滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈研究進(jìn)展

阮合春，陳華勇，4，陳劍剛，4，曹春然，李慧斌

（1.中國(guó)科學(xué)院 山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041； 2.中國(guó)科學(xué)院水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041； 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4.中國(guó)科學(xué)院 青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，北京 100101）

滑坡作為占比最為突出的一種山地災(zāi)害，廣泛分布于深度切割的高山峽谷地區(qū)，常具有高位、高速、遠(yuǎn)程等特點(diǎn)，尤其在強(qiáng)降雨或高烈度地震作用下發(fā)生大規(guī)?；碌念l次更高。 當(dāng)滑坡運(yùn)動(dòng)方向有江河分布時(shí)，滑坡體極易入江河堆積形成堰塞壩，壅高上游水位，壩體一旦失穩(wěn)潰決還將造成下游的巨大洪水災(zāi)害，放大災(zāi)害影響范圍和致災(zāi)規(guī)模。 例如，1786 年6 月1日四川瀘定摩崗嶺發(fā)生了一起由地震引發(fā)的大型滑坡，滑坡體堵斷大渡河10 d 后發(fā)生潰決，造成近10 萬(wàn)人遇難［1］。 2005 年10 月8 日，巴基斯坦發(fā)生7.6 級(jí)地震，在Kashmir 地區(qū)的Hattian Bala 引發(fā)大型山體滑坡，并將Karli 河堵塞，形成高130 m 的堰塞壩，該事件共造成1 000 人死亡，一個(gè)村莊被完全摧毀［2］。 2018年10 月10 日，西藏江達(dá)縣波羅鄉(xiāng)白格村發(fā)生大規(guī)?；虏⒍聰嘟鹕辰?，上游水位迅速抬升形成堰塞湖，于3 d 后開(kāi)始漫頂溢流，11 月3 日再次發(fā)生滑坡堵塞原有泄流通道，造成了嚴(yán)重的上游淹沒(méi)及下游潰決洪水災(zāi)害。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，此次堵江事件共造成云南、四川、西藏10.2萬(wàn)人受災(zāi)，8.6 萬(wàn)人被轉(zhuǎn)移安置；房屋倒塌3 400 余間，1.8 萬(wàn)間不同程度損壞；3.5 萬(wàn)hm2農(nóng)作物受災(zāi)，1.4萬(wàn)hm2絕收；基礎(chǔ)設(shè)施損失嚴(yán)重，僅云南省直接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)74.3 億元［3］。 因此，全面開(kāi)展滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈的研究，有針對(duì)性地預(yù)防和斬?cái)嗷露陆T發(fā)的災(zāi)害鏈，為科學(xué)防災(zāi)減災(zāi)提供可靠依據(jù)顯得尤為重要。 本文在廣泛收集國(guó)內(nèi)外已有文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)滑坡壩的特征及形成條件、滑坡堵江機(jī)理、滑坡壩穩(wěn)定性評(píng)估、滑坡壩潰決機(jī)理以及滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈的研究成果進(jìn)行全面闡述，指出已有研究的不足之處，并提出一些亟待解決的關(guān)鍵前沿性科學(xué)問(wèn)題。

1 滑坡堵江與成壩條件

1.1 形成條件

滑坡壩是一種未經(jīng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)、無(wú)特定泄洪道的天然土石壩，其幾何形態(tài)、物質(zhì)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀況均與人工土石壩存在顯著差別［4］，其潰決可能性遠(yuǎn)高于人工土石壩，僅有極少數(shù)能長(zhǎng)時(shí)間保留，如塔吉克斯坦1911 年形成的薩雷茲堰塞壩至今仍處于穩(wěn)定狀態(tài)［5］。 滑坡堰塞壩的形成需滿足一定的物源條件、地形條件、河床條件、水動(dòng)力條件。 足夠的滑坡規(guī)模是形成堰塞壩的重要條件之一，當(dāng)滑坡體規(guī)模較小時(shí)，滑坡體難以抵抗主河的強(qiáng)水動(dòng)力，不能將河流堵斷［6］。 在地形條件方面，滑坡堰塞壩常發(fā)育于深度切割的高山峽谷區(qū)，一方面，在高山峽谷區(qū)的岸坡、江河凹岸、陡崖等深切河谷地帶，能形成有效臨空面，唐家山滑坡就處于陡坡凹岸、三面臨空的通口河（V 形河谷）；另一方面，滑坡巖土體在下滑過(guò)程中能夠以較大動(dòng)能抵達(dá)對(duì)岸將河流堵斷。 通常岸坡坡度為30°～45°時(shí)易形成滑坡壩，其次是20°～30°的緩坡地帶。 此外，V 形河谷較U 形河谷更易成壩［7-10］。 在河床條件方面，河床越寬、水越深，所需的堵江滑坡體體積越大，越難成壩［10］。在水動(dòng)力條件方面，只有滑坡體在主河中的抗剪阻力大于主河水流的剪切阻力時(shí)，才能截流堵江成壩；主河水流流速越大，水流的沖蝕能力越強(qiáng)，越不利于堵江［10-11］。 綜上，深度切割的高山峽谷地區(qū)（西南、臺(tái)灣地區(qū)等）的大江大河（雅礱江、岷江、大渡河、金沙江等）支流、上游峽谷是孕育滑坡堵江的高發(fā)區(qū)。 在遭遇地震、極端天氣后，必須給予密切關(guān)注［10］。

