西南巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害研究的關(guān)鍵問題

李 濱，殷躍平，高 楊，邢愛國(guó)，黃波林，賀 凱，趙超英，萬(wàn)佳威

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所/新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081;2.中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院(自然資源部地質(zhì)災(zāi)害技術(shù)指導(dǎo)中心)，北京 100081；3.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240；4.防災(zāi)減災(zāi)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(三峽大學(xué))，湖北 宜昌 443002；5.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710054)

我國(guó)西南云貴高原及周邊區(qū)域是世界上面積最大的巖溶山區(qū)，面積達(dá)6.2×105km2，也是我國(guó)高儲(chǔ)量高品位礦產(chǎn)資源和豐富水能資源的基地，以及西電東送的重要輸出地。然而這些地區(qū)由于地質(zhì)環(huán)境脆弱、人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，大型崩滑災(zāi)害持續(xù)頻發(fā)，近幾十年來破壞甚至摧毀了數(shù)十座村鎮(zhèn)，并造成了上千人死亡[1-7]。如1980年湖北鹽池河崩塌[1-7]、1985年湖北新灘滑坡[2]、1987年巫溪南門灣崩塌[4]、1988年重慶巫溪中陽(yáng)村滑坡[4]、1989年四川華鎣溪口滑坡[5]、1994年重慶武隆雞冠嶺崩塌[4，7]、1996年貴州印江巖口滑坡[5]、2004年貴州省納雍縣巖腳寨崩塌[7]、2013年云南鎮(zhèn)雄趙家溝滑坡[8]等大型崩滑災(zāi)害，均造成嚴(yán)重的人員傷亡。這些災(zāi)害的發(fā)生嚴(yán)重限制了西南巖溶山區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，危及了礦產(chǎn)能源基地、水利設(shè)施及重大工程的安全運(yùn)營(yíng)，威脅著人居安全和社會(huì)穩(wěn)定。

目前而言，西南巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害具有復(fù)雜的地質(zhì)成因，這給明確孕災(zāi)機(jī)理、實(shí)現(xiàn)早期識(shí)別和災(zāi)害預(yù)測(cè)造成了許多困難。一方面，受地質(zhì)構(gòu)造、氣候條件以及碳酸鹽巖巖體結(jié)構(gòu)和巖體強(qiáng)度的影響，西南巖溶山區(qū)溶蝕作用很強(qiáng)，形成發(fā)育了一系列巖溶管道、巖溶洞穴和高低起伏的地貌組合，這導(dǎo)致地下水時(shí)空分布極不均勻、水動(dòng)力條件頻繁大幅度變動(dòng)[4，7]。另一方面，受構(gòu)造抬升和河流切割影響，西南巖溶山區(qū)多形成“上硬下軟、上陡下緩”的“靴狀”地貌，其表現(xiàn)為中上部的厚層-巨厚層碳酸鹽巖地層陡傾、下部的碎屑巖、玄武巖地層緩傾，這十分不利于巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[8-10]。再加之大規(guī)模的人類工程活動(dòng)，如地貌改造、水庫(kù)蓄水和下部礦產(chǎn)的開采，西南巖溶山區(qū)成為了我國(guó)大型巖質(zhì)崩滑災(zāi)害的高發(fā)區(qū)。

本文在前人研究與大量實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，概述了西南巖溶山區(qū)重大崩滑災(zāi)害的發(fā)育特點(diǎn)，分析了目前研究中存在的關(guān)鍵問題，提出了創(chuàng)新研究的思路，對(duì)巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)具有一定指導(dǎo)作用。

1 西南巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害的主要特征

如表1、圖1、圖2所示，我國(guó)西南巖溶山區(qū)一直是大型崩滑災(zāi)害的高發(fā)區(qū)。調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，這些大型崩滑災(zāi)害多發(fā)于“上硬下軟、上陡下緩”的二元結(jié)構(gòu)山體，即：上部為厚度大于100 m的碳酸鹽巖地層，夾4～6層薄層狀炭質(zhì)、泥質(zhì)頁(yè)巖；下部為碎屑巖、玄武巖等緩傾地層，賦存有多套含煤、鐵、鋁等礦層。這類地貌形態(tài)臨空條件好，山體失穩(wěn)后較大的勢(shì)能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，極易形成高速遠(yuǎn)程碎屑流，從而造成嚴(yán)重的破壞[4,6,9]。如：

