喜马拉雅东构造结是全球构造活动最强烈、地质环境最复杂、地质灾害最频发的地区之一, 工程规划建设面临板块构造带的构造错断、深埋工程灾变、松动山体失稳、流域性地质灾害链等灾难性地质安全风险。如何在活动构造带内选择相对稳定与安全的场址, 实现工程规划建设与运营的地质安全风险最小化, 是当前工程地质领域的重要课题。文章系统梳理了东构造结地区重大地质安全问题, 发现传统的工程选址理论已无法满足喜马拉雅东构造结工程选址的要求, 工程选址面临地质演化过程与工程区地质建造不清、构造活动性与强震灾害风险突出、深部构造应力场与灾变研究薄弱、超高位超远程地质灾害链形势严峻等重大地质安全挑战。为此, 文章从"区域地质演化与工程地质问题" "活动断裂及工程安全风险" "复杂地应力场及工程灾变风险" "流域性地质灾害链工程风险" "东构造结工程选址理论方法"共5个方面提出工程选址主要研究方向, 为完善工程选址风险评价与防控方法提供思路。

南迦巴瓦地区是喜马拉雅东构造结新构造活动最为强烈的区域, 晚第四纪活动断裂发育, 地震活动强烈, 嘉黎断裂带、东久-米林断裂带及墨脱断裂带等活动断裂构造稳定性直接影响该地区工程规划建设。地应力是区域构造稳定性评价的关键性参数, 当前, 关于南迦巴瓦地区地应力场研究成果相对缺乏, 难以满足交通廊道地质安全风险评价实际需求。基于震源机制解数据, 采用应力张量反演方法, 揭示南迦巴瓦地区构造应力场最大主应力方向; 依据断层滑动失稳临界地应力条件, 联合应力形因子和断层摩擦系数反演, 估算南迦巴瓦周边不同区域地应力绝对大小。结果表明: 南迦巴瓦地区现今地应力场最大主应力方向为北东至北北东向; 最大、最小水平主应力大小随深度线性增加梯度分别为0.032~0.0355 MPa/m、0.0227~0.0236 MPa/m, 存在非均匀特征, 估测结果与原位地应力实测值一致性较好; 在当前地应力环境下, 南迦巴瓦周边地区主要活动断裂局部段落存在较大的地震危险性。研究成果可为南迦巴瓦地区工程规划建设提供参考。

自三峡库区蓄水以来, 岸坡消落带岩体劣化趋势明显, 加速了岩质岸坡向欠稳定和不稳定发展, 潜在崩塌涌浪灾害威胁长江航道安全。以三峡库区板壁岩为例, 采用抗剪强度折减法分析在岩体劣化工况下危岩体的破坏过程与长期稳定性。结果表明: 在自然工况下, 板壁岩危岩体处于稳定状态; 在库水+岩体劣化工况下, 中部锁固段处拉应力集中, 拉张裂缝逐步向顶部主控裂缝及底部基破碎带延展并相互贯通, 可能发生滑移-剪切破坏; 在库水+岩体劣化+强降雨极端工况下, 约40个水文周期后, 岩体强度下降30%, 板壁岩危岩体的稳定性系数降至约1.14, 处于欠稳定状态, 建议进行工程防治, 提高危岩体稳定性, 以保障航道安全。研究结果可为三峡库区板壁岩及类似危岩体的防灾减灾工作提供科学合理的依据。

连通率是岩体内部结构面发育尺寸及贯通程度的重要指标, 决定着岩体的工程力学特性, 对边坡、坝基等工程岩体的整体强度和稳定性评价等发挥着至关重要的作用。以西南地区某水电站拱坝建基典型岩体缓倾结构面为研究对象, 根据现场岩体实测数据, 基于自行开发的裂隙网络模拟程序, 采用蒙特卡洛(Monte-Carlo)随机模拟方法对水电站左、右岸岩体不同剪切方向下缓倾结构面的连通率和岩体强度参数开展研究。研究表明: 该水电站左、右岸岩体在不同剪切方向上的连通率是不同的, 通过不同方向的角度旋转, 总体获得的裂隙连通率较低; 水电站右岸平洞PD02处缓倾角结构面的裂隙连通率约在27.35%左右, 摩擦系数为1.04, 黏聚力为0.89 MPa。研究成果可为水电工程建设提供理论参考和借鉴。

