西南地区深切河谷大型堆积体工程地质研究

摘要

第四纪大型松散堆积体是一种成因多样、组分复杂、结构无序、土石混杂堆积的特殊地质体，与岩（土）体相比，构成堆积体的物质成分变异性很大，且空间结构较为复杂，其衍生地质灾害具有多发性、复发性和随机性特点，受到了地质学界的广泛关注，已成为新的重要研究对象。西南地区地质环境条件复杂，山区河谷地带地质灾害发育，大型堆积体分布广泛，随着社会经济发展，人类工程活动（包括水利水电资源开发、矿山开采、交通建设等）越来越强烈，其强度已超过国内、外其他地区，与堆积体相关的工程地质问题越来越突出，对工程建设的影响越来越明显，是工程开发建设中必须解决好的重要问题之一。因此，对西南地区河谷大型堆积体工程地质特性、稳定性及其成灾特点与防治措施进行系统研究，不仅具有探索性，而且具有重要的现实意义。
　　为研究、探索西南山区复杂地质环境条件下深切河谷大型堆积体工程地质特征、地质灾害问题及其预防治理措施，作者先后参与了20几个涉及大型堆积体问题的水利水电工程地质勘察及堆积体稳定性专题研究工作，参与了野外地质调查、现场试验、成果审核、处理方案评审及堆积体地质灾害应急抢险工作。同时，结合研究课题，开展了以下几个方面的研究:
　　(1)大型堆积体分类研究。结合西南地区地质环境条件及大型堆积体工程地质特征对堆积体进行系统分类。
　　(2)大型堆积体成因机制分析。结合西南地区河谷堆积体发育分布特征，对堆积体的成因机制及时空演化特征进行分析和总结。
　　(3)大型堆积体工程地质综合勘察技术研究。结合大量工程实践，对大型堆积体工程地质勘察技术、实验手段与方法、以及经验教训等进行总结与分析。
　　(4)大型堆积体工程地质特性研究。包括堆积体界面形态、物质构成、结构特征、物理力学性质及强度特征等。
　　(5)大型堆积体变形破坏特征研究。包括堆积体变形破坏特征、失稳模式及堆积体变形的时空效应等。
　　(6)大型堆积体稳定性分析研究。包括堆积体稳定性特征、堆积体工程边坡稳定、库岸再造稳定、地基稳定分析评价及堆积体地质灾害防治措施探讨等。
　　研究紧密结合西南地质环境特征及深切河谷地区水电工程建设实际，以堆积体工程地质分类为基础，以工程地质勘察及试验研究为手段，以大型工程地质特性研究为核心，以大型堆积体稳定问题分析为主线，依托已建、在建或正在进行前期勘测设计的大型水电工程，对20几个典型的大型堆积体工程实践经验进行总结与分析，来研究大型堆积体在工程建设活动（如工程开挖、地基处理、水库蓄水等）条件下的变形稳定性、地质灾害成灾特点及及地质灾害综合防治措施。通过对30余项西南河谷地带大型堆积体专题研究资料、150余项技术文献资料和相关规程规范及学术交流资料的广泛收集、整理和分析，在堆积体工程地质分类、空间分布特征、形成原因分析、勘察技术方法、工程地质特性、变形破坏特征及稳定性分析评价等方面进行了较为全面的分析和研究，结合近年来西南地区水电工程（包括边坡工程、地基工程及水库工程）典型堆积体地质灾害成灾特点、处理措施及实施效果的评价和总结，提出了大型堆积体地质灾害综合防治措施建议。
　　通过以上的研究、分析和总结，取得了具有一定理论创新，并能指导大型堆积体工程勘察与试验、变形稳定性分析及进行有效工程处理的经验方法和成果，具体包括以下几方面:
　　(1)根据西南地区地质环境条件及堆积体地质特征，按堆积体要素进行分类的基础上，提出了按粒度组成、结构特征及空间形态特征等进行的工程地质分类，并从工程实际需要出发，按照“简明实用、从宏观到微观”的原则，首次提出了河谷型大型堆积体三级分类及基于稳定性评价为基础的工程地质综合分类方案。
　　(2)结合对西南地区河谷堆积体空间发育分布规律及动力地质作用的分析与总结，首次提出了西南地区深切河谷大型堆积体灾变成因、多期成因及混合成因机理与时空演化特征。
　　(3)基于对大型堆积体工程地质勘察与试验的实例总结与分析，提出了水电工程不同设计阶段及不同成因大型堆积体勘察技术要求，以及“3S”等新技术为指导，地质测绘为基础，工程物探为辅助，工程勘探为重点，试验研究为支撑、各种手段相互验证”的综合勘察技术方法。
　　(4)对不同成因大型堆积体的物质组成与结构特征及渗透特性进行了综合分析，总结了堆积体物质成分多样性、结构特征不均一性、力学性质差异性及材料介质非连续性等土石混合堆积物特点，提出了堆积体物理力参数选取的综合比较分析方法及典型堆积体抗剪参数参考值，并分析和探讨了堆积体强度特征。
　　(5)在总结不同成因的大型堆积体变形破坏特征的基础上，首次提出了“开挖牵引型、加载推移型、库水作用型、暴雨渗透型、地震促发型、洪水冲刷型及综合诱导型”等七种大型堆积体诱发变形失稳的基本模式，并结合典型工程实例，提出了堆积体变形空间效应与时间效应。
　　(6)对堆积体稳定性影响因数进行分析，总结提出了堆积体具有天然稳定性、潜在不稳定性、动态稳定性及空间稳定性特征;结合工程实例，提出了堆积体工程边坡、库岸再造及地基稳定的安全控制标准及分析评价方法;同时，结合大型堆积体地质灾害成灾特点，探讨了大型堆积体地质灾害综合防治措施。
　　本文研究成果不仅对西南山区河谷水利水电工程、公路工程、铁路工程及矿山工程建设中大型堆积体的勘察、设计、治理与灾害预防具有重要指导意义，而且对西北乃至东南亚目前正在开发或即将开工建设的大量类似工程也具有参考或借鉴价值。本文的研究不仅具有理论研究意义，更具有广泛的实践指导意义。