(1)2009年6月5日重慶武隆雞尾山二疊系灰?guī)r山體，受底部軟巖蠕變、側(cè)向溶蝕帶剪斷等因素影響發(fā)生高速遠(yuǎn)程滑坡-碎屑流，運(yùn)動(dòng)距離1.5 km，堆積體體積7.0×106m3，造成74人死亡(圖2a)[4,6,9]。

(2)2010年6月28日暴雨誘發(fā)貴州關(guān)嶺大寨三疊系地層斜坡發(fā)生高速滑坡-碎屑流，運(yùn)動(dòng)距離1.5 km，堆積體體積1.75×106m3，造成99人死亡[4,10-11]。

(3)2017年8月28日，貴州納雍張家灣鎮(zhèn)普灑村三疊系地層斜坡發(fā)生高速遠(yuǎn)程滑坡-碎屑流，運(yùn)動(dòng)距離0.8 km，堆積體體積6.0×105m3，造成35人死亡(圖2c)[12-13]。

(4)2019年7月23日，降雨誘發(fā)貴州水城縣雞場(chǎng)鎮(zhèn)二疊系玄武巖地層發(fā)生高速遠(yuǎn)程滑坡-碎屑流，運(yùn)動(dòng)距離1.3 km，堆積體體積2.0×106m3，造成51人死亡(圖2d)。

與其他山區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害相比[14]，西南巖溶山區(qū)的崩滑災(zāi)害主要具有以下四個(gè)特點(diǎn)：

(1)特殊的巖體結(jié)構(gòu)。西南巖溶山區(qū)位于上揚(yáng)子板塊，中生代以來經(jīng)歷了陸相沉積、海相沉積和海陸交互相沉積，廣泛形成了碳酸鹽巖和碎屑巖兩套沉積建造，為上硬下軟的二元巖體結(jié)構(gòu)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。而晚三疊世以來的一系列構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，則使該區(qū)域形成了大量的隔擋式、隔槽式褶皺山體，并發(fā)育了許多不同規(guī)模的巖體結(jié)構(gòu)面。二元巖體結(jié)構(gòu)中的軟弱夾層和大型巖體結(jié)構(gòu)面控制著西南巖溶山區(qū)的巖體強(qiáng)度，也控制著大型崩滑災(zāi)害的發(fā)生。

表1 1980年以來我國(guó)西南巖溶山區(qū)典型特大崩滑災(zāi)害基本特征

(2)特有的巖溶水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)。西南巖溶山區(qū)濕潤(rùn)多雨，地下水位經(jīng)常大起大落，不僅侵蝕和沖蝕著巖溶山體，還造成巖溶管道氣壓力大幅度變化，最終導(dǎo)致山體的結(jié)構(gòu)破壞。此外，在坡頂為碳酸鹽巖、坡腰為碎屑巖、玄武巖的山區(qū)，上部碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)面受長(zhǎng)期溶蝕形成巖溶管道系統(tǒng)，促使大量地下水向下入滲匯集，并在巖性接觸帶發(fā)生集中滲流，強(qiáng)烈影響著坡體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

(3)含煤建造。西南巖溶山區(qū)賦存有豐富的煤系地層，是我國(guó)重要的煤礦資源基地。長(zhǎng)期大規(guī)模的地下采礦工程活動(dòng)加速了山體的變形和應(yīng)力調(diào)整，導(dǎo)致了上覆控制性巖層硬質(zhì)結(jié)構(gòu)面拉剪斷裂、壓剪滑移和山體變形失穩(wěn)。

圖2 近年來我國(guó)西南巖溶山區(qū)發(fā)生的大型崩滑災(zāi)害Fig.2 Typical rock avalanches in the karst mountain areas in southwest China

(4)特殊的成災(zāi)模式。西南巖溶山區(qū)上陡下緩的地貌形態(tài)，導(dǎo)致滑坡發(fā)生后往往形成滑動(dòng)距離超過800 m的高速遠(yuǎn)程滑坡-碎屑流，這類鏈?zhǔn)綖?zāi)害的破壞威力大，常導(dǎo)致重大人員傷亡。