金沙江断裂带中段碳酸盐岩分布区水文地质结构复杂、岩溶水量丰富, 是工程地质安全的重要威胁之一。文章在岩溶地貌和水文地质调查的基础上, 采用水化学和新型同位素测年与示踪的方法, 研究了金沙江断裂带中段岩溶发育特征, 分析了岩溶水补给、径流和排泄过程。结果表明: 岩溶空间分布和地下水补给、径流、排泄均受构造控制; 在垂向上主要存在3个高程级别的岩溶发育分区, 其中二级和三级顶部岩溶的发育时间分别为晚中新世至晚更新世和上新世至晚更新世; 岩溶水补给区海拔4400~4600 m, 主要补给源为大气降水和冰湖水, 水中²²⁸Ra/²²⁶Ra数据显示非定曲断裂控制范围内水源难以形成跨断裂影响范围的补给; 岩溶水循环速度快, 岩溶大泉的⁸⁵Kr年龄＜15 a, 且基本没有年龄较大的地下水混合; 径流过程中碳酸盐岩溶蚀和阳离子交换作用不充分。在工程中应充分考虑活动断裂影响下岩溶水径流通道空间分布、高水压影响和特殊天气条件带来的地质灾害威胁。

鲜水河断裂带色拉哈段是2014年康定M_S6.3地震的发震断裂段, 其最新一次地表破裂事件(1725年康定7级地震)的离逝时间较长, 是最可能发生7级以上地表破裂型大震的危险地段之一。获得色拉哈段最新地震地表破裂的展布范围对确定断裂带的地震活动历史、评估断裂带的未来地震危险性以及防震减灾具有重要意义。然而, 迄今色拉哈段最新地表破裂的北西端位置仍存有较大争议。对此, 在以往资料认为没有同震地表破裂的中谷村一带开挖了探槽组, 获得了这一带的破裂历史, 其最新一次事件(E6)的限定年代为A.D.746±51之后。综合探槽剖面证据和附近的断错地貌特征以及历史地震资料, 探槽揭露的最新事件E6可能对应1725年康定7级地震, 色拉哈段的地表破裂北西端至少已延伸到中谷村一带。

雅鲁藏布江下游位于印度板块和欧亚板块碰撞的前缘地带, 区域内新构造运动活跃, 高山分布众多, 属典型高山深切割区。由于独特的地质构造以及气候变化的影响, 区域内崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害频发。文章采用Sentinel-1影像以及ALOS/PALSAR-2影像通过多种时序InSAR技术和SAR偏移量技术联合的方式对区域内2014—2020年高位地质灾害进行了识别。文章研究结果表明: 在研究区内共存在260处地质灾害形变区, 且大多位于海拔较高的沟道与山峰; 泽巴隆巴冰川沟中的岩崩形变体已经形成多条大型拉张裂缝, 一旦发生崩落极有可能形成堰塞湖; 受米林地震影响而复活的达波古滑坡后缘已经完全脱离, 左右两侧裂缝完全贯通, 滑坡一旦失稳会完全堵塞雅鲁藏布江。此研究提供了识别高山峡谷区高位地质灾害的SAR/InSAR技术方法, 为类似的地质灾害识别提供了参考。

