多级旋转型黄土滑坡形成演化机理研究

摘要

多级旋转型黄土滑坡因其特殊性、递进性和复杂性成为我国黄土高原地区典型的滑坡灾害类型，本文在概要论述多级旋转滑坡国内外进展的基础上，依托国家科技支撑项目课题“特大型滑坡早期识别及空间预测研究”和中国地质调查局项目“陕西宝鸡地区地质灾害详细调查”，以陕西省宝鸡金台区和甘肃永靖黑方台多级旋转型黄土滑坡为例，采用遥感解译、野外调查、现场勘查、室内试验、数值模拟等方法，重点研究多级旋转型黄土滑坡的形成条件、基本特征、分布规律、破坏模式、成灾机理和稳定性评价，进而探索多级旋转型黄土滑坡风险评估预测方法。 主要研究成果包括： (1)多级旋转滑坡多分布于河流和沟谷侵蚀强烈的黄土塬边地带，其形成条件包括：新构造运动、河流侧蚀作用、高陡斜坡结构和岩土特性；主要诱发因素包括：降雨、灌溉、地震以及季节性冻融作用，其中地下水的作用是最主要的影响因素。 (2)典型多级旋转型黄土滑坡特征表现为：规模大、滑带深、3-5级滑面分层叠置、单个滑面成后缘高陡-中部平缓-前缘微翘的“犁式”结构特征；其变形破坏方式表现为：蠕滑-滑移-拉裂-块体滑动-旋转-逐级扩展，其扩展方式主要包括：扩展式旋转滑动、渐灭式旋转滑动和复合式旋转滑动。 (3)对多级旋转滑坡的滑带地层上新世硬粘土进行综合试验研究。 上新世硬粘土粘粒含量高，粘土矿物以蒙脱石或伊利石/蒙脱石混层矿物为主，有效蒙脱石含量比较高，因而具有很高的物理化学活性，这些特性成为硬粘土不良工程特性的基础，而硬粘土的的裂隙性、超固结性和膨胀性，加之层间剪切带的发育，是灾害发生的主要原因； 无侧限抗压试验、直剪试验、三轴试验和流变试验结果显示，上新世硬粘土是一种硬土-软岩的过渡类型，其应力应变曲线呈强软化-软化型，呈脆性破坏，含水量对硬粘土的强度影响十分明显，峰值、残余强度间存在明显的差值，由加速蠕变到破坏蠕变时间短暂，因此滑坡发生时，突然损失的峰残差值形成下滑推力，导致滑体沿着滑床面瞬间剧烈滑动。 (4)提出了多级旋转滑坡“最小滑坡稳定系数”和“分级叠加”的稳定性评价方法，利用Fellennius法、Bishop法和Sarma法，从滑坡前缘滑体开始依次向后进行叠加，进行块体组合分析，确定最危险滑动块体组合，同时根据稳定性的计算结果可以判断滑坡的运动形式。计算结果显示，Bishop法和Sarma法计算结果相对接近。 (5)利用有限元强度折减法对多级旋转滑坡各个阶段的破坏演化过程进行数值计算分析，得到滑坡失稳及塑性区的发展过程，同时与“分级叠加”极限平衡法的计算结果对比耦合，认为实际工程中可以采用有限元强度折减法对多级旋转滑坡进行叠加计算。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1选题依据与研究意义