1.2 形成動(dòng)力過(guò)程

表1 半經(jīng)驗(yàn)半理論的滑坡堵江判別式

此外，因滑坡堵江過(guò)程具有高速短時(shí)的特點(diǎn)，開(kāi)展滑坡堵江過(guò)程的模型試驗(yàn)具有較大困難，因此數(shù)值模擬成為主要研究手段。 離散元法（DEM）作為專(zhuān)門(mén)用來(lái)解決非連續(xù)介質(zhì)的數(shù)值模擬方法，可將滑坡體視為離散的巖塊，允許各巖塊發(fā)生平移、轉(zhuǎn)動(dòng)和變形，塊體之間的節(jié)理面也可被壓縮、分離或滑動(dòng)，因此該方法在滑坡堵江過(guò)程模擬中得到廣泛應(yīng)用［12，18-21］。 在此基礎(chǔ)上，Zhao T 等［22］采用離散元與計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)相耦合的方法（DEM-CFD）對(duì)狹窄河流滑坡壩形成過(guò)程進(jìn)行模擬，該方法可模擬滑坡體與主河水流的相互作用；王葉等［23］采用連續(xù)—離散耦合分析法（FDEM）模擬了云南魯?shù)榧t石巖滑坡三維滑坡體從變形破壞至堆積形成堰塞體的全過(guò)程，該方法可模擬滑坡體從連續(xù)狀態(tài)向非連續(xù)狀態(tài)的轉(zhuǎn)化過(guò)程；鄔愛(ài)清等［24］采用DDA法對(duì)唐家山滑坡過(guò)程進(jìn)行反演分析，該方法能夠?qū)⒄鎸?shí)時(shí)間和非連續(xù)大變形相結(jié)合。 但目前對(duì)滑坡堵江問(wèn)題的研究主要集中于坡面和溝谷形態(tài)對(duì)滑坡堵江過(guò)程的影響，事實(shí)上，滑坡堵江過(guò)程也是一個(gè)滑坡體與主河水流相互作用的復(fù)雜過(guò)程，目前對(duì)其進(jìn)行研究的成果尚不多見(jiàn)。 此外，所建立的數(shù)值模型在模型邊界條件（滑面、河谷等）、顆粒組成、顆粒間的接觸情況均作了不同程度的簡(jiǎn)化，比如通常將坡面、河谷、顆粒分別簡(jiǎn)化為平面、V 形、圓形，與實(shí)際極不規(guī)則的坡面河谷形態(tài)和巖土體顆粒顯然不符。

2 滑坡壩穩(wěn)定性評(píng)估

堰塞壩形成后，若穩(wěn)定性較低，則存在突然潰壩風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)及時(shí)采取應(yīng)急處置措施，開(kāi)挖泄流槽或轉(zhuǎn)移安置下游人口等；若具有較高穩(wěn)定性，則可考慮將其保留，一方面堰塞湖可控制河床下切，降低兩岸滑坡概率，另一方面可進(jìn)行自然景觀的開(kāi)發(fā)利用，維持水生態(tài)環(huán)境［25-26］。 因此，有必要深入開(kāi)展滑坡堰塞壩穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的研究。 但滑坡堰塞壩因天然原因形成，極為復(fù)雜的壩體形態(tài)、物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)，加之地震、來(lái)流條件等外界因素均對(duì)壩體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響［25-26］，給壩體穩(wěn)定性的準(zhǔn)確評(píng)估帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

一般情況下，潛在滑坡體、滑坡堵江分別具有顯著隱蔽性和短暫突發(fā)性的特點(diǎn)，對(duì)滑坡堵江難以預(yù)測(cè)，但需要對(duì)形成后堰塞壩的危險(xiǎn)性和穩(wěn)定性進(jìn)行快速評(píng)估，為應(yīng)急響應(yīng)爭(zhēng)取更多時(shí)間。 Cui P 等［27］結(jié)合野外考察資料，以壩高、最大庫(kù)容、壩體物質(zhì)組成作為堰塞湖危險(xiǎn)性評(píng)估指標(biāo)，制定出極高、高、中、低4 個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)（見(jiàn)表2），可對(duì)滑坡壩的危險(xiǎn)性進(jìn)行快速評(píng)估。