2 西南巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害研究中的關(guān)鍵問題

陳夢(mèng)熊、袁道先、崔光中、朱學(xué)穩(wěn)、張人權(quán)、韓行瑞等老一輩科學(xué)家對(duì)巖溶水文地質(zhì)學(xué)的理論與方法進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，奠定了巖溶山區(qū)水文地質(zhì)學(xué)的科學(xué)理論，也將我國(guó)巖溶水文地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的研究推到世界先進(jìn)水平[19-20]。然而面對(duì)我國(guó)西南巖溶山區(qū)群死群傷的災(zāi)難性崩滑災(zāi)害頻發(fā)，如何科學(xué)闡明巖溶山區(qū)崩滑災(zāi)害發(fā)育特征、查明溶蝕地質(zhì)結(jié)構(gòu)孕災(zāi)力學(xué)行為、揭示人類工程擾動(dòng)與巖溶山體災(zāi)變互饋機(jī)理、建立災(zāi)難性崩滑鏈?zhǔn)綖?zāi)害防控理論成為防災(zāi)減災(zāi)研究中亟待突破的重大前沿科學(xué)和巨大挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在這一系列科學(xué)研究中尚還有幾個(gè)關(guān)鍵問題有待解決。

2.1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)與巖溶管道流作用過程的孕災(zāi)機(jī)理不清

西南巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害多發(fā)于層狀碳酸鹽巖、碎屑巖或玄武巖的褶皺山體緩傾-陡傾的翼部或平緩核部地帶，災(zāi)害的形成發(fā)育與地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、水文地質(zhì)及人類工程活動(dòng)等因素密切相關(guān)。在諸多影響因素中，碳酸鹽巖的塊狀巖體結(jié)構(gòu)、溶蝕后的架空結(jié)構(gòu)和巖溶管道流水文系統(tǒng)成為主要控災(zāi)因素。其中巖溶地下水作用系統(tǒng)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)改造及山體破壞作用方面的研究還很欠缺，存在諸多問題。如圖3所示，巖溶山體地下水以巖溶管道流為主，巖溶管道流對(duì)斜坡的水力學(xué)作用方式主要表現(xiàn)為雨季巖溶管道內(nèi)水位暴漲和流速增加形成靜水壓力和氣體壓力大幅度變動(dòng)，并造成氣爆、氣蝕、水擊等作用，這些強(qiáng)烈的水動(dòng)力效應(yīng)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)的破壞大大增強(qiáng)，然而目前缺少這方面的系統(tǒng)研究，導(dǎo)致災(zāi)害孕災(zāi)機(jī)理不清楚。巖溶山區(qū)大型崩滑的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖溶巖性分區(qū)與地下水文系統(tǒng)如何孕育了大型災(zāi)害，具有什么樣的關(guān)聯(lián)機(jī)制？暴雨環(huán)境下巖溶管道-裂隙-孔隙多重介質(zhì)水-巖如何相互作用？巖溶山體變形漸進(jìn)累進(jìn)規(guī)律是什么？山體失穩(wěn)具有哪些災(zāi)害類型？諸多此類問題需要得到明確回答。因此，需要研究提出巖溶崩滑災(zāi)害的特殊孕災(zāi)環(huán)境、關(guān)鍵控制因素和易災(zāi)地質(zhì)條件的組合類型，揭示易災(zāi)地質(zhì)環(huán)境與重大災(zāi)害之間的關(guān)系及規(guī)律，構(gòu)建巖溶山區(qū)重大災(zāi)害的主要成災(zāi)模式。

圖3 西南巖溶山區(qū)地下巖溶管道系統(tǒng)作用示意圖Fig.3 Schematic diagram of underground karst pipeline system in the karst mountain areas

