陕西山阳“8.12”大型山体滑坡基本特征及其运动过程分析

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2015年8月12日,陕西省山阳县中村镇碾家沟村发生山体滑坡,近160×10~4 m~3方量的岩土体被结构面切割形成“喇叭状”滑坡体,沿着下伏软弱夹层发生整体滑动,滑动过程中滑坡体与稳定山体发生两次碰撞,最后以“折线型”堆积在大西沟和烟家沟内。滑坡堆积体摧毁并掩埋了18间房屋,造成7人死亡,64人失踪。本文在大量野外地质调查的基础上,结合无人机航拍、D-InSAR等技术,详细描述了山阳滑坡基本特征并对其进行工程地质分区,初步揭示了滑坡的成因机制和运动过程。并利用离散元软件PFC3D,对山阳滑坡运动全过程进行模拟,再现了滑坡体失稳后,在重力作用下沿视倾向启动、碰撞和堆积全过程。取得主要认识如下:(1)编绘了山阳滑坡系列工程地质图件,查明了山阳滑坡的平面、空间特征、滑坡地貌、滑坡堆积体坡度、坡向以及滑坡结构,得到了滑坡的一系列定量数据。查明了滑坡发育条件,山阳滑坡区位于倒转背斜的倒转翼,形成上硬下软的软弱夹层型顺层岩质坡体;地貌上具有利于滑坡发生的临空条件;并且该地区岩溶发育,将滑坡体北侧基本贯通,切割山体形成顺坡向的不稳定块体,山阳滑坡区各种不利地质构造条件为滑坡灾害的发生埋下了隐患。(2)揭示了山阳滑坡的成因机制。山阳滑坡属于典型的顺层岩质斜坡视倾向失稳,早期滑体沿真倾向方向持续发生顺层蠕滑变形,滑坡后缘出现拉张裂隙,滑体前部锁固段应力集中现象明显,且滑体北侧陡倾溶蚀结构面持续扩展贯通,导致滑体整体抗滑力逐渐下降,最终锁固段发生突然性剪切破坏,滑坡启动。由于受到真倾向方向稳定山体阻挡,导致滑体向视倾向方向整体滑出。(3)根据山阳滑坡的运动过程,结合堆积体的地貌特征,将山阳滑坡分为滑源区(I区),主滑堆积区(II区),前缘流动堆积区(III区),后缘扰动崩塌区(IV区)4个大区,并进一步分为11个小区。(4)利用D-InSAR技术对山阳滑坡滑前进行时序地表形变监测,发现滑坡发生前,滑坡体可观测到沿坡向向下的形变,说明滑前滑坡体沿着下伏软弱夹层发生持续蠕变。并结合滑前山阳县月累计降雨量以及降雨强度分析,说明降雨是影响山阳滑坡体滑前发生形变的一项重要影响因素。(5)利用离散元软件PFC3D软件模拟再现了山阳滑坡启滑后的运动全过程,模拟结果显示:山阳滑坡历时35 s,最大速度为36 m/s,平均速度峰值21.5 m/s,动能3.23×1011 J。再现了滑体在运动过程中逐渐解体以及层层超覆现象。通过监测颗粒位移及速度可以发现,不同部位滑体相对于第一碰撞点的高差以及位置的差异,其速度变化趋势以及运动距离都表现出不同的演化特征,上部滑体整体速度最大,并且滑移距离最远,中部次之,下部最小;北侧滑体在运动受阻后,速度骤降并停积在大西沟内,整体滑移距离较短,南侧滑体则受到碰撞制动效应并不显著,在改变运动方向后,速度保持不变甚至具有再次上升的趋势,整体滑移距离较远。基于碰撞恢复系数理论建立了滑体在运动过程中的碰撞耗能模型。(6)通过采用不同摩擦系数与粘结强度模拟山阳滑坡运动,发现堆积体范围主要是由滑动路径上的摩擦系数决定的,与滑坡体粘结强度关系不大,而滑坡体的破裂情况与滑体粘结强度相关性较大;通过监测山阳滑坡滑体运动过程中的粘结键数量,启滑后的15 s内绝大部分粘结键发生破裂,最后破裂粘结键数占粘结总数的99%。(7)山阳滑坡的前期变形破坏过程和启滑后的运动、堆积特征具有明显的阶段性,具体可细分为7个阶段,即滑坡体裂缝发展-贯通阶段、锁固段剪断-滑体启动阶段、整体高速滑动阶段、碰撞“急刹车”制动阶段、拆离-侧向挤滑阶段、二次碰撞抛撒流动阶段和断壁区崩滑阶段。
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