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 堆积体成因与分类

1．2．2 堆积体综合勘察技术

1．2．3 堆积体物理力学特性研究

1．2．4 堆积体变形破坏模式

1．2．5 堆积体稳定性分析

1．2．6 堆积体地质灾害防治研究

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

1．4 取得的主要成果

第2章 大型堆积体工程地质分类

2．1 西南地质环境特征

2．2 堆积体要素分类

2．2．1 规模大小分类

2．2．2 形成时间分类

2．2．3 成因类型分类

2．2．4 结构特征分类

2．2．5 物质组成分类

2．2．6 稳定状态分类

2．2．7 堆积地点分类

2．2．8 动力成因分类

2．2．9 动力地质作用类型分类

2．3 工程地质分类

2．3．1 按粒度组成分类

2．3．2 按结构特征分类

2．3．3 按空间形态特征分类

2．4 工程地质综合分类

第3章 大型堆积体成因机制分析

3．1 堆积体空间发育分布特征

3．1．1 河谷堆积

3．1．2 断裂活动带堆积

3．1．3 特殊岩性组合堆积

3．2 大型堆积体成因机制分析

3．2．1 动力地质作用分析

3．2．2 大型堆积体综合成因分析

3．2．3 大型堆积体时空演化特征

3．3 典型堆积体成因机制分析

3．3．1 河流深厚覆盖层(堆积体)

3．3．2 大型冰水堆积体

3．3．3 大型混合堆积体

第4章 大型堆积体工程地质勘察与试验研究

4．1 地质勘察内容与要求

4．1．1 不同设计阶段堆积体勘察要求

4．1．2 不同成因堆积体勘察要求

4．1．3 不同地点堆积体勘察要求

4．2 地质勘察技术手段与方法

4．2．1 工程地质测绘与调查

4．2．2 工程地质勘探

4．2．3 工程物探

4．2．4 3S技术

4．2．5 综合勘察技术

4．3 大型堆积体试验研究

4．3．1 试验内容与要求

4．3．2 工程实例分析

4．4 大型堆积体工程勘察经验总结

第5章 大型堆积体工程地质特性研究

5．1 堆积体界面特征

5．1．1 堆积体界面形态特征

5．1．2 堆积体界面结构特征

5．2 堆积体物质组成与结构特征

5．2．1 不同成因堆积体

5．2．2 不同地点堆积体

5．2．3 典型堆积体物质组成与结构特征

5．3 堆积体物理力学特性

5．3．1 物理力学特性参数

5．3．2 堆积体渗透特性

5．3．3 物理力学参数分析与选择

5．3．4 工程实例分析

5．4 堆积体强度特征

5．4．1 堆积体强度影响因数分析

5．4．2 堆积体剪切强度特征

5．4．3 堆积体动力强度特征

第6章 大型堆积体稳定性分析研究

6．1 大型堆积体变形破坏特征分析

6．1．1 堆积体变形特征与失稳模式

6．1．2 典型堆积体变形特征与诱发机理分析

6．1．3 大型堆积体变形的时空效应

6．2 大型堆积体稳定问题分析

6．2．1 堆积体稳定性影响因素

6．2．2 堆积体稳定性特征

6．2．3 堆积体工程边坡稳定性分析

6．2．4 堆积体水库岸坡稳定性分析

6．2．5 堆积体地基稳定性分析

6．3 大型堆积体地质灾害防治措施探讨

6．3．1．大型堆积体地质灾害成灾特点及危害

6．3．2 大型堆积体地质灾害防治措施

结论及建议

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果