2.2 地下采動(dòng)下大型崩滑災(zāi)害的觸發(fā)形成機(jī)制不明

西南巖溶山區(qū)礦產(chǎn)資源較豐富，已發(fā)現(xiàn)的含礦地層有十余層，以二疊系、寒武系為主，礦種包括煤、鋁、耐火黏土、黃鐵礦等，多為大至中型規(guī)模礦床，是區(qū)內(nèi)主要的采礦層，簡(jiǎn)稱“煤系地層”。由于上百年來的大規(guī)模開發(fā)，許多巖溶山體內(nèi)部已形成了大面積的采空區(qū)，對(duì)覆巖及上部山體穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響，以致誘發(fā)了多起與地下采礦有關(guān)的特大崩滑鏈?zhǔn)綖?zāi)害，其破壞模式如圖4。因此，亟待查明地下采動(dòng)作用下上覆控制性堅(jiān)硬巖層結(jié)構(gòu)面如何擴(kuò)展、錯(cuò)動(dòng)、貫通，深大硬性結(jié)構(gòu)面的松動(dòng)效應(yīng)如何控制山體變形，以及軟弱地層及軟弱結(jié)構(gòu)面弱化規(guī)律及剪切蠕變?nèi)绾慰鼗瑤r溶山體的失穩(wěn)。為此，不同地層結(jié)構(gòu)組合與礦層賦存開采環(huán)境下巖溶山體采空層頂板巖層應(yīng)力場(chǎng)重構(gòu)演化，采礦區(qū)上覆巖層內(nèi)部及層間自下而上的應(yīng)力傳遞與山體變形破壞，采空分布與不同強(qiáng)度采掘振動(dòng)作用下巖溶山體累積損傷和動(dòng)態(tài)崩滑過程，都是目前巖溶山體采動(dòng)作用下誘發(fā)特大崩滑災(zāi)害的形成演化機(jī)制研究中亟待闡明的問題。

圖4 西南巖溶山區(qū)地下采動(dòng)環(huán)境下山體失穩(wěn)示意圖Fig.4 Schematic diagram of rock failure induced by the underground mining in the karst mountain areas

2.3 高位遠(yuǎn)程動(dòng)力過程的地質(zhì)力學(xué)條件與成災(zāi)模式尚未揭示

西南巖溶山區(qū)普遍具有上硬下軟、上陡下緩的“靴狀”地貌特征，崩滑災(zāi)害失穩(wěn)后常形成高速遠(yuǎn)程碎屑流，災(zāi)害具有滑動(dòng)距離遠(yuǎn)、滑動(dòng)速度大、沖擊破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)，給山區(qū)居民生命財(cái)產(chǎn)與國(guó)家重大工程安全造成巨大損失。與其他地區(qū)高速遠(yuǎn)程滑坡碎屑流不同的是，巖溶山區(qū)的崩滑體高速啟動(dòng)失穩(wěn)下滑后，由于地形因素的影響會(huì)產(chǎn)生勢(shì)能與動(dòng)能的能量轉(zhuǎn)換，碳酸鹽巖組成的硬巖滑體速度增加，并以較高的速度撞擊地面或周圍山體，鏟刮侵蝕一定體積的巖土體；滑體在碰撞作用下逐漸解體為碎屑體，并隨著侵蝕巖土體融入，形成了以等效流體方式運(yùn)動(dòng)的碎屑流；碎屑流以較高速度繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，對(duì)底部的松散軟弱層造成裹挾作用，并侵蝕地表松散體；鏟刮作用結(jié)束后進(jìn)入碎屑堆積階段，最終運(yùn)動(dòng)停止。災(zāi)害鏈成災(zāi)模式及高速遠(yuǎn)程滑坡-碎屑流運(yùn)動(dòng)過程如圖5所示。因此，亟須研究巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害的成災(zāi)模式和滑體高位剪出-凌空飛行-沖擊鏟刮-流動(dòng)堆積全過程動(dòng)力學(xué)特征，分析溶蝕巖體動(dòng)力破碎的低摩降阻機(jī)制，研究高速遠(yuǎn)程滑坡碎屑流沖擊鏟刮效應(yīng)和超前空氣沖擊效應(yīng)。這些問題是巖溶山區(qū)高位滑坡遠(yuǎn)程動(dòng)力致災(zāi)的核心問題，也是風(fēng)險(xiǎn)空間預(yù)測(cè)與防控的理論基礎(chǔ)。

圖5 西南巖溶山區(qū)高位遠(yuǎn)程崩滑災(zāi)害鏈?zhǔn)匠蔀?zāi)示意圖Fig.5 Schematic diagram of long-runout rock avalanches in the karst mountain areas

