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王玉峰博士后等在国际著名地学类自然指数（Nature Index）期刊JGR-Solid Earth
上发表学术论文诠释高速远程滑坡体积效应
高速远程滑坡（avalanches；sturzstorms）作为具有极端破坏力的地质灾害现象，最显著的特征表现在具有巨大的体积（一般在数百万方以上，可达几千万方、几亿方、十几亿方甚至几十亿方、上百亿方）、超常的高速度（迄今为止，已知两个高速远程滑坡的最大速度分别达213 m/s和278 m/s）、难以预料的超常滑距（最大水平滑距Lmax是最大垂直落差Hmax的30倍，甚至更大；滑程可达几公里、几十公里甚至上百公里）等特征。1881年欧洲阿尔卑斯山脉瑞士Elm高速远程滑坡事件发生后，当时年仅27岁的奥地利地质学家Heim即赴现场调查注意到高速远程滑坡所表现出的超常运动特性（hypermobility），并发现高速远程滑坡具有明显的体积效应（volume effect）现象。亦即，滑坡体积越大，运动速度越快，运动距离越远，等效摩擦系数（fahrböschung）越低。全球众多滑坡实例的调查统计资料表明，高速远程滑坡的等效摩擦系数一般在0.1-0.3之间变化，明显低于静态剪切实验中所得滑坡剪切带的摩擦系数（0.6-0.8）。然而，究竟是什么诱因使得滑坡体积增大，其相应等效摩擦系数呈衰减趋势？这一“令人惊异（astonishing）”和“迷惑不解（puzzling）”的现象，百余年来一直困惑着国际滑坡动力学领域的学者；揭示其内在动力学机理，一直是相关研究领域科学家孜孜追求的研究目标。
西南交通大学王玉峰博士后（西南交通大学；台湾中央大学）与董家钧教授（台湾中央大学）、程谦恭教授（西南交通大学）一起，基于“滑坡的厚度（H）与其体积（V）成正比（H = V1/3），因此可以通过滑坡底部相（Basal facies）在其上覆荷载（正应力）作用下的行为来分析其体积效应”这一前提，借助台湾中央大学所购置的国际先进的旋转剪切实验仪，对采自于我国西藏易贡滑坡堆积体底部相的试样，设计并进行了一系列旋转剪切实验，取得如下结论与认识：
（1）高速远程滑坡底部相试样在动态剪切条件下，表现出明显的正应力相依弱化特性，随着正应力的增加，试样的等效摩擦系数呈指数衰减，由0.55（接近于试样准静力摩擦系数）迅速降至0.22；正应力值越高，试样等效摩擦系数的衰减速率越低并逐渐趋于稳定（图1）。（2）伴随着高应力条件下（σ ≥ 0.64 MPa）试样等效摩擦系数的降低，试样内部受摩擦功影响，可见明显的温度升高现象，并迅速超过100℃；与此同时，可见试样内部超孔隙气压力的产生（图2a）；随着正应力的增大和试样渗透性的降低，试样内部超孔隙气压力值随正应力的增加呈增长趋势（图2b）。（3）高速远程滑坡动态剪切过程中，滑体底部相内部摩擦生热所引起的热孔压效应与底部相渗透性随正应力而降低的共同作用，是导致高速远程滑坡呈现“体积效应”的重要原因。
这一研究成果，近期发表在国际著名地学类自然指数（Nature Index）期刊JGR-Solid Earth上。由于该研究成果实现了对高速远程滑坡“体积效应”这一长期悬而未决的科学问题的半定量研究，揭示了滑坡“体积效应”产生的内在动力学机理，审稿人给予高度评价（图3）：“论文提出的一系列实验和结果是这一领域的一项原创性成果，也是研究大规模远程岩屑流的一个里程碑性成果（My feeling is that the set of experiments and results presented by Wang et al in this manuscript are an original contribution to the field and form a milestone in the study of large run-out rock flows Hence I recommend publication in JGR-Solid Earth.）。”
图1 动态剪切条件下，易贡高速远程滑坡底部相试样等效摩擦系数之正应力相依弱化特性
图2 动态剪切条件下，滑坡底部相试样内部超孔隙气压力与正应力、渗透系数间相关关系
该项研究成果得到了国家自然科学基金委员会地球科学部重点项目和国际（地区）合作与交流项目的资助，是西南交通大学工程地质学科程谦恭所领导的高速远程滑坡科研团队在滑坡动力学研究领域的最新进展；也是该团队继2017年3月份在JGR-Solid Earth上发表论文之后的又一原创性研究成果。
图3 论文审稿意见（部分）
论文详细信息：Wang, Y. F., J. J. Dong, and Q. G. Cheng, Normal stress-dependent frictional weakening of large rock avalanche basal facies: Implications for the rock avalanche volume effect, J. Geophys. Res. Solid Earth, First published: 6 April 2018 https://doi.org/10.1002/2018JB015602
论文链接：https://doi.org/10.1002/2018JB015602
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编辑/齐家成
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