理县西山村冰水堆积体滑坡成因机理研究

摘要

四川理县西山村冰水堆积体滑坡发生于2017年8月初，对当地居民造成一定的财产损失，并威胁坡脚在建汶-马高速公路及居民，关于滑坡成因机理的研究对工程建设、地区灾害防治具有重要意义。通过多期次现场调查、走访以及无人机测绘，结合前期研究数据，目前已基本查明滑坡变形特征、运动过程和主要影响因素，并通过室内直剪试验、动三轴试验、环剪试验对滑坡组成物质动/静力学强度特性进行测试分析，通过颗粒流程序PFC2D对斜坡变形破坏机理进行模拟研究。根据当地气象特征，利用耦合Seep&Slope模式，对当地气候环境下降雨的促滑影响机制进行进一步研究。文章最终得出以下主要结论:
　　(1)研究区冰水堆积体由角砾土、粉质粘土、块碎石土组成，早期历史变形特征明显，如拉裂缝（槽）、蠕滑下错变形以及浅表层滑动破坏等。据近几年INSAR数据统计显示，研究区局部变形仍以不同速率持续发展。
　　(2)西山村滑坡属于蠕滑-拉裂型，形态不规则，结构清晰，滑坡诱发因素为工程爆破，地质环境、历史变形为内在条件，降雨对滑坡持续变形具有一定促进作用，九寨沟地震对滑坡影响微弱。滑坡运动分为5个阶段:①初始地质结构、②诱因激发、整体失稳、③整体蠕滑运动、④滑坡运动多元化发展、⑤变形衰减弱化。
　　(3)滑坡体结构松散，力学强度极低。低垂向应力下，滑带土抗剪强度高于滑床，随垂向应力增大，滑带土抗剪强度小于滑床土。滑床土天然强度参数C:21.83kPa、ψ:27.6°，滑带土天然强度参数C:31.24kPa、ψ:24.7°，饱和后滑床土内聚力降低23.2％，内摩擦角降低33.7％，滑带土内聚力降低50.83％，内摩擦角降低38.7％，滑带土对水敏感性增强。
　　(4)室内不同振幅动荷载条件下，粉质粘土、角砾土未直接破坏，动应变增幅介于0.008～1.46％，角砾土动应变变化幅度略大于粉质粘土;室内动荷载水平下的动应变与振幅之间无明显规律。动荷载对动荷载加载后的试样静力强度有显著影响，且角砾土受动荷载影响程度大于粉质粘土。
　　(5)颗粒流数值模拟结果显示:爆破地震波作用下斜坡模型未出现剧烈宏观变形破坏，无整体滑动迹象，变形以垂直坡面的拉张裂缝和顺层面的剪切裂缝为主，且变形集中于坡体中后缘及陡缓变化段内部。拉裂缝主要位于角砾土层内，剪切裂缝断续分布于粉质粘土、角砾土层界面。
　　(6)通过环剪试验发现，历史变形蠕滑破坏面处残余抗剪强度远小于峰值强度，残余强度参数分别为C:12.63kPa，ψ:20.62°，相比峰值强度指标，C值降低约62.8％，ψ值降低约59.5％。
　　(7)爆破地震波作用下的斜坡变形破坏与历史变形作用、加速度放大作用、震动短持时作用和重力作用有关。爆破地震波作用下斜坡变形破坏可分为三个阶段，即爆破动力触发、动力结构损伤、静力持续变形破坏。爆破动力触发阶段土体结构开始破坏，结构中出现微裂隙，之后裂缝沿颗粒间联结结构发展，瞬时扩张、再闭合，最后爆破地震波结束后在重力作用下持续蠕变运动。
　　(8)滑坡区属于干暖河谷气候，滑坡失稳后降雨主要表现为中、低降雨强度，且降雨持时短。滑坡堆积体渗流场的变化与降雨强度、降雨持时有关，降雨强度低、持时短，堆积体渗流场几乎不受影响，随着降雨强度增大或持时增长，孔隙水压力变化速率提高，表部暂态饱和区范围扩大。
　　(9)堆积体稳定性系数表现出两种趋势。当总降雨量较小，坡体无暂态饱和区或范围小，雨水增加坡体表面土体自重，导致整体稳定性提高，该降雨情况引起的变形主要表现为局部小规模垮塌、拉张变形;当总降雨量增大，暂态饱和区降水的润滑、软化，促使滑坡堆积体稳定性下降，可引发次级滑动变形。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 干暖河谷环境气候特征研究

1．2．2 冰水堆积体基本特征研究

1．2．3 滑坡成因机理研究

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 研究区工程地质环境条件

2．1 气象、水文

2．2 地形地貌

2．3 地层岩性

2．4 地质构造

2．5 水文地质条件

2．7 人类工程活动

第3章 滑坡基本特征研究

3．2 滑坡物质组成及结构特征

3．2．1 物质组成

3．2．2 滑坡结构特征

3．3 滑坡变形特征

3．3．1 历史变形特征

3．3．2 当前变形特征

3．3．3 滑坡变形运动过程分析

3．4 滑坡影响因素评价

3．5 小结

第4章 滑坡组成物质动／静力学特性试验研究

4．1．1 试验原理及方案

4．1．2 试验成果分析

4．2 冰水堆积物动三轴试验研究

4．2．1 试验原理及设备

4．2．2 试验方案

4．2．3 试验过程

4．2．4 试验成果分析

4．3 粉质粘土环剪试验研究

4．3．1 试验原理及设备

4．3．2 试验方案

4．3．3 试验过程

4．3．4 试验成果分析

4．4 小结

第5章 基于PFC2D斜坡变形破坏机理模拟分析

5．2 爆破地震波基本特征

5．3 PFC2D计算模型建立

5．3．1 模型概化

5．3．2 模型参数选取

5．3．3 模型的平衡

5．3．4 波形加载

5．4 爆破动力作用下滑坡变形破坏特征研究

5．4．1 动力变形破坏过程

5．4．2 接触力与变形相关性分析

5．4．3 重力作用变形特征分析

5．5 滑坡形成机理分析

5．6 小结

第6章 降雨促滑影响机制研究

6．1．1 渗流理论

6．1．2 强度理论

6．2．1 模型概化

6．2．2 计算参数及方案

6．2．3 边界条件

6．3 降雨条件下渗流场分析

6．3．1 低降雨强度条件下渗流分析

6．3．2 中等降雨强度条件下渗流分析

6．3．3 不同降雨强度对比分析

6．4 滑坡体降雨-变形发展机理分析

6．4．1 降雨作用下坡体稳定性变化特征

6．4．2 降雨作用下滑坡变形发展机理分析

6．5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果