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黑方台滑坡机理及防治对策研究

潘攀  
【摘要】:由于黄土特殊的物理力学性质,在水的作用下极易产生地质灾害。我国西北地区黄土台塬就有大量因农业灌溉诱发的滑坡灾害,造成了巨大的生命和财产损失,甘肃省永靖县黑方台就是其中的典型代表。本文以黑方台黄土滑坡为研究对象,分析了研究区的地质环境条件和滑坡灾害特征,检测了台缘地下水渗流场,发现了黄土滑坡周期性复发和规模逐渐扩大的原因,揭示了黄土滑坡演化过程,提出并实施了虹吸排水和浅埋盲沟相互结合的滑坡治理措施。论文研究获得了以下主要成果:(1)现场调查发现了台缘黄土滑坡周期性同位复发现象及其成因机理。台缘黄土滑坡普遍具有陡峭的后壁及圈椅状的后缘形态,表现为原位继承性溯源扩展式滑动,往往一处形成了滑坡,后续会接二连三地在相同位置附近产生破坏,滑坡后缘持续性地向台缘内部延伸。滑坡剪出口均位于黄土层与下伏粘土隔水层交界面处,沿坡脚土层交界面附近渗出地下水,滑坡堆积体被坡脚渗出地下水形成的径流快速搬运,导致滑坡堆积体快速消失而保持坡脚临空地条件,这是导致黄土滑坡同位周期性复发的基本原因。(2)滑坡形成的负地形有利于地下水的外渗,现场测试结果显示地下水渗流方向指向滑坡后壁的弧面圆心附近。滑坡与地下水的排泄有密切联系,台缘滑坡破坏面处的地下水渗出量远高于平台其他未发生滑坡的位置,早期滑坡形成的内凹地形,使得地下水流向发生偏转。采用地下水流速流向仪进行现场测试,结果表明滑坡后缘附近区域地下水的流向近似指向早期滑坡后壁圆弧的圆心,并在坡脚附近集中排泄。(3)揭示了坡脚渗流掏蚀诱发滑坡机理及其滑坡规模的发展变化规律。研究区黄土滑坡最为关键的诱发因素是坡脚的渗流掏蚀,在地下水渗流侵蚀作用下,坡脚逐渐产生渗流破坏形成空腔,随着坡脚破坏范围的扩展,上覆土层失去支撑进而产生失稳垮塌,地下水渗出量则因负地形条件而进一步增大,坍塌体被地下水渗出形成的地表径流搬离坡脚产生新的临空条件,为滑坡的复发创造了有利条件。数值模拟揭示了最初的滑坡呈现垂直滑动面和小规模破坏特征,随着滑坡不断向台塬内部延伸,滑坡的规模逐渐扩大,并且逐渐呈现圆弧状的滑动面。(4)现场测试应用论证了虹吸排水的有效性。降低台缘斜坡地下水位是防治滑坡灾害的基本需要,可以减小渗透力和坡脚地下水渗出的径流量,现场虹吸排水适用性测试研究表明,虹吸排水技术能够克服黑方台地区的不利气候和地理环境条件,虹吸孔内地下水位长期保持在虹吸极限扬程附近的低水位状态,虹吸排水可以对黄土斜坡地下水起到一定的下降作用,各监测孔的地下水位普遍降深0.2~0.5m,可有效提高坡体的稳定性。(5)提出了虹吸排水和浅埋盲沟相结合的治理方案,填补了研究区尚无可靠有效滑坡防治措施的空白。受黄土渗透系数低的制约,利用2~3m间距的钻孔进行虹吸排水可控制地下水位上升,但不足以抑制坡脚地下水出露区的渗流侵蚀作用。基于平面势流理论的分析计算结果显示,要单纯依靠虹吸完全实现地下水的截排,实现控制坡脚地下水外渗对坡脚的掏蚀作用,要求钻孔间距减小到0.2m左右,显然不够经济。因此,提出利用虹吸排水控制坡体地下水位继续上升和实施坡脚浅埋盲沟控制坡脚水流掏蚀坡脚相结合的治理方案,并在原黑台焦家13#滑坡削方平台实施取得到了显著效果。


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