2.4 災(zāi)害早期識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)防范理論方法亟待形成

西南巖溶山區(qū)由于褶皺構(gòu)造型式、塊狀巖體結(jié)構(gòu)、溶蝕水文系統(tǒng)、上硬下軟地層組合、上陡下緩地貌形態(tài)等地質(zhì)因素影響，崩滑災(zāi)害往往具有隱蔽性、突發(fā)性、災(zāi)難性，加之強(qiáng)烈的人類工程活動(dòng)，導(dǎo)致這類鏈?zhǔn)綖?zāi)害呈現(xiàn)出高速遠(yuǎn)程、視線外成災(zāi)特點(diǎn)，致使災(zāi)害早期識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)防控難度極大。因此，如何開展空天對(duì)地觀測(cè)技術(shù)在大范圍復(fù)雜巖溶山區(qū)潛在崩滑災(zāi)害的形變辨識(shí)、提出大型崩滑災(zāi)害地質(zhì)識(shí)別指標(biāo)、實(shí)現(xiàn)基于易滑地質(zhì)結(jié)構(gòu)理論和多源空間技術(shù)融合的巖溶山區(qū)崩滑災(zāi)害早期識(shí)別與動(dòng)態(tài)編目，是目前超前判識(shí)與先兆監(jiān)測(cè)工作的重要環(huán)節(jié)。同時(shí)，還要加快適用于巖溶山體崩滑災(zāi)害地質(zhì)特征的高精度智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)及設(shè)備研發(fā)，實(shí)現(xiàn)高精度智能崩滑災(zāi)害臨滑階段的一體化監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸與預(yù)警分析，從而逐漸構(gòu)建巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害體的臨災(zāi)預(yù)警預(yù)報(bào)。此外，巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害的特殊破壞成災(zāi)模式、外在激發(fā)機(jī)制和災(zāi)變動(dòng)力學(xué)過程、大型崩滑鏈?zhǔn)綖?zāi)害的三維可視化分析也是研究的重點(diǎn)，以便實(shí)現(xiàn)高速遠(yuǎn)程崩滑災(zāi)害鏈致災(zāi)全過程的空間預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提出對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制方法，形成切實(shí)可行的巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)理論與技術(shù)方法體系。

3 西南巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害研究思路

受氣候變化和大規(guī)模人類工程活動(dòng)等的持續(xù)影響，西南巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害導(dǎo)致的災(zāi)難性事故仍處于高發(fā)態(tài)勢(shì)。而巖溶山區(qū)的特殊性，決定了巖溶崩滑災(zāi)害的孕災(zāi)機(jī)制、成災(zāi)模式、演化過程、鏈生效應(yīng)區(qū)別于其他地質(zhì)災(zāi)害，現(xiàn)有的理論與技術(shù)方法不能滿足其防災(zāi)減災(zāi)需求。由于西南山區(qū)是大型巖質(zhì)滑坡高發(fā)區(qū)，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者開展了巖體形成與演變、災(zāi)害變形破壞機(jī)制、啟程機(jī)理與失穩(wěn)模式等多方面的研究，取得了豐富的成果，極大推動(dòng)了我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)工作[11-20]。然而隨著巖溶山區(qū)的城鎮(zhèn)快速發(fā)展與重大工程建設(shè)，目前的成果仍難以滿足防災(zāi)減災(zāi)的需要。因此，結(jié)合西南巖溶山區(qū)災(zāi)害的特殊性，迫切需要開展巖溶山區(qū)特大滑坡失穩(wěn)機(jī)理和新型成災(zāi)模式理論研究，構(gòu)建基于災(zāi)害鏈的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，研發(fā)早期識(shí)別、監(jiān)測(cè)預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)防范技術(shù)。

針對(duì)西南巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害的成災(zāi)模式與風(fēng)險(xiǎn)防范關(guān)鍵科學(xué)問題，本文指出利用原位觀測(cè)與試驗(yàn)研究、仿真模擬、技術(shù)方法研制、應(yīng)用示范等多種手段有機(jī)結(jié)合，開展崩滑災(zāi)害“孕災(zāi)機(jī)理→成災(zāi)模式→監(jiān)測(cè)預(yù)警→風(fēng)險(xiǎn)防范”全鏈條研究工作，聚焦巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育特征及巖溶作用孕災(zāi)過程，地下采空、水位波動(dòng)等工程擾動(dòng)環(huán)境下特大滑坡形成機(jī)制與成災(zāi)模式，特大滑坡早期識(shí)別、監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)防范等關(guān)鍵科學(xué)問題，研究巖溶山區(qū)巖溶管道-裂隙-孔隙地下水動(dòng)力作用及孕災(zāi)環(huán)境，揭示地下開采、庫(kù)水波動(dòng)等工程擾動(dòng)下巖溶山體劣化效應(yīng)，提出巖溶山體特大滑坡破壞模式，構(gòu)建高位滑坡遠(yuǎn)程動(dòng)力致災(zāi)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)方法，形成特大滑坡早期識(shí)別監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)防范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。具體研究工作思路如下。

