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基于现场监测的降雨型堆积层滑坡水文响应及稳定性研究

李军  
【摘要】:陕西省秦巴山区作为我国地质灾害多发地区之一,降雨诱发的滑坡灾害长期严重影响该地区人民正常生产活动及阻碍该地区经济建设发展,为此本文依托中国地质科学院探矿工艺研究所项目,在野外详勘、地质测绘、物探、勘探及填图等多种技术手段以及大量室内试验的基础上,以陕西省秦巴山区晒纸梁滑坡为典型坡体,基于滑坡多因素监测数据,分析降雨条件下斜坡土体水文响应规律和渗流机理,并揭示坡体变形机理及变形模式,同时利用Geostudio软件进行模拟验证上述规律,主要取得如下成果:1.通过野外综合勘探和室内物理力学试验,综合评判并选定合理的监测坡体,并对斜坡土体性质及分层特性进行探讨,同时建立了一套全方位、高精度、自动化多因素气象水文和GPS/BDS地表变形位移相结合的综合实时监测分析系统;2.利用气象水文实时监测系统,对坡体水文响应和渗流机理进行了详细的分析:(1)降雨量及温湿度分布规律:降雨主要集中在5月-9月,尤其是6月-7月降雨频率最为集中,强度最大,而10月-次年4月,降雨频率相对较低,强度相对较小;温度表现为4-7月波动式上升,7月和8月保持较高温度两个月,从9月份开始,温度表现为波动式降低;该地区总体湿度较高,空气湿度与降雨量呈正相关,与温度呈负相关;(2)体积含水量重分布特征:在降雨条件下,降雨强度、持时与影响的土层深度成正比;土体形成的最高体积含水量与土层深度、降雨强度成正相关;同时证实了裂缝的存在将影响监测区域饱和非饱和分区,由此解释了秦巴山区浅表层滑坡多发机理,即滑带通常位于土体饱和非饱和分层界面处;(3)体积含水量响应速度分析:正常情况下,土体对雨水的响应速度与深度呈反比,而当土层存在优势渗流面时,深部土层较浅部土层的体积含水量响应速度更快;(4)暂态饱和区分析:坡上区域相对坡下区域稳定性较高,主要因为持续性高强度降雨条件下,坡下表层土出现暂态饱和区,而坡上区域表层土质疏松,裂缝较多,蒸发排泄相对容易,致使暂态饱和区不会出现在坡上区域土体表层;(5)基质吸力与体积含水量变化关系:体积含水量越小,基质吸力越大,最大基质吸力往往存在于表层土中,且基质吸力变化与降雨事件的发生趋于同步,而针对深层饱和土体,孔隙水压力随首次连续降雨的发生有一定的滞后性,滞后时间约1-2天,且持续高强度降雨会使孔压出现突变现象;(6)地下水位变化规律分析:随着降雨发生,坡上区域地下水位有所上升,而坡下区域地下水位高程基本保持不变,但坡体整体水位埋深较深,对坡体稳定性基本没有影响;3.利用GPS/BDS地表变形位移实时监测系统,对滑坡三个维度变形位移进行了详细的分析并总结滑坡变形机理和变形模式:(1)在高程方向上,坡体前缘和中下部较其它部位变形量大,是典型的牵引式滑坡变形特征。在干湿循环条件下,坡体稳定性表现为间断性缓慢滑动特点,其中基质吸力的增大有利于坡体整体稳定性,而暂态饱和区的出现可加速坡体变形;(2)在水平方向上,坡体各部位变形量均较小,判定该坡体在水平方向上没有滑动的趋势。4.在充分还原坡体现场工程地质条件和水文气象条件所构建的计算模型和边界条件基础之上,运用Geostudio软件对不同降雨历时渗流场、不同深度土层孔压变化规律以及降雨条件下坡体稳定性进行全面模拟和详细分析,所得结果验证了第四章和第五章相关结论的可靠性。


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