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三峡库区侏罗系红层泥岩和砂岩中发育有大量的顺层基岩滑坡,滑动面很缓,倾角为5~8°。对于这类型滑坡,如果从力学平衡观点出发,用滑面抗剪强度和滑动力的简单比较,难以解释其启滑机制,因此,有的学者从暴雨的外部因素解释其触发机制,有的学者则从内部物质因素解释,显然这些都不能代表其全部成因。本论文在降雨条件下从软岩流变的角度去研究滑坡的形成过程,即研究滑坡是如何从蠕滑到整个滑面的形成,再到其发生的过程。将滑坡的外部触发因素和内在物质原因结合起来对上述缓倾角滑坡的启滑机制进行全面解释。本论文以天台乡滑坡为研究对象,在收集滑坡勘查资料和研究成果(包括地质图、地形图、物理力学性质和水文地质实验资料、监测资料、气象资料、研究报告等)的基础上,对天台乡滑坡进行深入的野外调研,包括地质构造、地层组合关系、地下水的入渗和排泄情况。采用探槽对天台乡滑坡滑带软岩进行勘探,采取软岩定向样品,在室内浸水条件下,对滑带软岩定向样品(岩样)作流变实验与剪切实验,研究滑带软岩软化作用与水—岩耦合蠕滑规律。结合已有的岩土体本构模型—伯格斯模型(Burger-model),应用最小二乘法对流变试验数据拟合分析,确定软岩的流变参数。在流变实验与剪切实验获取参数的基础上,广泛收集软岩、尤其是红层软弱夹层的各类强度、变形参数,包括饱和或天然容重、抗剪强度、泊松比、弹性模量、抗拉强度等。最后,建立天台乡滑坡的降雨启滑地质模型,采用Flac3D 有限元软件模拟滑坡由蠕滑到滑动的整个过程,从而解释其最初启滑机制。
通过以上研究工作,得出以下结论:
(1)天台乡滑坡位于五宝场背斜东翼和平楼山向斜之间,其地层组合为第四纪松散堆积体、侏罗系遂宁组暗红色砂质泥岩和浅灰色泥质砂岩。其中第四纪松散堆积体和泥岩构成滑坡滑体,砂岩构成滑坡滑床。滑坡滑带分布于靠近砂岩层的泥岩中。
(2)通过室内直接剪切试验研究,得出天然状态下泥质粉砂岩的剪切强度为: c=1.382MPa、ψ=40.9°;泥岩的剪切强度为:c=0.998MPa,ψ=31.42°。
(3)通过室内长达八个月的软岩剪切流变试验研究,最后应用Burger本构模型对流变试验曲线进行拟合分析,得出泥质粉砂岩和泥岩的流变力学模型:
(4)滑坡体特殊的地质条件决定了该滑坡体的形成。该滑坡体后缘泥岩层出露于地表,在长期的自然地质变化过程中,反复经历了天然—饱和、饱和—天然的过程。鉴于泥岩的易崩解性,这样反复的地质作用,致使后缘泥岩层有大量的裂隙发育。在降雨条件下,特别是持续时间长、强度大的暴雨条件下,滑坡后缘裂隙水压力为滑坡滑动提供了推力,从而导致滑坡稳定性降低。
(5)从数值模拟的结果分析可以看出,降雨条件下, x方向的应力、位移、以及斜坡体的应变较天然情况大;z 方向的应力较天然情况小。
(6)通过对天台乡滑坡未滑前地质剖面的数值模拟,结合滑坡的特殊地质条件分析,最后得出该滑坡的启滑机制:在长期的地质作用下,滑坡的滑动面是先从后缘贯通形成,然后是前缘部分滑面贯通形成,滑体中部间断,即滑坡体中部有一阻滑段。持续时间长、降雨强度大的暴雨条件,不仅使滑坡天然水位迅速抬升,整个滑体得到近饱和,而且使得滑坡后缘裂隙水压力急巨增大。裂隙水压力、水塘静水压力、饱和水位下孔隙水压力为滑坡下滑提供推力,使得滑坡体中部阻滑段完全贯通,滑坡发生。
论文从软岩流变的角度研究了天台乡滑坡的启滑机制,表明了滑坡软岩对于滑坡的形成起控制性的作用,滑坡后缘泥岩层裂隙水压力为滑坡的滑动提供了动力。论文研究对于库区其它顺层基岩滑坡的启滑机制提供了解释,同时对于该类型滑坡的防治工作具有指导意义。