3.1 巖溶作用過程與孕災(zāi)機(jī)理

集成總結(jié)西南巖溶山區(qū)的特大滑坡體巖溶地下水特點(diǎn)并分類，選定貴州、重慶等典型巖溶山區(qū)典型滑坡地下水系統(tǒng)為研究對(duì)象，開展巖溶水文地質(zhì)調(diào)查、地球物理探測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)原位監(jiān)測(cè)、水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)、地下水示蹤等技術(shù)方法，分析地下巖溶空間結(jié)構(gòu)特征和典型結(jié)構(gòu)類型，研究地下巖溶空間展布和地下水賦存規(guī)律；基于大比例尺模型試驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，開展巖溶管道-裂隙-孔隙多重條件下的地下水滲流場(chǎng)變化物理模型試驗(yàn)，揭示不同巖溶空間結(jié)構(gòu)對(duì)地下水動(dòng)態(tài)流場(chǎng)的影響規(guī)律；研究崩滑體巖溶地下水補(bǔ)給、徑流、排泄特征，地下水動(dòng)態(tài)特征及其管道、裂隙多重含水介質(zhì)地下水暴雨作用下效應(yīng)關(guān)系，分析建立多重介質(zhì)相互作用的水巖作用數(shù)學(xué)力學(xué)模型，以及連續(xù)-非連續(xù)變形分析數(shù)值計(jì)算方法，揭示溶蝕山體與地下水作用過程的孕災(zāi)機(jī)理。

3.2 工程擾動(dòng)下的斜坡破壞機(jī)制

主要開展地下采動(dòng)和水庫(kù)蓄水兩種工況下的巖溶山區(qū)山體失穩(wěn)的觸發(fā)機(jī)制與致災(zāi)力學(xué)行為研究。

(1)在地下采動(dòng)觸發(fā)大型崩滑災(zāi)害方面，利用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與觀測(cè)、大型物理模型試驗(yàn)、數(shù)學(xué)計(jì)算等技術(shù)方法，查明巖溶山區(qū)礦層賦存及上覆巖體地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，揭示地下采動(dòng)作用下上覆控制性堅(jiān)硬巖層結(jié)構(gòu)面擴(kuò)展、錯(cuò)動(dòng)、貫通模式及特征，深大硬性結(jié)構(gòu)面松動(dòng)時(shí)空效應(yīng)，提出地下采動(dòng)作用下軟弱地層及軟弱結(jié)構(gòu)面特性弱化規(guī)律及剪切蠕變對(duì)巖溶山體的控滑機(jī)理；研究地下采動(dòng)作用下礦層上覆巖層(頂板)裂隙擴(kuò)展規(guī)律和巖溶管道變形破壞規(guī)律，揭示采動(dòng)作用下巖溶山體巖層裂隙擴(kuò)展機(jī)制，提出采動(dòng)作用后巖溶管道和巖層裂隙內(nèi)滲透力變化及滲透破壞機(jī)制；研究不同地層結(jié)構(gòu)特征與礦層賦存條件的巖溶山體在地下開采作用下頂板巖層應(yīng)力場(chǎng)重構(gòu)演化特征，揭示采礦區(qū)上覆巖層內(nèi)部及層間自下而上的應(yīng)力傳遞機(jī)制和山體變形破壞進(jìn)程，提出采動(dòng)作用下巖溶山體變形響應(yīng)機(jī)制。研究地下采動(dòng)、爆破等因素作用下巖溶山體累積損傷和動(dòng)態(tài)崩滑全過程，構(gòu)建其損傷與崩滑觸發(fā)因素體系并優(yōu)選主控觸發(fā)因素，揭示巖溶山體在地下采動(dòng)等綜合作用下的損傷與崩滑動(dòng)力觸發(fā)機(jī)制。