表2 堰塞湖危險(xiǎn)性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)［27］

同時(shí)，許多學(xué)者提出了基于地貌學(xué)指標(biāo)的堰塞壩穩(wěn)定性快速評(píng)估方法（見(jiàn)表3）。

由表3 可以看出，各學(xué)者所選樣本的來(lái)源及案例數(shù)存在較大差異，指標(biāo)單一，未綜合考慮壩體物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、主河水動(dòng)力條件以及區(qū)域特性等影響因素，致使建立的判別式各不相同，具有較強(qiáng)的區(qū)域獨(dú)特性，對(duì)新樣本的預(yù)測(cè)存在較多無(wú)法確定或誤判的情況，使用時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎合理選用。 在后續(xù)研究中應(yīng)不斷增加可用樣本案例數(shù)，對(duì)現(xiàn)有公式進(jìn)行改進(jìn)或考慮更多因素的耦合作用，以尋求更加準(zhǔn)確快速的判別方法。

表3 滑坡壩穩(wěn)定性快速評(píng)估判別式

除了對(duì)滑坡壩進(jìn)行初步的快速評(píng)估，還需對(duì)其進(jìn)行精確評(píng)估，一些更為精確的定量評(píng)估方法相繼涌現(xiàn)。傳統(tǒng)的極限平衡邊坡穩(wěn)定性分析法在滑坡壩穩(wěn)定性分析的初期得到一定應(yīng)用，汪明元等［35］采用簡(jiǎn)化Bishop法分析了唐家山堰塞壩泄流對(duì)壩坡穩(wěn)定性的影響。WEN H X 等［36］利用瑞典條分法分析了不同水位和地震對(duì)唐家山堰塞壩穩(wěn)定性的影響，但該方法假設(shè)土體均質(zhì)，與實(shí)際滑坡壩的高度非均勻性不符。 宋彥輝［37］首次采用有限元強(qiáng)度折減法對(duì)不同水位及地震荷載下滑坡壩的穩(wěn)定性進(jìn)行模擬計(jì)算，但計(jì)算過(guò)程中若壩坡存在局部屈服時(shí)，就認(rèn)為壩坡已經(jīng)破壞，難以反映壩坡整體穩(wěn)定性，在應(yīng)用該方法時(shí)應(yīng)排除地形等可能造成的局部效應(yīng)。 此外， Peng M 等［38］通過(guò)大型水槽試驗(yàn)研究了滑坡涌浪作用下，上游不同水位和浪高對(duì)滑坡壩穩(wěn)定性的影響。 隨著堰塞壩上游水位的升高，壩體浸潤(rùn)線不斷抬升，壩體很可能在高水頭差作用下發(fā)生滲透變形或破壞，使壩體穩(wěn)定性急劇下降。 對(duì)此，Regmi R K 等［39］建立了水—?dú)鈨上嗳S非飽和滲流模型，結(jié)合二維面流和沖淤模型，分析了滑坡壩的穩(wěn)定性；崔銀祥等［40］通過(guò)三維滲流Modflow 軟件計(jì)算黃河上游某滑坡壩的實(shí)際水力坡降來(lái)判斷壩體的滲透穩(wěn)定性；石振明等［4，41］通過(guò)分析高滲透區(qū)域?qū)t石河堰塞壩滲流特性的影響規(guī)律，指出滲流失穩(wěn)是管涌和邊坡失穩(wěn)的循環(huán)發(fā)展過(guò)程，并提出了一種考慮高滲透區(qū)域存在的堰塞壩滲流穩(wěn)定分析方法。 此外，石振明等［4］通過(guò)堰塞壩不同顆粒級(jí)配的飽和滲透破壞試驗(yàn)，提出了采用最佳細(xì)粒含量指標(biāo)判別堰塞壩滲流破壞形式的方法以及一種新的管涌破壞的臨界坡降Ik計(jì)算式（見(jiàn)表4）。

浮萍是單子葉植物綱、浮萍科約30種植物的統(tǒng)稱。它們不像常見(jiàn)的花花草草那樣長(zhǎng)有葉片或莖，浮萍的整個(gè)植株都是由小型的葉狀體組成的，還有一種叫作“無(wú)根萍”的浮萍甚至連根都沒(méi)有。不過(guò)可不要小看它哦！無(wú)根萍可擁有一個(gè)“世界之最”的頭銜呢——世界上已知的最小的種子植物。

