错量、不同基岩错动速率、跨越断层角度、不同场地土类型和不同场地土厚度等。针对这些问题，需要在设计和施工中采取相应措施以降低风险。近年来，鲜水河断裂带上地震频发，例如2008年汶川Ms8.0大地震，2013年芦山Ms7.0地震，2022年的泸定Ms6.8地震，发震时闭合蠕动所积蓄的能量在瞬间释放，滑动断层导致上覆土壤位移，使地表破裂并永久变形对人类活动区域的建筑物及管道造成巨大破坏。20世纪70年代相关研究人员进行地震断层对地表破裂的研究。Bray等[9]和Oettle等[9 − 10]研究不同的覆盖土层类型、断层倾角、场地土类型等，这些因素可能是覆土层破裂中的关键参数。研究地震时导致覆土层破裂的关键参数，可以减少地震时对国家、人民以及财产的巨大损失，例如Lin等[11]研究1999年台湾集集地震发现：断层破裂引起的地面永久位移，致该地区的建筑物等结构受损和大量的人员伤亡；地震还对基础设施造成了严重破坏，包括隧道、供水和污水处理设施、电线和管道系统等电力设施，基础设施的破坏严重影响灾区人民的日常生活。
随着研究的深入，研究以3个方面为主：（1）统计分析[12 − 13]，地震断层位移引起土层破坏的原因和特征，利用地震遗迹、地质勘探数据、地震记录和现场调查采样等多种数据，对历史地震进行统计分析。蒋海昆等[14]根据1970年以来中国记录的294次5.0级及以上地震序列资料，发现走滑断层占72%，倾滑断层占28%，反映了中国地震的主要类型是走滑断层。铁瑞等[15]根据1900—2015年6级及以上伴有地表破裂的地震数据，走滑断层所占的比例约占地震总数的一半。（2）试验模拟[16 − 17]，建立试验模型并进行模拟，目的是将试验结果与实际观测数据进行比较分析。例如郭恩栋等[18]开展了正断层和走滑断层位移作用下土层模型的地震模拟振动台断裂位移响应试验。刘守华等[19]利用土工离心机模拟技术研究了上覆土层在地下破裂过程中的行为响应并用4种不同的土壤类型，模拟了基岩位错造成的断裂。（3）数值模拟[20]，数值模拟结果与实际震害资料及试验结果的对比分析说明，有限元方法在分析地表破裂方面具有很强的可行性。Scott等[21]采用二维平面应变有限元方法分析计算了800 m厚的土层在基岩垂直错动下的反应。Taniyama等[22]采用有限元方法和 Drucker-Prager本构模型对逆断层运动引发上覆土层破裂情况进行了模拟。郭恩栋等[23]运用有限元方法和拟静力的基本原理计算了正、逆断层和走滑断层上覆土层的地震断裂状况。李红等[24]运用有限元方法建立三维模型，计算了走滑断层上覆土层的地震破裂宽度。前人的研究，主要用的都是二维模型，三维地质模型研究较少，且在三种断层力学类型中正、逆断层的地表破裂研究较多，走滑型断层相对较少，但据统计在地表破裂的断层地震中走滑断层占比最高，以往的研究重点集中在如何避让活断层、避让距离的确定和覆土层破裂宽度的影响参数等问题，很少有关注覆土层的变形破坏和应力对工程结构敏感性的影响因素。研究走滑断层上覆土层的变形能让人们了解建筑物、构筑物及地下管道在地震中失效、破坏的机理与原因，为分析跨断层的工程结构抗剪切破坏和加固提供理论基础。
综上，本文重点研究不同基岩位错量、不同基岩错动速率、跨越断层角度、不同场地土类型和不同场地土厚度对上覆土层的变形破坏和应力的影响机制，对跨断层工程结构的变形以及抗剪切破坏加固提供技术支撑。
1. 工程地质建模
炉霍断裂带是位于鲜水河断裂带上的一个区域，该断裂位于青藏高原的东部，北起甘孜东谷附近，向南经过炉霍、道孚、康定一线，至石棉县安顺场一带逐渐减弱消失，全长约350 km。是中国地震频发的左旋走滑活动构造带（图1）。鲜水河构造带上地震频发，其中以1967年炉霍朱倭Ms6.8地震、1973年炉霍Ms7.6地震，危害大，造成了严重的人员伤亡和经济损失。
1.1 有限元模型的建立
以炉霍断裂带的基本构造特征建立炉霍地区的断层模型，在建立过程中考虑了有限元分析软件的特点，对实际炉霍段的断裂做出适当的简化以满足ABAQUS软件的分析条件，依据炉霍段的几何特征以及所处的位置，将模型以炉霍断裂为分段点，将其分为南西盘，见图2（a）中左盘，北东盘见图2（a）中右盘，以NE方向45°沿着断裂带的Z轴方向为长，垂直于断裂带的 X轴方向设置为宽，深度方向为Y轴，其中长为6 km、宽为5 km，深1 km，倾角根据以前的研究内容最终取70°, 采用 C3D8R单元类型将模型进行划分，使模型发生扭曲变形时精度不受影响﹐并对覆土层进行网格加密﹐模型总单元数
466488 。图1表示在模拟区域鲜水河断裂带的位置，图2（a）表示ABAQUS软件中模型示意图，图2（b）中，红线表示沿着断裂带走向，即交点C到D为Z轴正方向，黑线表示垂直于断裂带方向的迹线，即交点A到B为X轴正方向，位于断裂带正上方中心位置的交点记作原点0，对于下图所有横坐标的0点均为此交点。图2（c）表示覆土层厚度的局部放大图。三维地质模型的数值模拟中，对模型的本构关系选取十分重要，一般比较准确的土层本构模型有Drucker-Prager本构模型和摩尔-库伦本构模型，经比较后选取摩尔-库伦本构模型。模型中的介质分为上覆土层和基岩，需要知道的介质力学参数包括弹性模量、泊松比、黏聚力和内摩擦角等。计算时参照《构造地质学》和《岩石力学与工程》的参数确定了密度、弹性模量、泊松比、黏聚力和内摩擦角等基本力学参数，具体模拟计算的土体参数如表1所示。