(2)在水庫(kù)蓄水誘發(fā)巖溶岸坡巖體劣化與失穩(wěn)方面，采用高精度測(cè)量技術(shù)和探測(cè)技術(shù)，開展三峽庫(kù)區(qū)巖溶岸坡庫(kù)水位波動(dòng)環(huán)境下庫(kù)岸巖體劣化多尺度觀測(cè)，揭示水位變動(dòng)帶巖體損傷機(jī)制和細(xì)宏觀巖體結(jié)構(gòu)弱化效應(yīng)；利用大型物理試驗(yàn)和數(shù)值仿真，分析水位波動(dòng)條件下巖體結(jié)構(gòu)變化效應(yīng)對(duì)岸坡穩(wěn)定性的控制作用，查明滲透壓力和水巖作用下巖體結(jié)構(gòu)變化過程，提出巖體結(jié)構(gòu)劣化與庫(kù)區(qū)岸坡失穩(wěn)模式，形成水動(dòng)力變化下庫(kù)區(qū)巖溶岸坡穩(wěn)定性分析方法；開展基于PIV精細(xì)技術(shù)的崩滑災(zāi)害涌浪大型物理試驗(yàn)，研究庫(kù)岸崩滑災(zāi)害失穩(wěn)與水體涌浪的相互作用，構(gòu)建災(zāi)害涌浪全耦合數(shù)值模型。

3.3 高速遠(yuǎn)程動(dòng)力致災(zāi)機(jī)理

針對(duì)大型崩滑災(zāi)害高速遠(yuǎn)程的動(dòng)力學(xué)特征，分析巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害成災(zāi)模式與高位遠(yuǎn)程全過程動(dòng)力學(xué)特征，進(jìn)行典型崩滑災(zāi)害運(yùn)動(dòng)類型劃分、平面分區(qū)和豎向分帶研究，概化基于幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的災(zāi)害鏈地質(zhì)模型；開展巖溶山區(qū)高位崩滑災(zāi)害凌空碰撞、沖擊鏟刮和碎裂解體后裹挾鏟刮研究，分析溶蝕巖體碎裂解體的多尺度斷裂機(jī)理和考慮動(dòng)能效應(yīng)的巖體多尺度裂紋擴(kuò)展規(guī)律，揭示碎屑流高速運(yùn)移過程溶蝕巖體動(dòng)力破碎的低摩降阻機(jī)制，分析巖溶山區(qū)崩滑災(zāi)害沖擊鏟刮動(dòng)力成災(zāi)機(jī)理，定量評(píng)價(jià)高位滑坡的鏟刮深度和鏟刮范圍，揭示崩滑碎屑流高速遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)增積過程。研究高速崩滑碎屑流超前空氣沖擊波的成因機(jī)制，建立崩滑碎屑流氣固耦合的地質(zhì)力學(xué)模型，研究高速遠(yuǎn)程崩滑碎屑流運(yùn)移過程中裹挾空氣形成的氣墊效應(yīng)和擠壓前方空氣引起的空氣沖擊效應(yīng)，形成考慮氣固耦合機(jī)制的高速崩滑碎屑流超前空氣沖擊效應(yīng)評(píng)估模型，揭示高速遠(yuǎn)程崩滑碎屑流超前空氣沖擊波傳播與強(qiáng)度衰減規(guī)律。

3.4 災(zāi)害早期識(shí)別與監(jiān)測(cè)預(yù)警

開展巖溶山區(qū)基于空天對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的大范圍潛在大型崩滑災(zāi)害識(shí)別技術(shù)研究與試驗(yàn)分析，綜合多時(shí)相地表形變信息、地形信息以及光學(xué)遙感分割與分類信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)潛在崩滑災(zāi)害的自動(dòng)化分析與辨識(shí)；梳理巖溶山區(qū)易滑地質(zhì)環(huán)境條件，查明對(duì)崩滑體穩(wěn)定性具有控制性作用的地質(zhì)體要素，提出基于成災(zāi)模式與地質(zhì)特征的巖溶山區(qū)大型滑坡早期識(shí)別指標(biāo)。研制適用于巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害的智能監(jiān)測(cè)傳感器，研發(fā)基于機(jī)器視覺的災(zāi)害形變識(shí)別與監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害臨滑階段立體智能聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)，有效提高監(jiān)測(cè)技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性。研究北斗/GNSS 多系統(tǒng)多頻率多手段(PPP/差分/基線)融合定位算法，實(shí)現(xiàn)基于北斗云平臺(tái)的實(shí)時(shí)在線高精度形變監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)與災(zāi)害形變相關(guān)的多源異構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行同化處理，實(shí)現(xiàn)高陡崩滑災(zāi)害立體化監(jiān)測(cè)分析，為災(zāi)害體形變預(yù)報(bào)與預(yù)警提供數(shù)據(jù)支持。結(jié)合災(zāi)害形成演化機(jī)理，研究災(zāi)害體形變智能預(yù)報(bào)理論方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖溶地區(qū)大型崩滑災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警。

