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雅砻江上游互层斜坡深层倾倒变形破坏机制及稳定性评价

王飞  
【摘要】:互层斜坡深层倾倒是雅砻江上游斜坡变形破坏的一类典型模式,其形成机制复杂且发育规模巨大,最大变形深度可达200m以上,已成为制约上游水电开发的重大工程地质问题。深层倾倒的最终破坏是斜坡的倾倒变形演化的产物,具有明显的时效性和阶段性,是一个变形稳定性问题。鉴于传统基于刚性体假设的极限平衡法对深层倾倒稳定性评价的不适用性,遵循一套以工程地质原型研究→机制“概念模型”建立→演化全过程模拟→稳定性评价的系统工程地质分析方法,开展研究区深层倾倒体工程地质特性、变形破坏机制以及稳定性评价方法的研究。这一方法体系的实质,是通过追索斜坡倾倒变形破坏演化全过程及伴随这一过程斜坡稳定性程度的降低,实现对其稳定性现状和未来发展趋势评价和预测的目的。首先,在对原型工程地质环境条件研究的基础上,以雅砻江上游发育的深层倾倒体为典型实例,分析倾倒体的分布规律、发育特征以及形成机制,开展斜坡倾倒变形破坏现象以及模式研究,并建立斜坡倾倒变形破坏机制概念模型;然后,在构建斜坡倾倒工程地质理论模型的基础上,利用UDEC-DM数值方法模拟斜坡变形破坏演化全过程,从而揭示互层倾倒的内在力学机制和时空演化规律;最后,针对斜坡倾倒不同演化阶段的稳定性特征,利用基于演化过程的倾倒变形稳定性评价方法,从变形过程和演化阶段上对深层倾倒体的整体稳定性做出定性、定量评价。通过对研究区深层倾倒体的基本特征、变形破坏机制以及稳定性评价方法的系统研究,主要取得了以下几点研究成果和结论:(1)互层倾倒是雅砻江上游斜坡变形破坏的主要模式,其发育规模巨大,且变形程度剧烈。斜坡岩层自坡内向坡外发生倾倒变形,直至近水平,其最大变形深度可达200m以上。研究区深层倾倒体主要发育于“V”型峡谷河段脊状岸坡的端部,出露岩性为三叠系上统两河口下段(T_3lh~1)变质砂岩夹板岩,斜坡自然坡度一般介于40~70°,岩层倾角约为65~85°;(2)研究区互层倾倒体是内、外因素共同作用下的产物,其形成机制主要受岸坡岩体特性和坡体结构特征的影响。软硬相间的岩性组合、陡倾内的岸坡结构,加之垂直层面密集节理的切割是斜坡发生深层倾倒的控制性因素。此外,河谷演化、风化卸荷以及暴雨地震等外部因素,也对深层倾倒体的形成和演化起到了辅助和触发作用;(3)互层倾倒具有明显的分区性,空间上一个发育完备的倾倒体可以划分为:滑动区(A区)、强倾倒区(B区)、弱倾倒区(C区)以及微新区(D区)4个具有明确地质-力学含义的区域。基于实测数据提出的斜坡互层倾倒定量描述体系,可以作为岩体倾倒变形识别和变形程度分级的基本依据;(4)在叠加有残余构造应力的自重应力场中,互层倾倒是由块体倾覆和板梁弯曲形成的复合倾倒模式,即:硬岩受正交节理控制发生块状-弯曲倾倒,而软岩主要受层面控制发生弯曲倾倒。之后,在倾倒作用下,随着倾向坡外破裂面不断变陡和贯通,斜坡的继续变形将受这些倾向坡外的破裂面所控制,从而转化为蠕滑-拉裂模式。时间上,受河谷下切的影响,互层倾倒的演化过程主要经历了4个演化阶段,即:卸荷回弹陡倾面拉裂阶段,初始变形阶段,板梁根部折断、剪切面贯通阶段以及破坏阶段,并最终转化为蠕滑-拉裂模式形成滑坡。与传统观点不同,该滑面受强变形岩体中倾向坡外的破裂面控制,而并非沿最大弯折带;(5)变形模式的转化是斜坡进入累进性破坏阶段的重要标志。坡表滑动区(A区)的出现意味着斜坡最终破坏的发生,是斜坡最危险的区域,对应于斜坡变形破坏的极限平衡状态。A区的变形破坏模式为蠕滑-拉裂,可以采用传统极限平衡方法来评价该区的稳定性,其稳定性系数介于1.0~1.05,准确评价的关键是底滑面位置的确定;深层倾倒的最终破坏是通过斜坡的倾倒变形演化产生的,具有明显的时效性和阶段性,是一个变形稳定性问题。鉴于传统基于刚性体假设的极限平衡法,对处于倾倒阶段的深层倾倒体的稳定性评价的不适用性,应利用基于演化过程的思路,采用变形稳定性的分析方法,从变形过程和演化阶段上定性、定量评价互层倾倒斜坡的整体稳定性。合理划分变形分区,准确判断演化阶段,是评价互层倾倒稳定性的关键。基于演化过程的变形稳定性评价方法,能有效解决互层倾倒稳定性评价问题;(6)介于互层倾倒变形破坏的长期性和阶段性,其治理也应基于演化的思维,针对不同演化阶段坡体采用不同的治理措施。A区未出现之前,斜坡仍处于倾倒变形阶段,主要以表层的崩滑为主。对于这类倾倒变形体的治理,应遵循“监测为主、治理为辅”的原则;A区出现以后,则应采用适当的支挡措施,同时加强斜坡排水。当变形深度较大,治理措施难以实施时,也可采用监测手段,做好预警预报工作。


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