第39卷第4期
2020年8月
中国岩溶
Vol.39No.4
Aug.
2020
CARSOLOGICA
SINICA
贵州水城“7.23”高位远程滑坡冲击铲刮效应分析
高浩源1，高杨2，贺凯2，3，李滨1，2
，
赵志男1，陈立川4，王永甫4
（1.长安大学地质工程与测绘学院，西安710054；2.中国地质科学院地质力学研究所新构造运动与地质灾害重点实验室，北京100081；3.中国地质调查局，北京100037；4.重
庆市地质灾害自动化监测工程技术研究中心，重庆401120）
摘
要：以2019年贵州水城“7.23”滑坡为例，采用现场调查、无人机航测和数值模拟技术，分析了滑
坡的运动过程和冲击铲刮特征，结果表明：（1）水城“7.23”滑坡属典型的高位远程滑坡，滑体高位启动后冲击下方凸起山脊，铲刮地表残坡积土层，并解体形成碎屑流，最大铲刮深度可达11m ；（2）模拟结果显示，滑坡运动最大速度为30m ∙s -1，最大动能达8900kJ ，铲刮体积达46×104m 3，最终体积为116×104m 3，灾害放大效应明显；（3）水城滑坡的冲击铲刮过程可分为冲击嵌入→剪切推覆→裹挟混合三个阶段。
关键词：高位远程滑坡；动力学机制；冲击铲刮效应；数值模拟中图分类号:P642.22
文献标识码:A
文章编号:1001-4810（2020）04-0535-12
开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：
0引言
2019年7月23日，中国贵州省水城县发生一起
特大滑坡灾害，导致21栋房屋被摧毁，77人被掩埋，51人遇难，滑体体积为70×104m 3，
滑动距离为1360m ，前后缘高差430m ，等效摩擦角为19°，是典型的高位远程滑坡［1-2］。高位滑坡通常是指滑体从高陡山体剪出后凌空加速坠落，运动过程中发生破碎解体和冲击铲刮效应，继而转化为碎屑流或泥石流，呈现高速、远距离的运动堆积特征［1-2］。其中滑坡的冲击铲刮效应不仅导致滑坡碎裂解体，铲刮运动路径上的岩土体，增加体积，而且会增大滑坡成灾范围和堆积规模，加大滑坡的破坏程度和灾后救援难度［1-4］。
中国西南山区已发生的高位滑坡多伴有铲刮效应的出现，铲刮体积可达滑体体积的0.15～1.5倍，例如，2009年重庆武隆鸡尾山滑坡，铲刮体积为76×
104m 3，
是原有滑体体积的0.15倍；2013年四川都江堰三溪村滑坡，铲刮体积11.9×104m 3，
是原有滑体体积的0.4倍；2013年云南镇雄滑坡，铲刮体积30×
104m 3，是原有滑体体积的1.5倍；2017年贵州纳雍普
洒滑坡，铲刮体积31×104m 3，是原有滑体体积的0.6倍［5-9］。关于冲击铲刮效应问题，早在20世纪初，Sti⁃
ny 和Heim 教授就提出大型滑坡运动中对底部岩土体存在一定的动力侵蚀效应，通常发生在滑坡的前缘
和侧缘，像“耕犁”铲动周围岩土体，会导致滑体体积增加，运动特性改变，其在滑坡运动堆积过程中扮演着重要角色［10-13］。此后，
国内外学者在动力侵蚀理论方面开展了大量研究，尤其是对铲刮地质模型方面，Bouchut 提出了铲刮过程的一维地质数学模型，将运动过程中的物质材料分成了两层，两层物质之间在
铲刮效应下会发生质量交换和能量传递［14］。Iverson 提出了铲刮过程的三层地质模型，并采用流体力学方法进行定量计算［15-16］。殷跃平［17］阐明了铲刮效应
高浩源，高杨，贺凯，等.贵州水城“7.23”高位远程滑坡冲击铲刮效应分析［J ］.中国岩溶，2020，39（4）：535-546.DOI ：10.11932/karst20200409
基金项目：国家重点研发计划项目(2018YFC1504806)；国家自然科学青年基金(41907257)
第一作者简介：高浩源（1995-），男，硕士，主要从事工程地质与地质灾害研究工作。E -mail ：****************。通信作者：贺凯（1986-），男，博士，主要从事地质灾害等方面的研究工作。E -mail ：*****************。收稿日期：
2020-05-10
中国岩溶2020年
对滑坡运动状态改变的重要性。随着研究的进一步深入，大量专家学者从基础理论、模型试验和数值
模拟方法方面开展了相关研究［18-25］。数值模拟已成为目前研究高位远程滑坡冲击铲刮动力学的行之有效的方法之一，尤其是Hungr 和McDougall 基于铲刮率的等效流体分析理论研发了DAN3D 软件，并成功对加拿大的Frank 、Nomash River 和Zymoetz River 等滑坡的过程进行了反演，其成为了滑坡动力学分析的高效方法［26-28］。由此可见，