石灰石矿山采场崩塌是藏东昌都地区常见的地质灾害类型, 是矿山企业安全生产和铁路工程建设面临的主要地质安全问题之一。文章采用基础地质、构造地质和灾害地质相结合的方法, 通过详实的地质灾害调查, 查明崩塌发育规律, 分析岩体结构面特征, 探讨崩塌灾害的形成机理, 并建立其破坏模式。结果表明: 藏东昌都地区上三叠统石灰石矿山采场崩塌沿区内褶冲带呈线状展布; 岩体内发育纵张节理(S₁)、横张节理(S₂)、"X"型共轭剪节理(S₃、S₄)及层间剪节理(S₅)共5组与区域褶皱和对冲系断裂配套的陡倾构造结构面, 将岩体切割为破碎的块体; 研究区崩塌地质灾害是内、外动力地质作用耦合的产物。晚三叠世(T₃)早期, 昌都地区陆内裂谷盆地环境沉积形成的上三叠统波里拉组(T₃b)灰岩是崩塌发育的沉积建造基础; 新生代(Cz)印度-欧亚大陆碰撞引发的强烈褶皱造山运动奠定了区内构造格架, 是崩塌发育的必要条件; 第四纪(Q)以来的强烈新构造运动和晚更新世(Q₃)以来的湿-热气候频繁交替、充沛降雨、现代人类活动等做为内和外动力的耦合作用是崩塌灾害的主要诱发因素。研究区内崩塌灾害存在倾倒式、坠落式和滑移式3种破坏模式。研究成果对岩溶区崩塌灾害防治与相关铁路建设具有一定指导意义。

西藏易贡滑坡源区BH01、BH02与BH03斜坡体呈不稳定状, 严重威胁下游工程设施安全。为防控源区坡体再次高位滑动致灾, 亟待开展斜坡赋存的地质结构及变形趋势分析。文章基于2 m精度的Pleiades数字高程模型及地形影像, 厘定了定量地貌学、地质构造与滑坡学3方面证据, 确定易贡滑坡源区具有前缘叠瓦式逆冲断裂区单面山、逆冲断裂区块体、走滑断裂区块体、走滑断裂区北东向拉裂槽4个次级斜坡单元。现场地质调查发现源区坡体内发育倾向南东、南西两组主控结构面, 这两组结构面是滑坡前缘逆冲断裂、后缘走滑断裂渐进活动的结果。与山脊近直交的北东向拉裂槽可能与晚期东西伸展变形背景相关。研究认为在地质构造影响下, 易贡源区斜坡沿着北东向拉裂槽下延结构面呈现多级、多期次深层滑移, 具有岩质滑坡蠕滑-拉裂-剪断型滑动机制。依据源区拉裂缝扩展的深度判断, 源区BH02坡体具有潜在加速滑移风险, 且BH03坡体亦不稳定。

雅鲁藏布江大拐弯附近晚更新世末次冰期—全新世发育多期次泥石流, 组合形成了现代大规模扇形堆积体。以派镇蹦嘎沟泥石流为例, 采用地面调查、钻孔及¹⁴C测年等方法, 研究泥石流形成年代序列、堆积深度、冲出范围等特征, 分析结果表明: 现代蹦嘎沟依然有小规模的支沟泥石流发育且广泛堆积于沟道内, 现存堆积扇区域尚未发现泥石流堆积; 距今8500年左右为蹦噶沟全新世泥石流活跃期, 单期次累积堆积深度约10.9 m; 滨湖浅水相沉积(河流相)形成的浅灰色粉细砂中的两处碳样表明雅鲁藏布江现代河床在40~100年左右沉积深度约0.4 m, 年平均沉积速率4~10 mm; 海拔2906.1~2896.7 m及2849.4~2848.2 m处钻孔依次揭露厚度为9.4 m和1.2 m饼状青灰色粉质黏土, 推测发生两次堵江事件。上述结果可为该区域全新世以来泥石流活动性特征研究提供参考。

2022年9月5日四川泸定县发生M_S 6.8级地震, 地震诱发大量同震崩滑体, 并导致湾东河断流。基于现场调查、影像解译和区域地质资料分析, 采用空间统计和水文计算的方法, 对湾东河流域同震崩滑体分布特征和潜在泥石流危险性进行了研究。结果表明: 湾东河流域内同震崩滑体主要分布在地震烈度Ⅸ度区, 规模以中小型为主, 主要沿沟道两侧展布, 尤其是单薄山脊两侧临空面发育密度较大, 距断层距离和坡度对其分布具有明显的控灾效应; 未来湾东河流域暴发溃决型泥石流的冲出量可能为同等触发条件下震前泥石流的约两倍。依此提出了加强流域内溃决型泥石流风险防范, 尽快通过综合监测预警获取泥石流发生的临界雨量值, 在泥石流防治工程设计中应充分考虑泥石流规模放大系数等防灾减灾建议, 为泸定地震后泥石流灾害防灾减灾提供科学参考。

