摘要
滑坡的高速、远程运动严重威胁人民生命财产安全，但到目前为止，高速远程滑坡的运动机理仍然备受争议，其中滑坡运动的热效应（主要包括热熔、热孔压和热化学作用）主要是解释大型岩质滑坡高速远程运动的重要弱化机制。本文主要研究热效应机制的适用条件、理论模型及其对滑坡运动的影响程度，包括对滑坡运动状态的分类，对剪切带无水时滑坡的热熔过程研究，对剪切带饱水时滑坡发生的热孔压和颗粒破碎过程研究，以及对无水时发生热化学反应的碳酸盐岩滑坡的热化学过程研究。最后，利用功率密度来解释滑坡运动过程中热效应的影响，并提出基于功率密度的滑坡运动模型。本文以高速滑坡案例为基础，基于高速旋转试验结果，通过理论分析，对高速远程滑坡的热效应机理进行理论研究，主要研究结果和结论如下: 1、滑坡在运动过程中根据滑体变形程度可以分为完整型滑坡、局部完整型滑坡和破碎型滑坡。完整型滑坡表示滑体内变形程度很小，滑体呈整体运动。局部完整型滑坡表示滑体在物源区保持完整，但在后续运动中发生破碎分解，或局部滑体在整个运动过程中保持完整，其余滑体发生破碎解体。破碎型滑坡是滑体在运动的初始阶段就开始发生整体破碎。滑体在完整型或局部完整型运动状态下，运动过程和弱化机理与滑体呈流态化运动时大不相同，该分类对研究滑坡运动过程和运动机理具有重要意义。 2、在剪切带干燥的局部完整型滑坡运动过程中，根据高速旋转试验得到的摩擦系数三阶段曲线，建立滑坡运动中热熔作用的理论公式。根据熔融体积分数，将整体型或局部完整型滑坡的运动过程分为3个阶段:(Ⅰ)干摩擦阶段:剪切应力主要通过库伦摩擦得到;(Ⅱ)过渡阶段:库伦摩擦和粘滞阻力共存，利用矿物的选择性熔融特性，建立了局部熔融阶段时摩擦系数的演化趋势，作为阶段Ⅰ和第阶段Ⅲ的过渡，并利用矿物选择性熔融的特性计算熔融体积分数的变化;(Ⅲ)熔融阶段:剪切应力由粘滞阻力决定，在该阶段，粘性系数不仅仅随着温度和熔融体中固体颗粒含量变化，同时也随着熔融体的化学成分变化。最后，利用该模型证明热熔条件下滑坡的规模效应。该理论模型，尤其是阶段Ⅱ的提出，完善了滑坡或断层运动过程中热熔理论，为研究热熔对滑坡运动的影响提供理论支撑。 3、在剪切带饱水的局部完整型滑坡中，利用饱和剪切带的热孔压特性和剪切带的颗粒破碎作用（含粗颗粒的剪切带），建立理论模型。一维刚体运动模拟结果显示，在滑坡运动初始阶段，温度较低，颗粒破碎明显，颗粒破碎增压对孔隙水压力的提升起主导作用，随后颗粒破碎孔压逐渐趋于平稳。在持续运动之后，随着剪切带温度的升高，热孔压不断增加，对孔隙压力变化起主导作用。另外，计算结果显示，颗粒初始势能、颗粒形状参数及滑体厚度越大，颗粒破碎效果越明显，剪切带厚度对颗粒破碎导致的孔压影响小，但是对温度的增加有很大影响。以往的研究注重单个机制的影响，但是该理论模型将剪切带热孔压弱化机理和颗粒破碎弱化机理结合，为研究滑坡运动过程的多个机理协同作用分析提供思路。 4、在剪切带无水的碳酸盐岩滑坡中，利用碳酸盐岩的热分解特性，建立理论模型。一维刚体运动模拟结果显示，在滑坡运动过程中，剪切带温度升高，引起碳酸盐岩分解，产生的二氧化碳增加孔隙压力，降低剪切带内有效应力，促进滑坡运动。但随着剪切带附近碳酸钙消耗完毕，温度的升高并不会继续产生气体，但由于该点温度急剧升高，异常高温引起岩石产生裂缝甚至破坏，导致孔隙压力扩散，孔压降低。鸡尾山滑坡运动受热化学影响时间长短由剪切带附近渗透系数决定，渗透系数越大，热化学孔压对滑体运动影响时间越短。渗透系数是决定碳酸盐岩滑坡热化学作用的关键参数，渗透系数越大，生成的气体越容易发生扩散，减小促滑能力。 5、热效应机制是和温度相关的弱化机理，而功率密度表示滑动面或剪切带温度升高速率。本研究根据高速旋转试验数据，从唯象理论角度出发，提出利用功率密度来描述滑坡滑面的摩擦特性变化过程，并利用试验数据提出并验证功率密度弱化模型。另外，功率密度弱化模型同时考虑了速度和法向应力对摩擦系数的影响，且相对于速度弱化模型和法向应力弱化模型有更好的拟合效果，更适合模拟和研究滑坡运动过程。
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