表 1 土体参数Table 1. Soil parameters介质类型 密度/（kg·m−3） 弹性模量/MPa 泊松比 黏聚力/kPa 摩擦角/（°） 基岩 2750 60000 0.28 1200 40 上覆土层 1850 110 0.32 10 37 1.2 边界约束条件
本研究为探明跨断层工程结构的敏感性影响因素，根据鲜水河断裂北西段活动的实际情况，以南西盘作为主动盘，见图2（a）中灰色部分，在断层断活动时起主动作用的盘，相对于北东盘作为被动盘，见图2（a）中红色部分，主动盘运动的方向如图2（a）所示，以左旋运动模拟地震。断层基岩两侧各宽2.5 km，南西边界面与北东边界面均在垂直于该界面的水平方向上施加位移约束，平行于该界面的水平方向自由，北西边界与南东边界自由，底面施加垂向位移约束，上覆土层表面自由。
本研究中有限元模型没有考虑实际地形的高程差异，因研究目标为上覆土层的影响机制﹐故在进行地应力平衡时针对上覆土层进行，充分考虑了上覆土体的地应力平衡。地应力平衡可以使土体中的应力基本保持不变，土的受力特性不受到扰动，在平衡地应力之后上覆层土体的竖向位移降低约在10−10个数量级，大大增加了数值模拟和实际情况的真实度，为重大工程规划选址与优化设计提供可靠的数值分析。
2. 分析和结果
本文重点研究不同工程参数对上覆土层的沉降大变形和应力的破坏机理，为探明断层附近的沉降大变形和应力的影响因素，研究了不同基岩位错量、不同基岩错动速率、跨越断层角度、不同场地土类型和不同场地土厚度对上覆土层的沉降位移和竖向应力的影响机制为相关研究提供参考。对炉霍断裂带的基岩设置不同的错动量分析应力的峰值，峰值位置处更容易出现破坏，其应力云图见图3。但对于重大工程（西气东输管线，川藏铁路工程）我们还需要重点关注可能出现不均匀沉降和应力集中的位置，以减小对工程结构的破坏。分析炉霍断裂带的不均匀沉降和竖直应力的影响，为抗剪切破坏加固提供技术支撑。
2.1 不同基岩位错量的影响
图4表示炉霍段沿着断裂带走向的竖向应力，位于断裂带正上方中心位置的交点记作原点0。图4中不同曲线代表不同基岩位错量。在远离0点两侧（−100～−40 m、30～100 m处）竖向应力变化不明显，不同基岩位错量对应力影响较小，整体约为一条曲线。在0点两侧（−40～30 m处）距离断层较近处，应力变化较为明显，呈现先上升再下降，最后在位于断裂带正上方时竖向应力达到最大值。另外还可以发现随着基岩位错量的增加，竖向应力逐渐增加，例如基岩位错2 m时比0.4 m时的竖向应力增长约10%。
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图 4 炉霍段沿迹线（X轴）的竖向应力Figure 4. Vertical stress along the fault zone in the Luhuo section图5表示炉霍段沿断裂带方向的剪切位移，位于断裂带正上方中心位置的交点记作原点0。图5中不同曲线代表不同基岩位错量。在远离中点方向两侧（−30 ～−20 m、10 ～30 m处）的剪切位移呈现出平行的线性情况，随着基岩位错量的增加，剪切位移也呈线性增加，在−20～10 m处，整体曲线先后出现2个峰值聚集点，且随着基岩位错量的增大，其变化幅度也越大。
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图 5 炉霍段沿断裂带方向（Z轴）的剪切位移Figure 5. Shear stress along the fracture zone in the Luhuo section图6（a）表示垂直于断裂带方向的迹线的沉降位移，图6（b）表示垂直于断裂带方向的迹线的拉张位移，位于断裂带正上方中心位置的交点记作原点0。图6中不同曲线代表不同基岩位错量。图6（a）在远离断裂带的左侧（−100～−10 m处）沉降位移变化不明显，沉降位移呈平行的线性情况，且随基岩位错量的增大，沉降位移也呈现线性增长，位错量每增加0.4 m其相应的沉降位移峰值就增长约6 mm。在断裂带左右两侧（−10～10 m处）距离断层较近处，在断裂带正上方时沉降位移达到峰值。还可以发现随着基岩位错量的增加，沉降位移逐渐增加，但增长幅度逐渐减缓。例如基岩位错2 m时比0.4 m时的沉降位移增长2倍左右。图6（b）在远离0点两侧（−100 ～−20 m、10 ～100 m处）拉张位移变化不明显，拉张位移呈现平行的线性情况，且对于不同基岩位错量拉张位移变化较小。在0点两侧（−20 ～10 m处）距离断层较近处，位于0点左侧5 m处拉张位移达到峰值，随即减小在断裂带正上方时达到第二个峰值，随即快速下降。还可以发现随着基岩位错量的增加，拉张位移在峰值处逐渐增加，但增长幅度逐渐减缓。由此可知对于这种跨断层的重大工程（西气东输管线，川藏铁路工程），基岩的位错量会对覆土层的破裂产生影响，随着基岩位错量的增大，走滑断层引起的位移变形，应力均有着不同幅度的增长。
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图 6 炉霍段沿迹线（X轴）的位移Figure 6. Settlement displacement of the Luhuo section along the fault zone2.2 不同错动速率的影响