2020年8月, 甘东南地区持续降雨且伴随多个强降雨过程, 岷县梅川镇浑水沟暴发泥石流, 左岸方家山滑坡失稳下滑, 严重威胁沟口成兰铁路安全。基于野外调查、遥感解译和室内测试结果, 分析泥包砾的形态结构、矿物组成以及堆积特征, 研究泥包砾形成的地质环境和机制, 探讨泥包砾的灾害意义。研究结果表明: 泥包砾分布于浑水沟流通区下游及堆积区, 呈球形且具多层结构, 由石英、方解石、黏土矿物等组成, 其形成主要受控于流域第四系黄土和古近系泥岩中的黏土矿物, 而较缓的沟道、岸坡黄土滑坡和崩塌的发育以及适宜的水动力条件, 促进了泥包砾的形成和自生加大; 泥石流冲击力随着泥包砾粒径的增大而增大, 再起动所需临界泥石流流速相较于块石较小; 泥包砾是古近系泥岩与泥石流共同作用的结果, 具有加剧泥石流危害的作用, 因此亟需治理浑水沟泥石流以保证成兰铁路的安全运营。

寺儿沟流域位于甘肃省兰州市西固区, 历史上曾发生过大规模泥石流, 造成重大人员伤亡和财产损失。文章基于野外调查和遥感解译, 结合已有文献成果和室内测试, 研究寺儿沟泥石流物源特征及影响因素, 采用FLO-2D软件模拟分析泥石流的危险性。研究结果表明: 寺儿沟以黏性泥石流为主, 表现为低频活动, 目前处于衰退期; 寺儿沟流域内物源丰富, 可分为坡面型物源、崩滑型物源、沟道型物源和人为型物源共4种, 其中崩滑型、沟道型物源控制了泥石流的暴发规模; 而一次性冲出量的大小主要取决于泥石流起动时崩滑体的发育程度, 崩滑体越发育, 一次性冲出量越大, 泥石流规模越大; 在临界降雨条件下, 寺儿沟将会暴发泥石流, 中—高危险区集中于流通区, 严重威胁冲沟内构筑物如兰西高铁、环城高速等安全运营。当遭遇极端强降雨时, 寺儿沟将暴发更大规模泥石流。因此, 有必要进一步研究极端天气条件下泥石流的危险性, 为区内泥石流的防灾减灾提供地质依据。

西南山区是中国地质灾害链最发育、成灾最严重的地区。为深入认识区域地质灾害链成灾模式, 文章在系统收集西南山区历史上19次典型重大灾害事件基础上, 分析了地质灾害链的主控因素及成灾特征, 总结了滑坡型、崩塌型、泥石流型3类灾害链分类模式及5种链式成灾过程, 并选择每一类中的典型地质灾害链成灾过程进行了剖析, 在此基础上对地质灾害链成灾机理研究、数据库构建、技术标准体系建设及跨界流域链式灾害风险防控机制构建等进行了展望, 提出了地质灾害链防范建议, 旨在为区域地质灾害防灾减灾规划、重大工程与城镇建设安全提供参考。

