本研究报告基于发表于《Engineering Geology》期刊2025年第351卷的文章“failure process analysis of a catastrophic landslide in zhenxiong triggered by prolonged low-intensity rainfall using centrifuge tests”。该研究由来自上海交通大学海洋工程国家重点实验室的王前宽、邢爱国、刘一苇、庄宇、Muhammad Bilal，以及中国地质科学院地质力学研究所的李斌（通讯作者）共同完成。

本研究属于工程地质学与地质灾害防治领域，旨在阐明在脆弱地质条件、长时间低强度降雨与地下水渗流耦合作用下，斜坡的失稳破坏过程。研究背景在于，降雨是诱发远程高速滑坡的最常见因素，然而，由长时间低强度降雨触发的滑坡灾害及其破坏力常被低估。2013年1月和2024年1月，云南省镇雄县接连发生赵家沟滑坡和凉水村滑坡等灾难性事件，均造成超过40人遇难，且均发生在镇雄地区特有的冬季“连阴雨（雪）季”，即长时间低强度降雨时期。这些事件引发了研究人员的极大关注。因此，本研究旨在通过离心机模型试验、环剪试验和遥感解译等多种手段，深入探究赵家沟滑坡的触发机制、破坏过程、高流动性成因以及灾后变形演化，以揭示长时间低强度降雨在诱发和加剧滑坡灾害中的关键作用，并为类似地质与气候条件下的灾害防治提供科学见解。

研究的详细工作流程可归纳为四个主要部分，环环相扣。 第一部分：实地地质调查与资料分析。 首先，研究团队对2013年赵家沟滑坡进行了详细的现场勘查。调查内容包括滑坡区地形地貌（如“靴形地形”）、滑坡运动路径（总长约800米，堆积体积约40万立方米）、地质构造（乌蒙山区构造活跃，断裂发育）、地层岩性（上二叠统至第四系地层）以及水文地质条件。关键发现包括：滑坡源区存在汇水沟谷和丰富的张裂隙，为地表水下渗提供了通道；在源区上游和陡崖处有孔隙水和泉水出露，表明区域地下水补给充足，滑体内存在稳定的地下水渗流（流量约1-2升/秒）。此外，还分析了镇雄地区的气候特征，特别是1月份因冷空气受阻抬升形成的“连阴雨（雪）季”，其特点是降雨强度低但持续时间长，虽总雨量不大但利于水分缓慢下渗补给地下水。这些实地数据为后续物理模型试验的构建提供了精确的原型依据和参数设定。 第二部分：离心机模型试验设计与实施。 这是本研究的核心创新环节。为了直观再现赵家沟滑坡在长时间低强度降雨和地下水渗流耦合作用下的渐进破坏全过程，研究团队设计并开展了一系列高精度的离心机模型试验。 1. 模型构建： 试验采用CKY-200型离心机（最大加速度200g）。模型箱尺寸为100 cm × 40 cm × 80 cm，一侧为透明有机玻璃以便观察。根据赵家沟滑坡源区形态，按相似比n=80（对应原型尺寸74.4 m × 32 m × 40 m）建立了包含残坡积层、剪切带（滑带）和基岩的斜坡模型。残坡积层土样采自现场，在最优含水量（30%）下分层压实以匹配原型密度。基岩采用水泥、石膏和重晶石粉混合物模拟。特别地，为了准确模拟现场观测到的低摩擦系数剪切带，研究团队创新性地采用了分层模拟方法：在基岩界面的张裂段使用双层土工布模拟；而在缓坡段的粘土段，则使用从现场采集的、厚度为5毫米的粘土层进行模拟。