图7表示垂直于断裂带方向的迹线上基岩不同错动速率时的竖向应力，位于断裂带正上方中心位置的交点记作原点0。图7中不同曲线代表不同基岩位错量。通过比较可以发现，随着基岩错动速率的增加，竖向应力的最大值逐渐向右偏移3 m左右。
图7 （b）（c）在远离断裂带的左右两侧竖向应力变化不明显，即−100～−30 m处和30～100 m处不同基岩位错量对应力影响较小，整体约为一条曲线。在断裂带左右两侧距离断层较近处，即−30～30 m处，在断裂带的右3 m左右竖向应力达到最大值。
图8为基岩不同错动速率时的沉降位移图，其中0点为断裂带正上方，图8中不同曲线代表不同基岩位错量。通过比较可以发现随着基岩错动速率的增大，沉降位移峰值也随之增大，以基岩错动量2 m时为例，位错速率0.001 m/s时比0.003 m/s时，沉降位移峰值减小约25%。
图8（b）（c）在远离断裂带的左右两侧（−100～−10 m和10～100 m处）沉降位移变化不明显，沉降位移呈现平行的线性情况，且随基岩位错的增大，沉降位移也增大。在断裂带左右两侧（−10～10 m处）距离断层较近处，在位于断裂带正上方时沉降位移达到峰值。随着基岩位错的增加，沉降位移也逐渐增大。例如基岩位错2 m时比0.4 m时的沉降位移增长约2倍。综上所述，对于西气东输管线和川藏铁路等跨断层的重大工程项目，必须特别关注断层附近的区域。在这些区域中，如果发生较大的基岩错动，则会对工程造成更为严重的破坏。
2.3 跨越断层角度的影响
图9为跨越断层时不同角度的竖向应力。其中0点为断裂带正上方，图9中不同曲线代表不同基岩位错量。可以明显地发现跨越断层角度为90°时，见图9（c），其竖直应力的峰值比30°和60°的竖直应力的峰值小30%左右，见图9（a）（b）。
图9（b）（c）在远离断裂带的左右两侧（−100～−30 m处和30～100 m处）竖向应力变化不明显，不同基岩错动量的竖直应力约为一条曲线。在断裂带左右两侧（−30～30 m处）距离断层较近处，应力呈现先上升后下降，最后再上升，在位于断裂带正上方时竖向应力达到峰值。随基岩位错的增大，其竖向应力变化幅度逐渐减小。但是可以明显地发现覆土层选线与断层角度为90°时，见图9（c），其竖直应力的峰值比30°和60°的竖直应力的峰值小30%左右，见图9（a）（b）。
图10为跨越断层时不同角度的沉降位移。其中0点为断裂带正上方，图10中不同曲线代表不同基岩位错量。例如以基岩位错量为2 m时为例，可以发现跨越断层角度为90°时，见图10（c），其沉降位移的峰值只有跨越断层角度为30°和跨越断层角度为60°的沉降位移的1/6左右，见图10（a）（b）。
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图 10 不同角度跨越断层时的竖向位移Figure 10. Settlement displacement at different angles of fault crossing图10（a）（b）在远离断裂带的左右两侧（−100～−15 m处和15～100 m处）沉降位移变化不明显，沉降位移呈现平行的线性情况，且对于不同基岩位错量沉降位移变化不明显。在断裂带左右两侧（−15～15 m处）距离断层较近处，在位于断裂带正上方时沉降位移达到峰值。随基岩位错量的增大，沉降位移也呈现线性增长。
综上，对于这种跨断层的重大工程（西气东输管线，川藏铁路工程）在管道跨越断层时角度以90°为最佳，这一结论和朱秀星等[25]给出的管道跨越断层角度结论一致。
2.4 不同场地土的影响
场地土主要表示处于场地范围中的地基土。土是整个岩石在地球表面经过大气长期风化而形成的，覆盖在地表的破碎、松散或极弱的颗粒堆积。单层土指地表只是存在一种性质的土层，土的类型即为场地土类型。场地类型的分类主要与土体的等效剪切波速有关[26 − 27]。剪切波波速：
$$ {v}_{{\mathrm{s}}}=\sqrt{\frac{E}{2\rho (1+v)}} $$ (1) 式中：${v}_{{\mathrm{s}}} $——剪切波波速；
E——介质的弹性模量；
ρ——密度；
v——泊松比。
本文通过简化方法来对场地土类型进行划分,根据土层等效剪切波速一般可以划分为表2所示的类型。
表 2 土体参数Table 2. Summary of soil parameters土的类型 岩土名称和性状 密度
/（kg·m−3）弹性模量
/MPa泊松比 黏聚力
/kPa摩擦角
/（°）实际剪切
波速/（m·s−1）土层剪切
波速/（m·s−1）坚硬土（岩石） 稳定的岩石，密实的碎石子 2250 1465 0.30 200 30 500 Vs≥500 中硬土 中密、稍密的碎石子，密实、中密的砾、粗、中砂，
fak>200的黏性土和粉土，坚硬黄土2050 650 0.31 100 20 350 500≥Vs>250 中软土 稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂，
fak<200的黏性土和粉土，fak≥130的填土，可塑黄土1850 110 0.32 10 37 150 250≥Vs>140 软弱土 淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的黏性土和
