理县西山村冰水堆积体滑坡成因机理研究

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四川理县西山村冰水堆积体滑坡发生于2017年8月初,对当地居民造成一定的财产损失,并威胁坡脚在建汶-马高速公路及居民,关于滑坡成因机理的研究对工程建设、地区灾害防治具有重要意义。通过多期次现场调查、走访以及无人机测绘,结合前期研究数据,目前已基本查明滑坡变形特征、运动过程和主要影响因素,并通过室内直剪试验、动三轴试验、环剪试验对滑坡组成物质动/静力学强度特性进行测试分析,通过颗粒流程序PFC2D对斜坡变形破坏机理进行模拟研究。根据当地气象特征,利用耦合Seep&Slope模式,对当地气候环境下降雨的促滑影响机制进行进一步研究。文章最终得出以下主要结论:  (1)研究区冰水堆积体由角砾土、粉质粘土、块碎石土组成,早期历史变形特征明显,如拉裂缝(槽)、蠕滑下错变形以及浅表层滑动破坏等。据近几年INSAR数据统计显示,研究区局部变形仍以不同速率持续发展。  (2)西山村滑坡属于蠕滑-拉裂型,形态不规则,结构清晰,滑坡诱发因素为工程爆破,地质环境、历史变形为内在条件,降雨对滑坡持续变形具有一定促进作用,九寨沟地震对滑坡影响微弱。滑坡运动分为5个阶段:①初始地质结构、②诱因激发、整体失稳、③整体蠕滑运动、④滑坡运动多元化发展、⑤变形衰减弱化。  (3)滑坡体结构松散,力学强度极低。低垂向应力下,滑带土抗剪强度高于滑床,随垂向应力增大,滑带土抗剪强度小于滑床土。滑床土天然强度参数C:21.83kPa、ψ:27.6°,滑带土天然强度参数C:31.24kPa、ψ:24.7°,饱和后滑床土内聚力降低23.2%,内摩擦角降低33.7%,滑带土内聚力降低50.83%,内摩擦角降低38.7%,滑带土对水敏感性增强。  (4)室内不同振幅动荷载条件下,粉质粘土、角砾土未直接破坏,动应变增幅介于0.008~1.46%,角砾土动应变变化幅度略大于粉质粘土;室内动荷载水平下的动应变与振幅之间无明显规律。动荷载对动荷载加载后的试样静力强度有显著影响,且角砾土受动荷载影响程度大于粉质粘土。  (5)颗粒流数值模拟结果显示:爆破地震波作用下斜坡模型未出现剧烈宏观变形破坏,无整体滑动迹象,变形以垂直坡面的拉张裂缝和顺层面的剪切裂缝为主,且变形集中于坡体中后缘及陡缓变化段内部。拉裂缝主要位于角砾土层内,剪切裂缝断续分布于粉质粘土、角砾土层界面。  (6)通过环剪试验发现,历史变形蠕滑破坏面处残余抗剪强度远小于峰值强度,残余强度参数分别为C:12.63kPa,ψ:20.62°,相比峰值强度指标,C值降低约62.8%,ψ值降低约59.5%。  (7)爆破地震波作用下的斜坡变形破坏与历史变形作用、加速度放大作用、震动短持时作用和重力作用有关。爆破地震波作用下斜坡变形破坏可分为三个阶段,即爆破动力触发、动力结构损伤、静力持续变形破坏。爆破动力触发阶段土体结构开始破坏,结构中出现微裂隙,之后裂缝沿颗粒间联结结构发展,瞬时扩张、再闭合,最后爆破地震波结束后在重力作用下持续蠕变运动。  (8)滑坡区属于干暖河谷气候,滑坡失稳后降雨主要表现为中、低降雨强度,且降雨持时短。滑坡堆积体渗流场的变化与降雨强度、降雨持时有关,降雨强度低、持时短,堆积体渗流场几乎不受影响,随着降雨强度增大或持时增长,孔隙水压力变化速率提高,表部暂态饱和区范围扩大。  (9)堆积体稳定性系数表现出两种趋势。当总降雨量较小,坡体无暂态饱和区或范围小,雨水增加坡体表面土体自重,导致整体稳定性提高,该降雨情况引起的变形主要表现为局部小规模垮塌、拉张变形;当总降雨量增大,暂态饱和区降水的润滑、软化,促使滑坡堆积体稳定性下降,可引发次级滑动变形。
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