模型填料的颗粒级配曲线通过等效替代法和相似级配技术进行了调整，以确保与原型材料的相似性。 2. 降雨与地下水模拟系统的开发： 这是试验的关键技术难点。为了实现离心场中的长时间低强度降雨模拟，研究团队设计了一套降雨系统：在斜坡中线上方均匀布置6个介质雾化喷嘴，通过调节气压控制雾化水滴的强度，有效模拟了低强度、长时间降雨（模型降雨强度40 mm/h，对应原型0.5 mm/h）。地下水渗流模拟则采用一套自主研发的“地下水动态模拟系统”：该系统通过电磁阀控制储水桶与地下水管道（3根聚乙烯软管，直径8毫米，沿剪切带布设，开孔间距2.5厘米，外包四层纱布以满足渗流要求）的连接，从而在模型中实现可控的地下水补给（模型流量1.5 L/min，对应原型1.125 L/s）。 3. 监测方案： 试验过程中布设了全面的监测系统。包括：6个孔隙水压力传感器（布设于坡体表面、内部及剪切带附近，用于监测孔隙水压力变化）、4个激光位移传感器（布设于坡面中线，用于测量地表变形）、数码相机和高速摄像机（用于记录坡体宏观破坏过程）。此外，为了追踪模型内部位移场，还在坡体内部不同位置分层埋设了标记点。 4. 试验流程： 离心机试验分三个阶段进行：加速阶段（分级增至80g并稳定）、地下水阶段（开启地下水模拟系统，以恒定流量补给）、降雨阶段（开启雾化喷嘴模拟降雨）。通过监测传感器数据和高清影像，全程记录了坡体从初始变形、局部破坏到整体失稳滑动的动态过程。 第三部分：环剪试验与土工特性分析。 为了探究赵家沟滑坡高速远程运动的机理（即高流动性成因），研究团队对滑坡剪切带土样进行了室内环剪试验（Ring Shear Test）和基本土工试验。环剪试验在饱和不排水条件下进行，施加200 kPa的初始应力，剪切速率为0.1 mm/s。基本土工试验则测定了土样的密度、孔隙率、含水量、液塑限等指标，结果显示滑坡区土体具有高孔隙率（51.3%）和高含水量（45.4%）的特性，易于在剪切过程中发生液化。 第四部分：遥感解译与灾后变形分析。 为了评估滑坡发生十余年后周边山体的稳定性，研究团队利用2023年12月14日至2024年1月19日（正值连阴雨季节）的Sentinel-1卫星SLC影像，采用差分干涉合成孔径雷达（D-InSAR）技术，对赵家沟滑坡及周边区域进行了地表形变监测与解译，以识别潜在的不稳定区域。

研究取得了多项重要结果，逐步揭示了滑坡的完整链条。 离心机试验结果： 试验成功再现了赵家沟滑坡的渐进式牵引-滑动破坏模式。具体过程为：1) 坡脚局部坍塌： 在地下水渗流阶段，地下水沿剪切带渗流并在坡脚出逸，导致坡脚土体发生局部侵蚀和坍塌（位移传感器L4记录到突增7mm的位移）。2) 坡体中部拉裂： 进入降雨阶段后，降雨入渗增加了整个坡体的含水量，孔隙水压力普遍上升（传感器P1-P6均显示显著变化），有效应力降低。坡体中部出现明显的拉张裂缝，并逐渐向下延伸。3) 整体失稳滑动： 随着拉裂缝与剪切带贯通，形成从坡面到剪切带再到坡脚的稳定优势渗流通道。坡体后缘因有效应力持续降低而发生显著沉降（传感器L1位移增加），最终导致滑动面完全贯通，整个坡体沿剪切带发生整体滑动，呈现典型的牵引式滑坡特征。内部位移场分析进一步揭示了坡脚、坡中及后缘三个区域的变形差异，并识别出浅表、中后部及沿剪切带分布的三条潜在滑动面。 环剪试验与流动性成因分析结果： 基本土工试验证实了滑坡物质的高孔隙和高含水特性。