粉土，fak<130的填土，新近堆积黄土和流塑黄土1700 45 0.35 10 25 100 Vs≤140 注：fak为地基承载力特征值。 图11表示垂直于断裂带方向的迹线在不同场地土条件下的竖向应力，位于断裂带正上方中心位置的交点记作原点0。图11中不同曲线代表不同基岩位错量。土体从软弱土过渡到中软土的时候，在断裂带附近的竖向应力有一定的减小。以基岩位错2 m时为例，中软土的竖向应力峰值比软弱土的竖向应力峰值减小了15%左右。随后因土体逐渐变硬，在断裂带正上方的竖向应力峰值也随之增大[28 − 31]。
图11（a）（c）在远离断裂带的左右两侧（−100～−30 m和20～100 m处）竖向应力变化不明显，不同基岩位错量对应力影响较小，整体约为一条曲线。在断裂带左右两侧（−30～20 m处）距离断层较近处，应力变化较为明显，图11（a）经历2次先上升后下降，图11（c）经历2次先下降后上升，但都在位于断裂带正上方时竖向应力达到最大值。另外还可以发现随着位错量的增加，竖向应力逐渐增加。当基岩位错量从0.4 m增至2 m时，竖向应力增长了25%左右。图11（d）在远离断裂带的左右两侧（−100～−20 m和20～100 m处）竖向应力变化不明显，不同基岩位错量对应力影响较小，整体约为一条曲线。在断裂带左右两侧（−20～20 m处）距离断层较近处，在位于断裂带正上方时竖向应力达到峰值。随基岩位错的增大，竖直方向应力也呈现线性增长，位错量每增加0.4 m时其相应的最大应力就增长4 MPa左右[30− 31]。
图12表示垂直于断裂带方向的迹线在不同场地土条件下的沉降位移，位于断裂带正上方中心位置的交点记作原点0。图12中不同曲线代表不同基岩位错量。当土体从软弱土过渡到中软土的时候，在断裂带附近的最大沉降位移降低。以基岩位错2 m为例，中软土比软弱土最大沉降位移降低了4倍左右。土体从中软土过渡到中硬土时，在断裂带附近的最大沉降位移又有所上升，最后随着土体的变硬，其沉降位移再次逐渐下降。
图12（a）（b）（c）在远离断裂带的左右两侧（−100～−10 m和10～100 m处）沉降位移变化不明显，沉降位移呈平行的线性情况，且对某一土体的不同基岩位错量的沉降位移变化幅度较小。在断裂带左右两侧（−10～10 m处）距离断层较近处，沉降位移在断裂带正上方时达到峰值。同时随着基岩位错量的增加沉降位移峰值逐渐增长，但增长幅度逐渐减缓。图12（d）在远离断裂带的左右两侧（−100～−10 m处和10～100 m处）对不同基岩位错量的沉降位移变化不明显，沉降位移都呈平行的线性情况。在断裂带左右两侧（−10～10 m处）距离断层较近处，沉降位移在断裂带正上方时达到峰值。同时随着基岩位错量的增加，沉降位移峰值也呈线性增加，位错量每增加0.4 m时其相应的沉降位移峰值就增长约65 mm。
综上，对于这种跨断层的重大工程（西气东输管线，川藏铁路工程）在跨越不同场地土时，我们需要重点关注软弱的土层，因为软弱土容易出现沉降，且在断层附近应力较大，容易对该位置的工程结构造成破坏。
2.5 场地土厚度的影响
图13表示垂直于断裂带方向的迹线在不同场地土厚度下的竖向应力，位于断裂带正上方中心位置的交点记作原点0。图13中不同曲线代表不同基岩位错量。通过与图11中10 m覆土层厚度相比，可以发现随着覆土层厚度的增加，其最大应力的峰值均有不同程度的下降，其中以坚硬土（岩石）的下降程度最大，下降了约7倍左右，其余场地土下降约2倍左右。
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图 13 覆土层30 m时不同场地土的竖向应力Figure 13. Vertical stress of different site soils at a depth of 30 m图13（a）（b）在远离断裂带的左右两侧（−100～−40 m和40～100 m处）竖向应力变化不明显，不同基岩位错量对应力影响较小，整体约为一条曲线。在断裂带左右两侧（−40～40 m处）距离断层较近处，应力变化较为明显，呈现上下波动，在位于断裂带右方5 m左右竖向应力达到最大值。另外还可以发现随着位错量的增加，竖向应力逐渐增加。
图13（c）在远离断裂带的左右两侧（−100～−40 m和30～100 m处）对不同基岩位错量的竖向应力变化不明显，竖向应力都呈较为平行的情况。在断裂带左右两侧距离断层较近处（−40～30 m处），竖向应力变化较为明显，呈现出一种上下波动的形式，但在位于断裂带正上方时竖向应力达到峰值。
图13（d）在远离断裂带的左右两侧（−100～−30 m和40～100 m处）对不同基岩位错量的竖向应力变化不明显，竖向应力都呈平行的线性情况。在断裂带左右两侧（−30～40 m处）距离断层较近处，竖向应力先下降，在断层左右（−17和17 m处）降到最低点，随即在位于断裂带正上方时竖向应力达到峰值。同时随基岩位错量的增大，其竖向应力变化幅度也增大。
综上，对于这种跨断层的重大工程（西气东输管线，川藏铁路工程）在覆土层较厚时，结构的应力有减少的趋势。
3. 结论
（1）不同场地土条件直接影响走滑断层上覆土层的应力和变形。走滑断层发震错动时，不同场地的覆土层沉降变形和应力的差异较大，以基岩位错量0.4 m时为例，此时中硬土和坚硬土（岩石）相比时，其坚硬土（岩石）的应力更大，但位移却小于中硬土，因为坚硬土（岩石）强度更大，抗剪切破坏能力更强；软弱土比中软土的沉降变形和应力都更大，所以软弱土质更容易出现不均匀沉降并在断层附近形成较大应力，所以跨断层场地类型为软弱土时需进行抗剪切破坏加固。