表4 滑坡壩滲流計(jì)算［4］

總體來(lái)說(shuō)，目前對(duì)滑坡壩穩(wěn)定性定量評(píng)估的研究還不夠深入，主要局限于壩體形態(tài)、物質(zhì)組成和外部荷載等方面，對(duì)壩體結(jié)構(gòu)特征的影響研究較少，比如目前尚未見(jiàn)到關(guān)于壩體內(nèi)部局部架空現(xiàn)象對(duì)整體穩(wěn)定性的影響研究。 從本質(zhì)出發(fā)，詳細(xì)闡明壩體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、物質(zhì)組成及各影響因素間的耦合作用機(jī)理是精確評(píng)估滑坡壩穩(wěn)定性的關(guān)鍵前提條件。

3 滑坡壩潰決機(jī)理

堰塞壩的潰決模式主要有滲漏管涌、壩坡失穩(wěn)和漫頂溢流［1］。 其中漫頂溢流沖刷潰壩占潰壩總數(shù)的90%以上［42］。 壩體潰決時(shí)的洪峰流量大小直接決定了潰決洪水的災(zāi)害程度，而潰決洪水又與壩體的形態(tài)、物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)以及上游來(lái)流條件等密切相關(guān)。 因此，為準(zhǔn)確進(jìn)行潰決災(zāi)害的預(yù)測(cè)評(píng)估，需弄清堰塞壩的潰決機(jī)理。 其研究方法可分為試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。

3.1 滑坡壩潰決機(jī)理的試驗(yàn)研究

試驗(yàn)研究作為一種重要的研究手段，能夠直觀反映變量之間的因果關(guān)系，反演研究實(shí)例，也常用來(lái)驗(yàn)證數(shù)值模擬的合理性，同時(shí)還具有成本低、周期短、易獲取數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)。 國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了許多關(guān)于滑坡壩潰決機(jī)理的試驗(yàn)研究。

3.1.1滑坡壩潰決過(guò)程

在堰塞壩漫頂潰決過(guò)程方面，Zhao W Y 等［43］通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)坡面侵蝕是堰塞壩漫頂潰壩的主要形式，隨著持續(xù)的溢流沖刷，初期在坡面形成的小沖溝逐漸擴(kuò)大合并。 Yang Y 等［44］通過(guò)試驗(yàn)研究，將均質(zhì)非黏性滑坡壩的潰決過(guò)程分為滲透侵蝕、初始潰口形成、溯源侵蝕、潰口的快速下切和展寬、沖淤平衡（粗化再平衡）5 個(gè)階段，指出初始潰口最可能發(fā)生在靠近滲流面上邊緣的下游壩坡處。 陳華勇等［45］將正常溢流模式下滑坡壩的潰決過(guò)程總結(jié)為“由水流沖蝕引起的連續(xù)縱向下切”及“潰口邊坡失穩(wěn)坍塌引起的間歇性橫向擴(kuò)展”。 Zhao T L 等［46］通過(guò)滑坡壩漫頂潰決離心模型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)因潰口侵蝕過(guò)程中大顆粒不斷沉積粗化，下切過(guò)程終止于整個(gè)潰決過(guò)程前期，伴有明顯的溯源侵蝕，而側(cè)向侵蝕將一直持續(xù)到潰決結(jié)束。

3.1.2滑坡壩潰決過(guò)程影響因素

滑坡壩潰決是一個(gè)復(fù)雜巖土體與強(qiáng)非恒定水流相互作用的復(fù)雜過(guò)程，影響因素眾多，目前對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)研究一般采用控制變量法，難以考慮多因素的耦合作用。 現(xiàn)有研究成果主要集中于壩體形狀、壩體物質(zhì)組成、來(lái)流情況幾個(gè)方面，得到的結(jié)論也極為類(lèi)似：在壩體物質(zhì)組成方面，松散狀態(tài)下堰塞壩的侵蝕過(guò)程主要包括坡面沖刷、沖溝、下蝕、側(cè)蝕等階段，溯源侵蝕不明顯，潰口展寬的主要模式為潰口邊坡的剪切滑動(dòng)，洪峰流量和總輸沙量均大于密實(shí)狀態(tài)；密實(shí)狀態(tài)下，堰塞壩會(huì)出現(xiàn)陡坎、沖蝕坑等，潰口展寬模式為邊坡土體的重力崩塌。 平均粒徑越大，壩體抗沖刷能力越強(qiáng)，但滲透系數(shù)會(huì)隨之增大；黏性土可減小壩體滲流和沉降，對(duì)潰壩起抑制作用。 在壩體形態(tài)方面，壩體形態(tài)決定了初始決口的位置，進(jìn)而決定了潰口側(cè)向侵蝕的方向（單向或雙向側(cè)蝕）；隨潰口深度增加，侵蝕速率逐漸減小，并且展寬速率對(duì)流量的影響大于下切速率的，侵蝕速率與剪切應(yīng)力線性相關(guān)。 下游壩坡坡度越小、壩頂越寬，潰決速率越小，洪峰流量越大，峰現(xiàn)時(shí)間越長(zhǎng)。不同的初始潰口形狀，潰決過(guò)程也會(huì)有所不同，通常復(fù)式斷面的各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于三角形和梯形斷面，能夠有效減輕下游防洪壓力。 在來(lái)流條件方面，上游來(lái)流決定了潰壩過(guò)程和潰決流量，來(lái)流越大，水動(dòng)力越強(qiáng)，洪峰越早越“尖瘦”，潰口尺寸與庫(kù)容線性相關(guān)［20，47-57］。