高位远程滑坡的冲击铲刮效应是滑坡后破坏动力学研究的重点问题。因此，本文在贵州省六盘水市水城“7.23”滑坡现场调查、无人机遥感影像分析和数值模拟的基础上，研究了该滑坡的运动过程、冲击铲刮效应和破坏特征，提出了滑坡冲击铲刮的概化模式，以期为深入认识西南高位远程滑坡成灾模式和破坏特征提供科学参考。
1水城滑坡地质环境条件
贵州水城“7.23”滑坡属构造侵蚀、剥蚀中山地
貌，地形总体呈现西北高东南低；滑坡后缘山体最高海拔为2050m ，前缘沟谷处海拔为1100m ，相对高
差超过900m ，区域地形起伏大；形态近“长筒靴”状，受北西—南东山体走向控制，南侧受山体阻挡，北东侧单面临空，坡向为17°，坡度为30°；山体表面发育多条冲沟，滑体失稳下滑后，沿运动路径中N5°E 和N34°E 两条冲沟滑动，并在前缘沿东西向沟谷内汇合
堆积（图1）。
滑坡区域内出露的岩性由新到老依次为：第四纪残坡积的沙砾和黏土，厚度为3～6m ；三叠系嘉陵江组（T 1-2j 1-3）浅灰色泥灰岩，飞仙关组（T 1f 1-4）紫红色粉砂质泥岩；二叠系宣威组（P 3x 1-3）的灰黄色砂岩和粉砂岩，二叠系峨眉山玄武岩（P 2-3em 1-2）的深灰色玄武质熔岩集块岩和火山集块岩，表层风化强烈，岩体
较为破碎。
滑坡发生前一个月，累计降雨量达371.9mm ，是往年该月平均降雨量的1.6倍，最大日降雨量发生在7月12日，为83mm ∙d -1。滑坡发生前一周（7月17日-23日）降雨较为密集，累计降雨量达到153.7mm ，7
月18日14点出现最大小时降雨量，为26.3mm·h -1。
统计和分析降雨数据认为前期强降雨和短时强降雨
可能是滑坡失稳的主要诱发因素。
a.
滑坡区地质简图
b.滑坡区平面图
图1
贵州水城“7.23”滑坡地质及地形简图
Fig.1
Geological and topographic map of "7.23"landslide in Shuicheng,Guizhou
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第39卷第4期高浩源等：贵州水城“7.23”高位远程滑坡冲击铲刮效应分析
2
滑坡失稳运动特征
2.1
滑坡基本特征
2019年7月20日-23日之间持续的强降雨，使得
大量雨水沿岩体裂隙结构面入渗，加速滑坡失稳破坏。滑坡滑源区70×104m 3滑体失稳后，
其中50×104m 3滑体沿N17°E 方向高位剪出，20×104m 3滑体残留
在滑源区，滑体岩性为二叠系峨眉山玄武岩，岩体结构破碎，主要为构造裂隙与柱状节理叠加的滑体玄武岩呈现碎裂—镶嵌结构，在降雨作用下极易失稳破坏。此外，表层覆盖有厚度3～5m 的第四系残坡积松散黏土也发生滑动。选取两条剖面，剖面线位置如图1平面图中所示，滑坡的工程地质剖面图如图2所示。
2.2滑坡高位远程运动特征
根据滑坡发生前后遥感影像对比和现场调查
（图3），此滑坡可分为三个区域：滑源区、冲击铲刮区和流动堆积区。
（1）滑源区（图4a ），影像对比显示滑后仍残存20万方滑体，该区域地形陡峻，坡度约30°，后部高程约1630m ，剪出口高程约1540m ，高差90m ，纵向长200~250m ，平均长度为230m ，横宽140~210m ，平均宽度为170m ，面积为4.8×104m 2，
平面形态上为不等边梯形。（2）冲击铲刮区（图4b ），滑体失稳下滑后进入铲刮区，由于地形在该处有两处略微凸起微地貌，滑坡直接撞击凸起的山脊，大部分滑体碎裂解体，转化为碎屑流，并将表层第四纪残坡积土及树木铲起，使滑体体积增加。撞击后滑体物质分为两个部分沿冲沟继续运动，其中约有2/3体积的滑体沿N34°E 方向下滑运动，1/3体积的滑体沿N5°E 方向下滑运动。该区域后部高程约1540m ，前部高程约1330m ，高差210m ，铲刮区平面面积为9.2×104m 2
。
a.滑坡I-I’
剖面示意图
b.滑坡II-II’剖面示意图图2
贵州水城"7.23"滑坡剖面图
Fig.2
Profile of “7.23”landslide in Shuicheng,Guizhou
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中国岩溶2020
年
a.