以高位泥石流、碎屑流区桩梁组合新型拦挡结构为研究对象, 在总结已有桩梁组合结构的基础上, 运用颗粒流分析仿真程序、通用显示动力分析程序分别对碎屑流冲击下单排、多排桩林及桩梁组合结构拦挡效果、不同位置桩梁组合结构拦挡效果对比模拟以及桩梁组合结构受力特征模拟研究, 探讨了拦挡结构阻挡后碎屑流堆积特征和结构应力传递特征。计算结果表明: 碎屑流中较大粒径颗粒与拦挡结构、两侧沟道边界接触形成的桩-巨石力链拦挡效应可有效阻挡、迟滞后续碎屑流运动, 桩梁组合结构桩-巨石力链拦挡效应最佳; 第一排桩和第二排桩之间改流区进一步抑制了碎屑流速度; 桩梁组合结构在设计布置位置时, 一方面要考虑在碎屑流启动、势动转换过程中尽早抑制碎屑流速度, 另一方面仍需重视库容的设计, 谨防跃顶造成部分碎屑流逃逸, 在上述二者之间选择最优解进行位置布置; 碎屑流巨石冲击桩梁组合结构时, 冲击应力将通过连梁分散传递到后排桩, 连系梁两端连接部分的应力几乎达到屈服强度, 需加强配筋。

高位远程滑坡动力学机理的研究一直是国际地质灾害领域的难点问题。在青藏高原, 由于地质条件复杂, 高位远程滑坡表现出更为复杂且强烈的动力作用, 出现超高位超远程的链式成灾模式。文章针对青藏高原高位远程滑坡所表现出的三种突出动力学效应——动力破碎效应、动力侵蚀效应以及流态化效应, 从地质特征调查、物理模型试验、数值分析三个层面进行了系统性的综述。针对青藏高原高位远程滑坡目前的研究现状提出了下一步要解决的三个关键科学问题: 极端地质环境下高位远程滑坡机理研究、基于尺寸效应的模型试验新方法研究和高位远程滑坡流域性灾害链研究。这些问题将为高位远程滑坡动力学机理的研究和服务工程建设中高位远程滑坡灾害的防灾减灾提供科学依据。

固液耦合作用是碎屑流向泥石流转化形成复合型滑坡灾害的关键因素, 会导致成灾范围和规模放大, 是防灾减灾领域研究中的热点和难点问题之一。文中采用自主研发的滑坡后破坏数值模拟平台(LPF^3D, Landslides post failure 3D), 以2014年9月强降雨诱发的重庆奉节无山坪滑坡为例, 探讨了滑坡在水动力作用下远程成灾的动力过程, 揭示了固液耦合影响机制。研究结果显示: 水动力作用在滑坡运动过程中主要体现为液化和拖曳两种, 两种力学作用的增程效应明显, 往往使得碎屑流转化为泥石流, 导致远程成灾; 基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的两相耦合计算模型, 考虑流体状态方程、固体黏塑性本构方程和相间作用力的共同影响, 基本还原了强降雨条件下重庆奉节无山坪滑坡两相运动过程; 数值计算结果显示无山坪滑坡最大运动速度为34 m/s, 最大堆积厚度为21.5 m, 堆积面积为0.12 km², 最远运动距离为1300 m, 模拟结果同实际滑坡的堆积形态基本一致。综上认为, 在高位远程滑坡风险调查与预测过程中, 需充分考虑强降雨工况下孔隙水压力和固液相间作用, 基于LPF^3D方法的数值模拟为高位远程滑坡的风险定量评估提供了依据。

中国西南砂泥岩地层山区在强降雨条件下频发远程滑坡灾害, 是防灾减灾领域亟待解决的关键问题。以2020年7月13日重庆武隆牛儿湾滑坡为例, 通过无人机航飞、野外调查和地质条件分析等手段, 运用PFC^3D模拟, 对中国西南砂泥岩地层山区强降雨条件下流化滑坡远程运动成灾模式开展研究。研究结果显示: 独特的地层结构(上部为第四系残坡积土, 下部为砂泥岩)是导致滑坡顺层失稳, 并远程流化运动的根本原因; 强降雨条件是导致滑坡深层失稳、整体下滑, 同时使表层残破积土层饱水流化远程运动的关键影响因素; 顺层滑坡远程流化成灾模式主要表现出下层整体滑移、中层粗细颗粒混合和上层饱水流化的特征, 流化过程可分为整体高位失稳—混合加速—运动流化堆积三个阶段。基于以上研究, 认为砂泥岩地层山区的远程流化滑坡风险调查与预测过程应当充分基于滑体远程流化运动的成灾特点进行调查与评价, 以此为防灾减灾提供定量化科学依据。