此外，劉杰等［58］研究了初始含水率及人工干預(yù)對(duì)堰塞壩潰決的影響，初始含水率越大，潰口發(fā)展越快，峰現(xiàn)時(shí)間越短；采用人工拋投塊石能夠有效控制潰決流量。 劉邦曉等［59］通過(guò)水槽試驗(yàn)研究了不同溝床坡度對(duì)堰塞壩潰口下切過(guò)程的影響，并將潰口發(fā)展分為潰口緩慢貫通、加速侵蝕和減速侵蝕3 個(gè)階段，蔣先剛等［60］也得到類(lèi)似結(jié)論。

目前對(duì)滑坡壩潰決過(guò)程影響因素的研究已取得較大進(jìn)展，對(duì)泄流過(guò)程中的人工干預(yù)、壩體含水量、主河床條件等因素的研究尚處于初步階段，尚未見(jiàn)到壩體不同黏粒含量，以及大（或超大）粒徑塊石存在對(duì)滑坡壩潰決過(guò)程的影響研究。 同時(shí)，受相似準(zhǔn)則的限制，試驗(yàn)研究成果還難以進(jìn)行比尺轉(zhuǎn)化，可考慮開(kāi)展大尺度試驗(yàn)研究，并且受觀測(cè)手段的限制，現(xiàn)有研究還難以將潰口形態(tài)的連續(xù)發(fā)展過(guò)程精確定量地記錄下來(lái)。

3.2 滑坡壩潰決機(jī)理的數(shù)值模擬

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展以及人們對(duì)滑坡壩潰決機(jī)理認(rèn)識(shí)的不斷深入，采用數(shù)值模擬方法對(duì)滑坡壩潰決過(guò)程進(jìn)行研究分析的成果越來(lái)越多。 與水槽試驗(yàn)相比，采用該方法除具有成本低、耗時(shí)少、參數(shù)易改變等優(yōu)點(diǎn)外，還能清楚表達(dá)變量之間因果關(guān)系的連續(xù)變化過(guò)程或多變量的耦合作用。

潰口的發(fā)展決定了潰決洪水特性。 Wang L 等［61］采用圓弧滑動(dòng)的邊坡穩(wěn)定性分析方法對(duì)滑坡壩漫頂潰決時(shí)潰口的橫向擴(kuò)展進(jìn)行分析，開(kāi)發(fā)了一種將DBSIWHR 與DB-IWHR 相結(jié)合，快速計(jì)算潰口擴(kuò)展及潰決洪水的電子表格；趙高文等［57］根據(jù)土力學(xué)理論，針對(duì)試驗(yàn)觀察到由滑坡堰塞壩潰口發(fā)展而導(dǎo)致堰塞壩發(fā)生的二次滑坡過(guò)程進(jìn)行模擬分析，提出對(duì)可預(yù)測(cè)二次滑坡的滑動(dòng)半徑及滑動(dòng)面積的圓弧滑動(dòng)模型。 但事實(shí)上對(duì)于黏性較高的土體，潰口還存在側(cè)向坍塌的現(xiàn)象。Zhao T L 等［46］采用由Fread 提出的BREACH 模型對(duì)滑坡壩漫頂潰決離心試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；李敬等［62］以唐家山滑坡壩為研究對(duì)象，對(duì)BREACH 模型中的豎向沖蝕公式和線型參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)后，模擬了潰壩洪水的峰值流量、峰值段持續(xù)時(shí)間、總泄洪量等參數(shù)，但BREACH 模型需假設(shè)壩頂和壩坡有一個(gè)矩形的初始泄流漕，潰決過(guò)程中下切速率與側(cè)蝕速率相同，整個(gè)潰口平行于壩頂和壩坡發(fā)展，與實(shí)際情況存在較大差距。黃金池［63］采用通過(guò)試驗(yàn)資料建立的高強(qiáng)度泥沙沖刷計(jì)算公式將潰口（梯形）垂直下切、橫向擴(kuò)展和壩坡溯源沖刷3 種方式聯(lián)系在一起，建立了堰塞壩逐漸潰決數(shù)學(xué)模型，模型中假設(shè)潰口下切和展寬速率相等。Zhong Q M 等［64-65］建立了可模擬唐家山堰塞壩漫頂潰決過(guò)程的水土耦合數(shù)學(xué)模型，模型考慮了壩體的不完全潰決、壩基沖蝕以及潰口（梯形）的單側(cè)與兩側(cè)侵蝕，但成果有較強(qiáng)局限性；Chang D S 等［66］提出了一種基于物理過(guò)程的滑坡壩漫頂潰決模型，模擬了土壤可蝕性隨深度變化對(duì)侵蝕過(guò)程的影響；Shen G Z 等［67］除了考慮土壤可蝕性隨深度的變化，還考慮了侵蝕模式（單側(cè)潰壩和雙側(cè)潰壩）以及壩體不同物質(zhì)組成。 Cao Z X 等［68］基于傳統(tǒng)的淺水動(dòng)力方程，建立了滑坡壩潰決二維模型，采用模型試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定和驗(yàn)證，但潰口均視為梯形，方程的構(gòu)建也做了較多簡(jiǎn)化。