环剪试验结果清晰地展示了土体在剪切过程中的液化行为：在剪切位移线性增长阶段（S2阶段），孔隙水压力急剧上升至总应力的85%，同时剪切强度骤降至最低。这表明在高速滑动过程中，松散土体结构因剪切破坏而失稳，产生强烈的孔隙水压力，导致剪切带土体发生液化（Shear Liquefaction）。液化作用极大降低了滑带土的残余强度，从而显著增强了滑体的流动性和运动距离。这解释了为何体积相对较小的赵家沟滑坡（约40万立方米）能造成与体积大得多的滑坡（如文家沟、鸡尾山、水城滑坡）相当的惨重伤亡——高流动性放大了其破坏力。 潜在触发因素与灾后稳定性结果： 结合气象数据分析，研究指出滑坡发生前经历了降雪、融雪再冻结的过程。融雪水下渗补给坡体，而后续的持续低温可能堵塞了坡体内的原有渗水点，导致地下水排泄受阻、水位抬升，加剧了坡体饱和。在脆弱地质结构、长时间低强度降雨（及融雪）入渗、地下水渗流抬升的共同耦合作用下，高孔隙率的残坡积土体发生蠕变，潜在滑动面逐渐形成并最终失稳。D-InSAR遥感解译结果表明，即使在滑坡发生十多年后，赵家沟滑坡区及其周边位于滑坡山脉东北坡的多个区域仍存在显著形变区，表明该区域在脆弱地质条件和前期滑坡扰动的共同影响下，受连阴雨季节坡体饱和及渗流侵蚀作用，仍处于缓慢蠕变的不稳定状态，存在再次发生滑坡灾害的风险。

本研究的主要结论可概括为以下几点：第一，长时间低强度降雨，尤其是在与脆弱地质条件和地下水渗流耦合时，具有触发如赵家沟滑坡这样的高速远程灾难性滑坡的潜力。降雨入渗和地下水渗流会降低坡体土的有效应力，导致抗剪强度下降，引发失稳。第二，在上述多因素耦合作用下，斜坡经历“坡脚局部坍塌→坡体中部拉裂→整体滑动”的牵引-滑动式渐进破坏过程。第三，在高速运动过程中，剪切带土体发生剪切液化，显著增强了滑体的流动性，这是赵家沟滑坡虽规模不大但破坏力极强的关键机理。第四，赵家沟滑坡区域仍不稳定，需进行长期连续监测以防范再次灾害。 本研究的科学价值在于，首次通过精密的离心机物理模型试验，直观、定量地揭示了长时间低强度降雨与地下水渗流耦合触发深层基岩滑坡的渐进破坏全过程，弥补了该领域物理模型实验研究的不足。其应用价值在于，提醒防灾减灾工作需高度重视非极端天气下的长时间低强度降雨过程，特别是在地质脆弱区，应加强对区域水文条件变化的系统研究和监测预警，并提前在汇水区实施地下水排泄等工程措施。研究为理解全球其他具有独特地质环境和气候条件的地区发生的类似滑坡灾害提供了重要的机理参考和案例借鉴。 本研究的亮点突出：首先，研究方法的创新性：自主研发了适用于离心机试验的长时间低强度降雨模拟系统和地下水动态模拟系统，成功实现了多场耦合作用的物理模拟，技术手段先进。其次，研究对象的典型性与特殊性：聚焦于发生在冬季连阴雨季节、由低强度降雨触发的灾难性滑坡，揭示了常被忽视的灾害触发机制，具有重要的警示意义。第三，多技术手段的综合运用：将离心机模型试验（揭示破坏过程）、环剪试验（揭示流动性机理）、遥感监测（评估长期稳定性）和详细的地质调查有机结合，形成了从触发、运动到后续评估的完整证据链，研究系统而深入。第四，重要的科学发现：明确了“长时间低强度降雨+地下水渗流+脆弱地质”的耦合触发模式，以及“剪切液化”在增强滑坡流动性中的核心作用，对完善降雨型滑坡理论具有重要贡献。