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斜倾厚层岩质滑坡视向滑动机制研究

冯振  
【摘要】:斜倾厚层岩质斜坡指滑移面倾角大于地形坡度的缓、内倾斜切厚层状单斜岩质斜坡,在中国重庆、湖北、贵州、云南、四川等西南山区分布较广,在各种自然和人为等因素作用下,滑坡崩塌等地质灾害频发,存在大量的安全隐患。由于斜倾厚层岩质斜坡的失稳模式主要以侧向崩塌为主,国内外对于斜倾厚层岩质滑坡视向崩滑的研究较少,且主要集中在地质成因分析研究方面,同时在进行评价分析时也往往简化为平面应变问题。 本论文选择典型斜倾厚层岩质滑坡-鸡尾山滑坡为例,在滑坡的详细工程地质调查基础上,结合岩体结构力学特征的综合研究,获取宏观和细观地质现象,分析了斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的成因。建立了斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的数值计算模型,根据室内试验及经验参数取值,分长期重力蠕滑、岩溶及地下水软化作用、采矿影响三种工况,利用离散元软件3DEC模拟斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的初始变形破坏特征。开展了土工离心模型试验,模拟武隆鸡尾山大型山体滑坡的产生和破坏过程,揭示滑坡的形成机理,分析和验证斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的“后部块体驱动-前缘关键块体瞬时失稳”的失稳模式。根据“后部块体驱动-前缘关键块体瞬时失稳”的失稳机制和滑坡特征,建立斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的三维极限平衡分析力学模型,采用矢量法表示,提出了基于关键块体理论的安全系数计算方法,对鸡尾山滑坡和土工离心模型试验进行了稳定性分析。在对大型岩质斜坡失稳模式分类方法的统计对比分析基础上,综合归纳了岩质斜坡失稳模式识别和判断的方法,提出斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的识别特征。 通过对斜倾厚层岩质滑坡视向滑动机制的研究,本文通过对斜倾厚层岩质滑坡视向滑动机制的研究,从数值模拟、离心模拟及三维极限平衡稳定性分析三方面入手,探讨了斜倾厚层岩质斜坡的失稳破坏机理,丰富了大型岩质斜坡失稳的研究手段,为西南厚层岩质山区地质灾害风险评估和应急救灾提供技术支撑。本论文通过研究,取得了以下主要结论和成果: 1.受地质结构及地形地貌的影响,斜倾厚层岩质斜坡的失稳模式具有复合性。一般而言,在重力作用下,山体初始顺岩层真倾角方向倾向变形蠕动。真倾向方向的蠕滑受阻,由于卸荷作用,破坏形式主要表现为侧向崩塌,崩塌体堆积在次级平台或坡脚,后续可能发展为堆积体滑坡。当斜坡前缘潜在滑面出露,斜坡变形或瞬时启动时由于局部受限,则可能呈现平面旋转滑动破坏。斜倾厚层岩质斜坡的视向滑动破坏则是由于前缘岩体发生瞬时破坏,后部岩体顺层滑动在前缘发生偏转、产生视向滑动的破坏模式。 2.斜倾厚层岩质滑坡视向滑动受地形地貌、岩性组合、岩溶发育、工程扰动、岩体结构等方面因素控制:斜坡单斜构造为滑体视向剪出提供了临空条件;厚层灰岩夹软弱夹层是“上硬下软”的易滑结构;滑坡前缘原始地形为冲沟,岩溶发育强烈,形成强度相对脆弱的视向岩溶发育带;地下采空诱发山体应力调整,加速山体变形,对滑坡边界、平行于陡崖走向的侧向裂缝的形成具有一定的效应;斜坡岩体为层状块裂结构,节理切割,岩溶发育,岩体离散型好,滑动过程中易于解体。 3.土工离心模型试验结果显示,随着离心加速的增大,裂缝应变片由由后缘向前缘顺序破坏,后部驱动块体首先失稳并挤压前缘关键块体,随后关键块体位移出现陡增,发生视向滑动破坏,引起斜坡整体滑动失稳。表明软弱夹层抗剪强度的持续软化和前缘关键块体的瞬时失稳,是斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的主要原因。斜坡的破坏是由后部向前缘发展的,滑坡的初始破坏过程是一个从稳定到失稳渐进发展的过程,斜倾厚层岩质滑坡视向滑动破坏具有后部块体驱动-前缘关键块体瞬时失稳的特征。 4.三维离散元数值模拟显示,蠕滑阶段斜坡坡顶顺层不断增大,前缘关键块体位移较小。随着软弱夹层强度降低,关键块体沿岩溶发育带视向剪切破坏,关键块体位移明显增大,滑体发生整体滑动。表明关键块体控制和阻滑作用明显,斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的初始变形破坏过程,具有后部驱动块体顺层滑移、前缘关键块体脆性剪断的特征,软弱夹层强度降低和关键块体的瞬时破坏是滑坡发生的关键因素。 5.根据“后部块体驱动-前缘关键块体阻滑”的力学机制,对比整体稳定性计算方法,并对土工离心模型试验进行分析,认为基于关键块体控制理论的三维极限平衡分析方法更加合理可靠。关键块体受岩溶发育带及软弱夹层的控制,驱动块体受侧向裂缝和软弱夹层控制,驱动块体和关键块体均为双面滑动,计算中采用不平衡推理传递法,以关键块体的安全系数代表滑体的稳定安全系数。 6.根据地质成因调查、数值模拟、物理模型试验及工程统计类比分析,从地质结构、地形地貌、滑动机制等方面出发,认为斜倾厚层岩质滑坡视向滑动具有五个识别特征,即层状块裂结构条件、山体倾向阻挡条件、临空视向剪出条件、驱动块体下滑条件、关键块体阻滑条件。


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