壩體潰決后形成的潰決洪水在下游的演進(jìn)規(guī)律直接決定了下游的災(zāi)害程度。 Fluent 作為一款廣泛應(yīng)用于流體力學(xué)的模擬軟件，可用來(lái)模擬潰決洪水的演進(jìn)過(guò)程［69-71］。 雖然該軟件對(duì)純水流預(yù)測(cè)較準(zhǔn)確，但對(duì)潰口發(fā)展機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠深入，潰口的簡(jiǎn)化會(huì)導(dǎo)致結(jié)果存在較大誤差；對(duì)于潰決高含沙水流，甚至有的已經(jīng)轉(zhuǎn)化為潰決型泥石流，該軟件能否適用還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。 此外，Ma H B 等［72］提出了一種能對(duì)堰塞壩漫頂潰決洪水進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)的方法，但對(duì)于潰口復(fù)雜發(fā)展的情況，預(yù)測(cè)性能會(huì)有所降低；Peng M 等［42］基于52個(gè)滑坡壩潰決案例資料，建立了滑坡壩潰決特性參數(shù)（峰值流量、潰決深度、潰決頂寬、潰決底寬、潰決持續(xù)時(shí)間）的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，具有一定主觀性。

綜上所述，針對(duì)滑坡壩潰決過(guò)程數(shù)值模擬的研究已取得較為豐碩的成果，采用了多種理論模型對(duì)其進(jìn)行模擬，但要提高其計(jì)算精度，還應(yīng)從根本上準(zhǔn)確描述潰口的發(fā)展過(guò)程，而現(xiàn)階段大都預(yù)先假定潰口幾何形狀為梯形、三角形或矩形，下切速率等于側(cè)向展寬速率，與實(shí)際情況不符，特別在壩體黏性較高時(shí)，潰口存在負(fù)傾角邊坡的嚴(yán)重坍塌現(xiàn)象。 同時(shí)，在建模過(guò)程中，模型邊界條件、動(dòng)力學(xué)方程等均存在不同程度的簡(jiǎn)化，導(dǎo)致模擬計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性偏低。

4 滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈

單一的山地災(zāi)害包括崩塌、滑坡、泥石流、潰決洪水等多種類(lèi)型。 在高山峽谷區(qū)，受狹窄空間限制，不同類(lèi)型的大型、特大型單一山地災(zāi)害往往發(fā)生災(zāi)種轉(zhuǎn)化，形成災(zāi)害鏈。 與單一災(zāi)種的山地災(zāi)害相比，災(zāi)害鏈的成災(zāi)規(guī)模、影響范圍、破壞能力顯著增加［73］，并且災(zāi)種間組合形式多樣，形成的災(zāi)害鏈種類(lèi)繁多［74］，滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈作為其中一種由滑坡引發(fā)的常見(jiàn)災(zāi)害鏈類(lèi)型，因滑坡體在物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形式、堵江過(guò)程以及堰塞壩（形態(tài)、結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成）等方面均具有復(fù)雜性和獨(dú)特性，導(dǎo)致滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈整個(gè)動(dòng)力過(guò)程與其他災(zāi)害鏈類(lèi)型有顯著差異。

