渗流作用下液化诱发水膜导致缓坡长距离流动机制研究——以2018年印度尼西亚苏拉威西地震为例

针对2018年苏拉威西地震中液化诱发的超长距离缓坡（2%坡度）流动破坏现象，研究人员通过瞬态渗流分析，揭示了薄层水膜在层状土体中的关键作用：水膜通过高效传递压力（仅20%水头损失）促使下坡侧扩展，导致盖层沸腾破坏。该研究首次阐明了稳态渗流背景下水膜驱动长距离流动的机制，为液化灾害防控提供了新理论依据。

　　

2018年印度尼西亚苏拉威西岛发生的M_w7.5地震中，超过2000人因缓坡（仅2%坡度）液化引发的碎屑流丧生，这一现象颠覆了传统土力学认知。通常认为如此平缓的地形难以发生长距离流动破坏，但现场调查显示，液化后的松散冲积土层中形成了薄层水膜（water film），成为灾难性流动的关键推手。为破解这一谜题，研究团队通过创新性的数值模拟，首次揭示了稳态渗流背景下液化诱发水膜的动力学机制。

研究采用瞬态渗流分析方法，构建了包含3米低渗透盖层、5米可液化砂层和20米砾石层的二维斜坡模型（坡度2%）。通过设定初始孔隙水压力分布模拟液化状态（Δu=(ρ_sat-ρ_w)gz），并在液化层顶部引入50米长、0.15米厚的高渗透水膜带（k_wf=10^-1 m/s），对比分析有无水膜条件下的压力传递规律。关键技术包括：1）两阶段瞬态渗流计算消除背景压力干扰；2）正交网格有限元模型（5700个单元）精确捕捉水膜边界效应；3）基于印度尼西亚现场土体参数（SPT N<5，DCPT数据）的渗透系数分层设定。

研究结果揭示：

1. 水膜的压力传导机制
   在50米水膜末端，压力头保持Δh=0.8米（理论最大1.0米），仅20%水头损失，显著高于常规渗流（图7c）。这种高效传导使盖层底部产生超临界垂直水力梯度（i_z=Δi_z+0.8），引发沸腾破坏（图10）。

2. 流动扩展的动力学过程
   水膜内水平渗流速度达2×10^-3 m/s（图11a），是周围土体的2000倍。高速水流在膜端形成10米范围的扰动区（图12a），推动水膜向下坡方向延伸。

3. 液化后持续效应
   即使液化停止，残余水膜仍维持压力传递功能（图8b）。计算显示，压力增量分布与液化阶段完全一致（图13c），证明水膜的破坏作用不依赖持续液化。

这项发表于《Soils and Foundations》的研究具有双重突破：理论层面，首次建立渗流-水膜-坡度耦合模型，阐明传统方法无法解释的超长流动机制；应用层面，提出需将水膜效应纳入缓坡液化风险评估体系。正如作者T. Kokusho指出："这种机制在1964年新潟地震中已有端倪，但苏拉威西灾难警示我们，必须重新审视缓坡液化对社会的威胁程度。"研究为地震高风险区的灾害防控提供了新范式——在常规液化评估外，需特别关注层状土体中的水膜生成潜力及稳态渗流背景的影响。