滑源区c.
堆积区左冲沟 b.
铲刮区
d.堆积区右冲沟
图4贵州水城“7.23”滑坡不同运动阶段现场调查图(镜向：
a.170°，
b.289°，
c.230°，
d.208°)Fig.4
Field investigation of different movement stages of "7.23"landslide in Shuicheng,Guizhou
图3
贵州水城“7.23”滑坡边界及滑前、滑后地貌对比图
Fig.3
Boundary of "7.23"landslide in Shuicheng,Guizhou and comparison of landslide before and after the
slide
a.滑前遥感影像，数据来源于Google
earth
b.滑后无人机影像
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第39卷第4期高浩源等：贵州水城“7.23”高位远程滑坡冲击铲刮效应分析
（3）流动堆积区（图4c 、d ），滑体进入到堆积区后，滑体物质由于微地貌凸起山体阻隔被分流运动，主要沿两条冲沟流动运动：一为N34°E 方向冲沟流动，在冲沟两侧为当地居民居住区，滑体下滑后掩埋了此处20户房屋，该区域纵长520m ，后部高程约1330m ，前部高程约1200m ，高差110m ；
另一冲沟为N5°E 方向，该侧沟谷在底部方向发生改变，堆积掩埋了后面一处养殖场，此处的堆积厚度约为20m ，纵长为450m ，后部高程约1400m ，前部高程
约1250m ，高差150m 。滑体沿两条冲沟运动后，在前缘位置交汇堆积，堆积体最大厚度达20m ，平均厚度约10m ，堆积区总面积为1.9×105m 2。
2.3
滑坡冲击铲刮特征
根据现场调查及无人机影像，发现该滑坡冲击
铲刮特征明显（图5a ）。冲击铲刮区位于山体海拔1
330m ～1540m 之间，高差210m ，主要铲刮山体是强
风化表层松散岩土体和植被，铲刮后可见局部基岩
出露，岩体结构破碎，通过测量滑后影像（图3）及分析现场调查记录数据得知，该区域平均长350m ，
宽300m ，总面积为9.2×104m 2。
冲击铲刮分布在三个区域，分别是剪出口下方
区域和左右两侧凸起山脊区域（图5b 、5c ）。结果显
示：剪出口下方区域铲刮深度为8m ，面积为1×104m 2，左侧山脊铲刮深度为11m ，面积为3×104m 2，右侧山脊铲刮深度为5m ，面积为1.2×104m 2；
平均铲刮深度为7m ，最大铲刮深度为11m ；铲刮区有明显铲刮痕迹，表层的残坡积土、植被，强风化的峨眉山玄武岩基岩表层均被铲刮带走（图6）
。
a.
滑坡铲刮区航拍全貌
b.滑前影像
(2018.11.13)
c.滑后影像(2019.7.25)
图5
贵州水城“7.23”滑坡铲刮区特征图
Fig.5
Characteristics of the impact and scraping area of "7.23"landslide in Shuicheng,Guizhou
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