目前關(guān)于滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈的研究還處于起步階段，主要集中于對(duì)典型案例的孕災(zāi)環(huán)境、成因、基本特征、致災(zāi)特點(diǎn)以及防御措施進(jìn)行研究分析。 鐘敦倫等［74］對(duì)山地災(zāi)害鏈的成因進(jìn)行分析，指出山地災(zāi)害鏈的形成是各災(zāi)種的物質(zhì)、能量和信息在特定條件下相互作用、滲透、傳遞和轉(zhuǎn)化的結(jié)果，并定性分析了各災(zāi)害鏈類(lèi)型的防治難度；王春振等［75］簡(jiǎn)要闡述了由汶川地震所誘發(fā)的滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈成因和致災(zāi)特點(diǎn)；崔云等［76］分析了強(qiáng)降雨對(duì)山地災(zāi)害鏈演化的控制激發(fā)作用，認(rèn)為該作用是通過(guò)水作用的特殊機(jī)制體現(xiàn)的，降雨放大了災(zāi)害鏈的致災(zāi)范圍和演化進(jìn)程。在此基礎(chǔ)上，部分學(xué)者還嘗試對(duì)滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈全過(guò)程進(jìn)行定量分析，但研究尚不夠深入。 董驍?shù)龋?7］以拉月大滑坡為例，結(jié)合其他案例資料，提出了崩滑堵江災(zāi)害鏈的成災(zāi)類(lèi)型與模式，并采用DEM 法模擬了整個(gè)災(zāi)害鏈過(guò)程，應(yīng)用“鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)原理”及“災(zāi)源破壞機(jī)理”對(duì)結(jié)果進(jìn)行綜合分析；徐文杰等［78］結(jié)合地質(zhì)調(diào)查與動(dòng)力有限元分析技術(shù)，對(duì)肖家橋滑坡堵江過(guò)程進(jìn)行反演分析，提出該過(guò)程的4 個(gè)階段，并定性分析了滑坡壩的穩(wěn)定性與潰決模式；戴興建等［79］基于遙感影像數(shù)據(jù)建立了一個(gè)三維數(shù)值模型，采用DAN3D和FLOW3D軟件再現(xiàn)了易貢滑坡—碎屑流—堰塞壩潰壩全過(guò) 程；Fan X M 等［80］首次將巖 體 穩(wěn)定性 模 型（FLAC3D和RocPlane 工具）、滑坡體滑動(dòng)MassFlow 程序、潰壩DABA 程序和潰決洪水HEC-RAS 程序有機(jī)結(jié)合，對(duì)白格3 個(gè)潛在滑坡體可能引發(fā)的滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈進(jìn)行了全過(guò)程模擬，雖然各模型均存在不同程度局限性，模擬過(guò)程存在誤差累積，但為該災(zāi)害鏈的研究提供了一種新的思路。

雖然目前關(guān)于滑坡堵江判別條件、滑坡壩潰決模型方面的研究已取得一定進(jìn)展，但研究過(guò)程中二者之間幾乎是脫節(jié)的。 事實(shí)上，滑坡—堵江—潰壩災(zāi)害鏈?zhǔn)且粋€(gè)復(fù)雜連續(xù)的動(dòng)力演化過(guò)程，在滑坡體啟動(dòng)→高速滑動(dòng)→滑坡體入江堆積成壩→堰塞壩潰決→下游洪水演進(jìn)等連續(xù)過(guò)程中的每個(gè)階段，都遵循各自的物理機(jī)制，具有不同的初始條件和邊界條件；災(zāi)種之間的轉(zhuǎn)化是災(zāi)害鏈形成與演化過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而各災(zāi)種之間轉(zhuǎn)化的臨界條件又是災(zāi)害鏈形成的先決條件，只有對(duì)整個(gè)災(zāi)害鏈以及各災(zāi)害單元演化的物理過(guò)程進(jìn)行深入分析，闡明滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈中各災(zāi)種間的轉(zhuǎn)化機(jī)理，才能從系統(tǒng)演化的角度將各災(zāi)害單元整合成一個(gè)完整的災(zāi)害鏈體系，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害鏈全過(guò)程定量描述的無(wú)縫銜接。

5 結(jié)論與建議

滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈涉及滑坡動(dòng)力學(xué)、巖土力學(xué)、泥沙動(dòng)力學(xué)以及流體力學(xué)等多學(xué)科交叉和復(fù)雜滑坡體、坡面、河谷、主河水流多因素耦合，目前雖然對(duì)滑坡堵江、滑坡壩潰決單一災(zāi)種的研究已取得一定進(jìn)展，為制定科學(xué)有效的防災(zāi)減災(zāi)措施提供了重要的理論科學(xué)依據(jù)，但對(duì)滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈問(wèn)題的研究尚處于起步階段，目前仍存在一些亟待解決的關(guān)鍵前沿性科學(xué)問(wèn)題：