（2）走滑断层基岩的位错量是影响上覆土层的应力和变形的重要参数。随着基岩位错的增加，地表沉降变形差值逐渐增大，即随基岩位错量的增加该位置的沉降大变形以及剪切破坏更严重；且在基岩位错一定时，随着基岩滑动速率的增大沉降变形和应力略微有所增长。
（3）上覆土层厚度和跨越管道的角度是影响走滑断层上覆土层的应力和变形的关键参数。在同一基岩位错量下，土层厚度与应力成反比；在管道沿断层跨越时，应尽量选择断层呈90°通过，以减少沉降变形和应力的影响。
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图 3 项脚沟泥石流累计降雨数据
Figure 3. The accumulated rainfall data of debris flow in Xiangjiao gully
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图 4 项脚沟流域火烧烈度分布情况
Figure 4. Fire intensity distribution map of debris flow at Xiangjiao gully
表 1 项脚沟泥石流物源统计
Table 1 Statistical table of physical sources of debris flow in Xiangjiao gully
物源类型 总量/（104 m3） 动储量/（104 m3） 坡面侵蚀型物源 520.92 146.68 崩滑型物源 440.22 113.88 沟道堆积型物源 390.24 89.02 合计 1351.39 349.58 
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表 2 泥石流颗粒分布及容重计算表
Table 2 Summary of particle distribution and bulk density of debris flow at Xiangjiao gully
编号 P2/% P0.05/% γd/（g·cm−3） S1 75.3 1.3 1.831 S2 68.4 2.3 1.864 S3 70.5 1.8 1.848 S4 75.0 2.0 1.880 S5 65.3 4.2 1.930 S6 73.8 2.6 1.913
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表 3 泥石流运动特征参数
Table 3 Summary of the movement characteristics parameters of debris flow
名称 Vc/（m·s−1） 1/n Rc/m Ic Sc/m2 Qc/（m3·s−1） D1 7.22 13 2.10 0.115 105.10 759.08 D2 8.17 13 1.51 0.229 13.50 110.28 D3 8.44 13 1.53 0.239 13.93 117.64 D4 7.34 13 1.72 0.155 22.02 161.64 D5 7.32 13 1.70 0.156 28.16 206.09
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表 4 不同重现周期下断面1流量
Table 4 Flow rate at cross-section #1 under different recurrence frequencies
参数 频率/% 0.5 1 2 5 t/h 4.21 4.33 4.48 4.72 n 0.79 0.79 0.79 0.78 s/（mm·h−1） 52.36 48.18 43.78 37.62 ψ 0.90 0.89 0.87 0.85 Dw 2.50 2.30 2.20 2.10 $\gamma_{{\rm{c}}} \text{'} $/（t·m−3） 1.95 1.86 1.78 1.67 φ 1.35 1.10 0.90 0.68 Qw/（m3·s−1） 176.49 157.42 137.72 112.06 Qc/（m3·s−1） 1037.90 760.07 574.25 395.28
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-
[1] STOOF C R,VERVOORT R W,IWEMA J,et al. Hydrological response of a small catchment burned by experimental fire[J]. Hydrology and Earth System Sciences,2012,16(2):267 − 285. DOI: 10.5194/hess-16-267-2012
[2] CANNON S, GARTNER J E, RUPERT M, et al. Emergency assessment of debris-flow hazards from basins burned by the grand prix and old fires of 2003, southern California[J]. U. S. Geological Survey, 2003.