3.5 災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控與示范

系統(tǒng)總結(jié)研究不同區(qū)域巖溶特大滑坡及災(zāi)害鏈發(fā)育的類型、特征、主控因素、成災(zāi)特征及分布規(guī)律；根據(jù)巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害成因理論研究，概化基本成災(zāi)模式，構(gòu)建巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)分區(qū)模型與大型崩滑災(zāi)害區(qū)域空間分布模型，揭示巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)大型崩滑災(zāi)害孕育的控制作用與關(guān)聯(lián)機(jī)制；量化地下采動(dòng)、庫(kù)水波動(dòng)等人類工程活動(dòng)與災(zāi)害過程之間的影響和互饋關(guān)系，建立鏈接人類工程活動(dòng)與大型崩滑災(zāi)害的多重和累積響應(yīng)的激災(zāi)與致災(zāi)機(jī)制模型，形成災(zāi)害失穩(wěn)破壞的關(guān)鍵塊體控制理論與評(píng)價(jià)方法，加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境、人類活動(dòng)與崩滑災(zāi)害的動(dòng)態(tài)耦合的理解和預(yù)測(cè)能力；構(gòu)建基于地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制的大型崩滑災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)控制模型和基于采動(dòng)施工擾動(dòng)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)分析方法，形成巖溶山區(qū)高位崩滑碎屑流災(zāi)害鏈致災(zāi)全過程的空間預(yù)測(cè)方法和庫(kù)岸滑坡涌浪遠(yuǎn)端減災(zāi)方法，確定重大典型災(zāi)害源的影響范圍，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，有效降低巖溶大型崩滑災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)；逐漸形成巖溶山區(qū)大型崩滑害的減災(zāi)示范和技術(shù)指南，并推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

本文在總結(jié)前人研究和重大地質(zhì)災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，概述了近年來巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害的主要特征，提出了當(dāng)前研究中存在的核心關(guān)鍵科學(xué)問題：一是巖溶山區(qū)特大滑坡災(zāi)害孕育、成災(zāi)及演化過程的動(dòng)力學(xué)機(jī)制不清；二是巖溶山區(qū)特大滑坡災(zāi)害早期識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)防控理論尚未建立。圍繞這些問題，本文提出了目前巖溶山區(qū)防災(zāi)減災(zāi)工作中需要加強(qiáng)的研究工作與內(nèi)容，包括：

(1)加強(qiáng)巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育特征和地下水賦存變化規(guī)律研究，揭示巖溶管道-裂隙-孔隙水動(dòng)力作用過程和滑坡孕災(zāi)機(jī)理。

(2)研究地下開采、水位波動(dòng)等工程擾動(dòng)環(huán)境下巖溶山區(qū)特大滑坡演化過程，揭示開采擾動(dòng)下上覆巖溶山體劣化效應(yīng)與巖溶岸坡溶蝕巖體強(qiáng)度損傷特征，發(fā)展巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害工程擾動(dòng)災(zāi)變理論與分析方法。

(3)加快巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害高速遠(yuǎn)程鏈?zhǔn)絼?dòng)力學(xué)特征研究，提出災(zāi)害體高位剪出-碎屑流破碎-快速動(dòng)力成災(zāi)空間預(yù)測(cè)模型與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)。

(4)研發(fā)適合于巖溶山區(qū)災(zāi)害特點(diǎn)的早期識(shí)別與高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，形成巖溶山區(qū)特大滑坡風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)方法和技術(shù)體系，有效提高巖溶山區(qū)城鎮(zhèn)化和重大工程建設(shè)運(yùn)行過程中綜合防災(zāi)減災(zāi)科技支撐能力。

致謝：本文得到彭建兵教授、吳樹仁教授的幫助和指導(dǎo)，在西南巖溶山區(qū)大型崩滑災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)工作中提供了很多研究思路。同時(shí)感謝王晨輝、劉曉麗、劉新榮、易連興、崔芳鵬、王利、楊忠平等同志的幫助。特此致謝!