（1）滑坡堵江過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)滑坡體與坡面、溝谷、主河水流耦合的復(fù)雜過(guò)程，目前對(duì)該過(guò)程的研究主要集中于坡面溝谷形態(tài)對(duì)滑坡堵江過(guò)程的影響，所采用的數(shù)值模型對(duì)邊界條件（滑面、河谷等）、顆粒組成、顆粒間的接觸情況均作了不同程度的簡(jiǎn)化，與實(shí)際情況差別較大。 因此，應(yīng)全面考慮滑坡體與坡面、溝谷、主河水流的耦合作用，對(duì)從滑坡體的啟動(dòng)到入河堆積全過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)深入分析，構(gòu)建準(zhǔn)確全面的理論數(shù)值模型或堵江判別式。

（2）滑坡壩穩(wěn)定性的快速評(píng)估在應(yīng)急搶險(xiǎn)中發(fā)揮著重要作用。 目前已建立了許多快速評(píng)估判別式，但因各判別式所選樣本案例存在較大區(qū)域獨(dú)特性、數(shù)目參差不齊及指標(biāo)單一，導(dǎo)致對(duì)新樣本的預(yù)測(cè)不夠準(zhǔn)確或存在誤判。 此外，對(duì)滑坡壩后期的穩(wěn)定性評(píng)估還局限于壩體形態(tài)、物質(zhì)組成和外部荷載等方面，對(duì)壩體結(jié)構(gòu)特征的影響研究較少。 對(duì)此，應(yīng)從本質(zhì)出發(fā)，詳細(xì)闡明壩體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、物質(zhì)組成及各影響因素間的耦合作用機(jī)理，比如壩體內(nèi)部局部架空現(xiàn)象對(duì)穩(wěn)定性的影響，在此基礎(chǔ)上增加樣本案例數(shù)，構(gòu)建更加快速、準(zhǔn)確的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。

（3）準(zhǔn)確預(yù)測(cè)潰口發(fā)展過(guò)程，是精確估算潰決洪水的關(guān)鍵，而目前在滑坡壩潰決機(jī)理研究的數(shù)值模型中大多預(yù)先假定潰口幾何形狀為梯形、三角形或矩形，下切速率等于側(cè)向展寬速率，并且模型邊界條件、動(dòng)力學(xué)方程等均存在不同程度的簡(jiǎn)化，顯然與實(shí)際情況不符。 對(duì)此，應(yīng)從根本上建立能準(zhǔn)確描述潰口發(fā)展過(guò)程，特別是在壩土黏性較高時(shí)潰口存在負(fù)傾角邊坡的嚴(yán)重坍塌現(xiàn)象的理論模型。

（4）在滑坡壩漫頂潰決過(guò)程的試驗(yàn)研究方面，目前對(duì)泄流過(guò)程中的人工干預(yù)、壩體含水量、主河床條件等因素的研究尚處于初步階段，尚未見(jiàn)到壩體不同黏粒含量以及大（或超大）粒徑塊石存在對(duì)滑坡壩潰決過(guò)程的影響研究，應(yīng)深入開(kāi)展該方面的研究。 此外，目前的試驗(yàn)研究大多是小尺度試驗(yàn)，很多現(xiàn)象可能被掩蓋，并且受相似準(zhǔn)則的限制，成果具有較強(qiáng)局限性，難以進(jìn)行多比尺轉(zhuǎn)化應(yīng)用，可考慮進(jìn)行大尺度試驗(yàn)或完善模型相似準(zhǔn)則。

（5）滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈?zhǔn)且粋€(gè)連續(xù)變化過(guò)程的常見(jiàn)災(zāi)害鏈類(lèi)型，具有強(qiáng)大的破壞力，目前雖然對(duì)滑坡堵江判別、滑坡壩潰決等方面的研究已取得較大進(jìn)展，但研究過(guò)程中是脫節(jié)的，對(duì)滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈全過(guò)程的研究尚處于起步階段。 對(duì)此，應(yīng)將各災(zāi)害單元緊密結(jié)合，側(cè)重于災(zāi)種間轉(zhuǎn)化的臨界條件及動(dòng)力演化過(guò)程，對(duì)滑坡—堵江—潰決災(zāi)害鏈進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)整個(gè)災(zāi)害鏈過(guò)程定量描述的無(wú)縫銜接，為災(zāi)害鏈的科學(xué)精準(zhǔn)防治提供有力支撐。