[3] WALL S A,ROERING J J,RENGERS F K. Runoff-initiated post-fire debris flow western Cascades,Oregon[J]. Landslides,2020,17(7):1649 − 1661. DOI: 10.1007/s10346-020-01376-9
[4] 张绍科,胡卸文,王严,等. 四川省冕宁县华岩子沟火后泥石流成灾机理[J]. 中国地质灾害与防治学报,2021,32(5):79 − 85. [ZHANG Shaoke,HU Xiewen,WANG Yan,et al. Disaster mechanism of post-fire debris flow in Huayanzi gully,Mianning County,Sichuan Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2021,32(5):79 − 85. (in Chinese with English abstract) Zhang Shaoke, Hu Xiewen, Wang Yan, et al. Disaster mechanism of post-fire debris flow in Huayanzi gully, Mianning County, Sichuan Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2021, 32（5）: 79-85. （in Chinese with English abstract）
[5] 胡卸文,王严,杨瀛. 火后泥石流成灾特点及研究现状[J]. 工程地质学报,2018,26(6):1562 − 1573. [HU Xiewen,WANG Yan,YANG Ying. Research actuality and evolution mechanism of post-fire debris flow[J]. Journal of Engineering Geology,2018,26(6):1562 − 1573. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.13544/j.cnki.jeg.2018-073 HU Xiewen, WANG Yan, YANG Ying. Research actuality and evolution mechanism of post-fire debris flow[J]. Journal of Engineering Geology, 2018, 26（6）1562-1573（in Chinese with English abstract） DOI: 10.13544/j.cnki.jeg.2018-073
[6] 殷万清,曹希超,胡卸文,等. 木里县项脚沟火后泥石流发育特征及应急处置对策[J]. 地质灾害与环境保护,2021,32(1):12 − 17. [YIN Wanqing,CAO Xichao,HU Xiewen,et al. Development characteristics of post-fire debris flow and emergency response measures in Xiangjiao township,Muli[J]. Journal of Geological Hazards and Environment Preservation,2021,32(1):12 − 17. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.3969/j.issn.1006-4362.2021.01.002 YIN Wanqing, CAO Xichao, HU Xiewen, et al. Development characteristics of post-fire debris flow and emergency response measures in Xiangjiao township, Muli[J]. Journal of Geological Hazards and Environment Preservation, 2021, 32（1）: 12-17. （in Chinese with English abstract） DOI: 10.3969/j.issn.1006-4362.2021.01.002
[7] KEY C H, BENSON N C. Landscape Assessment （LA） Sampling and Analysis Methods[M]. Washington, D.C: USDA Forest Service, 2005.