1.2国内外研究现状及问题

1.2.1多级旋转型滑坡研究综述

1.2.2黄土滑坡研究现状

1.2.3目前存在的问题

1.3主要研究内容及创新点

1.4本文技术路线

第二章多级旋转型黄土滑坡孕灾地质环境及分布特征

2.1研究区地质环境背景

2.1.1宝鸡金台区地质环境条件

2.1.2黑方台地质环境条件

2.2研究区滑坡类型统计与分析

2.3研究区多级旋转黄土滑坡的发育分布特征

2.3.1滑坡空间分布特征

2.3.2滑坡时间分布特征

2.4多级旋转型黄土滑坡的形成影响因素

2.4.1滑坡地形地貌条件

2.4.2滑坡地层岩性和斜坡结构类型

2.4.3地质构造的影响

2.4.4水的控制作用

2.4.5多级旋转型滑坡影响因素分析

2.5本章小结

第三章典型多级旋转型黄土滑坡基本类型及特征研究

3.1旋转型黄土滑坡基本类型

3.1.1金台区旋转滑坡类型

3.1.2黑方台旋转滑坡类型

3.2多级旋转滑坡变形特征及力学机制分析

3.2.1多级旋转滑坡变形过程

3.2.2多级旋转滑坡力学机制分析

3.3多级旋转滑坡形成演化模式分析

3.3.1扩展式旋转滑坡形成演化模式

3.3.2渐灭式旋转滑坡形成演化模式

3.3.3复合式旋转滑坡形成演化模式

3.4典型多级旋转型黄土滑坡实例分析

3.4.1黑方台黄茨滑坡

3.4.2宝鸡金台卧龙寺滑坡

3.4.3宝鸡金台金顶寺滑坡

3.4.4宝鸡金台刘家泉滑坡

3.5本章小结

第四章多级旋转型黄土滑坡滑带土试验研究

4.1概述

4.2上新世硬粘土的物质组成

4.2.1硬粘土的粒度成分

4.2.2硬粘土的粘土矿物成分

4.2.3硬粘土的物理化学性质

4.3上新世硬粘土的结构特征

4.3.1硬粘土的宏观结构

4.3.2硬粘土的微观结构

4.4上新世硬粘土的物理特性

4.4.1硬粘土的物理性质

4.4.2硬粘土的膨胀性

4.4.3硬粘土的崩解性

4.5上新世硬粘土的力学性质

4.5.1硬粘土的无侧限抗压强度

4.5.2硬粘土的直剪试验

4.5.3硬粘土的三轴压缩试验

4.6上新世硬粘土的流变特性

4.6.1土的流变概述

4.6.2土的典型蠕变特性

4.6.3试验仪器与条件

4.6.4饱和上新世硬粘土三轴蠕变试验结果分析

4.6.5饱和上新世硬粘土流变本构模型建立

4.7上新世硬粘土的工程特性与滑坡的关系

4.7.1水-岩物理作用

4.7.2水-岩化学作用

4.8本章小结

第五章多级旋转型黄土滑坡稳定性分析研究

5.1概述

5.2传统多滑面滑坡稳定性的计算

5.2.1分块极限平衡法的计算

5.2.2三段式楔形体极限平衡法

5.3本章滑坡稳定性计算方法的选取

5.4地下水渗流对滑坡稳定性影响

5.4.1地下水的影响模式

5.4.2考虑孔隙水压力的滑坡稳定性分析

5.5滑坡物理力学参数的选取

5.5.1现场及室内试验法

5.5.2 经验类比法

5.5.3反分析法

5.5.4多级旋转滑坡不同滑动段强度参数的确定

5.6多级旋转滑坡稳定性评价

5.6.1黄茨滑坡稳定性计算

5.6.2卧龙寺滑坡稳定性计算

5.6.3金顶寺滑坡稳定性计算

5.6.4刘家泉滑坡稳定性计算

5.7多级旋转滑坡稳定性分析方法

5.7.1多级旋转滑坡稳定分析方法

5.7.2多级旋转滑坡稳定分析步骤

5.8本章小结

第六章多级旋转型黄土滑坡变形演化机制数值分析

6.1引言

6.2有限元强度折减法

6.3多级旋转滑坡计算模型的建立

6.4多级旋转滑坡数值计算结果

6.5多级旋转滑坡破坏力学机理分析

6.6滑坡稳定性有限元强度折减法与极限平衡法的耦合分析

6.7本章小结

第七章 多级旋转型黄土滑坡成灾风险预测研究

7.1滑坡滑移距离的预测方法概述

7.2多级旋转滑坡滑移距离的分析

7.3多级旋转滑坡风险评估的分析

7.3.1概述

7.3.2滑坡危险性分析

7.3.3滑坡承灾体易损性研究

7.3.4滑坡风险评价

7.4本章小结

第八章结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