[8] 王晓莉,王文娟,常禹,等. 基于NBR指数分析大兴安岭呼中森林过火区的林火烈度[J]. 应用生态学报,2013,24(4):967 − 974. [WANG Xiaoli,WANG Wenjuan,CHANG Yu,et al. Fire severity of burnt area in Huzhong forest region of Great Xing’an Mountains,northeast China based on normalized burn ratio analysis[J]. Chinese Journal of Applied Ecology,2013,24(4):967 − 974. (in Chinese with English abstract) WANG Xiaoli, WANG Wenjuan, CHANG Yu, et al. Fire severity of burnt area in Huzhong forest region of Great Xing’an Mountains, Northeast China based on normalized burn ratio analysis[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24（4）: 967-974. （in Chinese with English abstract）
[9] MILLER J D,THODE A E. Quantifying burn severity in a heterogeneous landscape with a relative version of the delta Normalized Burn Ratio (dNBR)[J]. Remote Sensing of Environment,2007,109(1):66 − 80. DOI: 10.1016/j.rse.2006.12.006
[10] 王严,胡卸文,金涛,等. 火后泥石流形成过程的物源启动模式研究[J]. 工程地质学报,2019,27(6):1415 − 1423. [WANG Yan,HU Xiewen,JIN Tao,et al. Material initiation of debris flow generation processes after hillside fires[J]. Journal of Engineering Geology,2019,27(6):1415 − 1423. (in Chinese with English abstract) Wang Yan, Hu Xiewen, Jin Tao, et al. Material initiation of debris flow generation processes after hillside fires[J]. Journal of Engineering Geology, 2019, 27（6）: 1415-1423. （in Chinese with English abstract）
[11] 黄健,胡卸文,金涛,等. 四川西昌 “3•30” 火烧区响水沟火后泥石流成灾机理[J]. 中国地质灾害与防治学报,2022,33(3):15 − 22. [HUANG Jian,HU Xiewen,JIN Tao,et al. Mechanism of the post-fire debris flow of the Xiangshui gully in “3•30” fire area of Xichang,Sichuan Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2022,33(3):15 − 22. (in Chinese with English abstract) HUANG Jian, HU Xiewen, JIN Tao, et al. Mechanism of the post-fire debris flow of the Xiangshui gully in “3·30” fire area of Xichang, Sichuan Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2022, 33（3）15-22（in Chinese with English abstract）
[12] 余斌. 根据泥石流沉积物计算泥石流容重的方法研究[J]. 沉积学报,2008,26(5):789 − 796. [YU Bin. Research on the calculating density by the deposit of debris flows[J]. Acta Sedimentologica Sinica,2008,26(5):789 − 796. (in Chinese) DOI: 10.14027/j.cnki.cjxb.2008.05.024 Yu Bin. Research on the calculating density by the deposit of debris flows[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2008, 26（5）: 789-796. （in Chinese） DOI: 10.14027/j.cnki.cjxb.2008.05.024
[13] 周必凡. 泥石流防治指南[M]. 北京: 科学出版社, 1991 ZHOU Bifan. Guide to debris flow prevention and control[M]. Beijing: Science Press, 1991. （in Chinese）
[14] 中华人民共和国国土资源部. 泥石流灾害防治工程勘查规范: DZ/T 0220—2006[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006 Ministry of Land and Resources of the People's Republic of China. Specification of geological investigation for debris flow stabilization: DZ/T 0220—2006[S]. Beijing: Standards Press of China, 2006. （in Chinese）
[15] 游勇,陈兴长,柳金峰. 四川绵竹清平乡文家沟“8•13”特大泥石流灾害[J]. 灾害学,2011,26(4):68 − 72. [YOU Yong,CHEN Xingchang,LIU Jinfeng. “8•13” extra large debris flow disaster in Wenjia gully of Qingping township,Mianzhu,Sichuan Province[J]. Journal of Catastrophology,2011,26(4):68 − 72. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.3969/j.issn.1000-811X.2011.04.013 You Yong, Chen Xingchang, Liu Jinfeng. “8 · 13” extra large debris flow disaster in Wenjia gully of Qingping township, Mianzhu, Sichuan Province[J]. Journal of Catastrophology, 2011, 26（4）: 68-72. （in Chinese with English abstract） DOI: 10.3969/j.issn.1000-811X.2011.04.013
[16] 丰强,唐川,陈明,等. 汶川震区绵虒镇“8·20”登溪沟泥石流灾害调查与分析[J]. 防灾减灾工程学报,2022,42(1):51 − 59. [FENG Qiang,TANG Chuan,CHEN Ming,et al. Field investigation and research on debris flow on August 20,2019 in Mianshi town,epicenter of Wenchuan earthquake[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(1):51 − 59. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20210220002 FENG Qiang, TANG Chuan, CHEN Ming, et al. Field investigation and research on debris flow on August 20, 2019 in Mianshi town, epicenter of Wenchuan earthquake[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 2022, 42（1）: 51-59. （in Chinese with English abstract） DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20210220002
[17] 王东伟,游勇,李道凌,等. 汶川县绵虒镇板子沟“8•20”大型泥石流堵河特征及危害性预测[J]. 中国地质灾害与防治学报,2022,33(1):58 − 66. [WANG Dongwei,YOU Yong,LI Daoling,et al. The river blockage characteristics of “8•20” large-scale debris flow and the hazard prediction in Banzi gully in Miansi Town,Wenchuan County[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2022,33(1):58 − 66. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2022.01-07 WANG Dongwei, YOU Yong, LI Daoling, et al. The river blockage characteristics of “8·20” large-scale debris flow and the hazard prediction in Banzi gully in Miansi Town, Wenchuan County[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2022, 33（1）: 58-66. （in Chinese with English abstract） DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2022.01-07
[18] DOERR S H,SHAKESBY R A,WALSH PD R,et al. Soil water repellency:Its causes,characteristics and hydro-geomorphological significance[J]. Earth-Science Reviews,2000,51(1/2/3/4):33 − 65.
[19] KEAN J W,STALEY D M,CANNON S H. In situ measurements of post-fire debris flows in southern California:comparisons of the timing and magnitude of 24 debris-flow events with rainfall and soil moisture conditions[J]. Journal of Geophysical Research,2011,116(F4):F04019.
[20] SANTI P M,MORANDI L. Comparison of debris-flow volumes from burned and unburned areas[J]. Landslides,2013,10(6):757 − 769. DOI: 10.1007/s10346-012-0354-4
[21] 铁永波,张宪政,卢佳燕,等. 四川省泸定县Ms6.8级地震地质灾害发育规律与减灾对策[J]. 水文地质工程地质,2022,49(6):1 − 12. [TIE Yongbo,ZHANG Xianzheng,LU Jiayan,et al. Characteristics of geological hazards and it’s mitigations of the Ms6.8 earthquake in Luding County,Sichuan Province[J]. Hydrogeology & Engineering Geology,2022,49(6):1 − 12. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209023 TIE Yongbo, ZHANG Xianzheng, LU Jiayan, et al. Characteristics of geological hazards and it’s mitigations of the Ms6.8 earthquake in Luding County, Sichuan Province[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2022, 49（6）: 1-12.（in Chinese with English abstract） DOI: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209023
[22] 朱渊,余斌,亓星,等. 地形条件对泥石流发育的影响:以岷江流域上游为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版),2014,44(1):268 − 277. [ZHU Yuan,YU Bin,QI Xing,et al. Topographical factors in the formation of gully type debris flows in the upper reaches of Minjiang River[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition),2014,44(1):268 − 277. (in Chinese with English abstract) ZHU Yuan, YU Bin, QI Xing, et al. Topographical factors in the formation of gully type debris flows in the upper reaches of Minjiang River[J]. Journal of Jilin University （Earth Science Edition）, 2014, 44（1）268-277（in Chinese with English abstract）
-
期刊类型引用(18)
1. 黄荣. 无人机倾斜摄影测量技术在地灾监测中的应用. 地下水. 2024(02): 179-181+267 . 
百度学术
2. 黄明. 滑坡地质灾害应急处置技术研究以及防治措施分析. 工程建设与设计. 2024(09): 40-42 . 百度学术
3. 宁剑波. 无人机免像控技术在带状地形测量中的应用. 科学技术创新. 2024(14): 18-22 . 百度学术
4. 何雨健，窦杰，王协康，付永虎，马豪，汪恒. 国内外免像控无人机航测软件在数字滑坡中的应用效果对比——以三峡库区黄土坡滑坡为例. 中国地质灾害与防治学报. 2024(05): 160-173 . 本站查看
5. 颜循英. 无人机航测技术在新农村建设中的应用初探. 南方农机. 2023(03): 158-160 . 百度学术
6. 徐汉超，蔡雨寒. 辽宁省应急测绘系统中高寒型无人机的应用. 水利技术监督. 2023(01): 45-47+63 . 百度学术
7. 向籽佺，刘峰，唐雨婷，王江海，赖佳鑫，张苧尹，刘英. 差异化乡村振兴路径下村域土地利用变化特征及其驱动归因——以重庆市江津区两个村为例. 长江流域资源与环境. 2023(05): 973-984 . 百度学术
8. 强德霞，苟彦梅，张军伟，王嘉. 基于实景三维模型对滑坡进行识别分析——以天水市元龙镇为例. 黑龙江科学. 2023(08): 150-152+155 . 百度学术
9. 刘军，王磊. 基于无人机倾斜摄影的黄土滑坡调查与危险性评价. 水土保持通报. 2023(02): 139-147 . 百度学术
10. 郭琪璇，宋晓芳，杨礼朋. 倾斜摄影测量在地质灾害调查中的应用. 山西煤炭. 2023(01): 72-77 . 百度学术
11. 王承恩. 无人机航测技术在工程测量中的应用探索. 产业创新研究. 2023(18): 112-114 . 百度学术
12. 韩岳麒. 遥感大数据在防灾减灾中的应用. 山西大同大学学报(社会科学版). 2023(05): 148-151 . 百度学术
13. 钱庭青，张迁，徐洪钟，毕港，朱焕. 基于无人机摄像技术的水电工程库区国土空间快速建模及数值分析. 高校地质学报. 2023(06): 902-907 . 百度学术
14. 贾永刚，陈天，李培英，李正辉，胡聪，刘晓磊，单红仙. 海洋地质灾害原位监测技术研究进展. 中国地质灾害与防治学报. 2022(03): 1-14 . 本站查看
15. 邹水宝. 工程测量中无人机航测技术的应用研究. 电子元器件与信息技术. 2022(05): 17-20 . 百度学术
16. 宋杨. 水工环地质技术在地质灾害防治工程中的运用. 世界有色金属. 2022(14): 187-189 . 百度学术
17. 邹馨，刘健，陈晓勇. 无人机倾斜摄影在不动产测量的应用. 北京测绘. 2022(10): 1396-1401 . 百度学术
18. 李一鸣. 城市无人机低空数字测量信息采集方法研究. 中国新技术新产品. 2022(15): 42-44 . 百度学术
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