河南省西部的洛阳市和三门峡市位于我国地势第二级阶梯向第三级阶梯的过渡地带,地形起伏大,地质条件和边坡赋存环境复杂,为滑坡灾害易发区。锁固型滑坡具有突发性破坏特征,致灾能力强,危害范围广,且锁固段位置、数量、类型具有隐蔽性,尚无准确的锁固型滑坡识别方法。豫西锁固型滑坡类型及分布特征尚未完全查明,其灾变过程及失稳机理有待进深入揭示,以提高防灾减灾能力。据统计分析,降雨是豫西滑坡失稳的主要外部因素,因此,开展降雨诱发豫西锁固型滑坡演化机理研究具有重要的科学与实践意义。本文以豫西锁固型滑坡为研究对象,通过调查与分析、大尺寸室内模型试验、数值分析等手段,阐明了豫西地区滑坡灾害的孕灾环境,提出了锁固型滑坡分类与识别方法,揭示了豫西锁固型滑坡灾变过程与失稳机理,建立了豫西锁固型滑坡演化状态识别判据。论文主要研究内容与成果包括以下几个方面:(1)豫西滑坡灾害孕灾环境通过现场调查、资料收集,分析了豫西滑坡灾害孕灾环境,阐明了主要的地质环境条件,如地形地貌、岩土体类型、坡体结构等与滑坡灾害分布的关系。结果表明:豫西滑坡坡体结构包括五类;砂岩、泥岩及各类软弱岩土体是豫西滑坡灾害主要孕灾岩土体;边坡高度、坡型、坡度等对豫西滑坡灾害分布影响显著;降雨与人类活动是豫西滑坡灾害的重要诱发因素。(2)豫西锁固型滑坡分类与识别方法通过对豫西地区典型滑坡灾害发育特征进行分析,将豫西地区锁固型滑坡分为三类:前缘反倾式锁固型滑坡、中部岩墙式锁固型滑、束口式锁固型滑坡。前缘反倾式锁固型滑坡多为碎石土-基岩接触型,斜坡前缘存在一组或多组倾向与斜坡潜在滑动方向相反的岩层,构成前缘反倾式锁固段。中部岩墙式锁固型滑坡发育于上软下硬的二元地层结构中,在滑体中部潜在滑面位置存在较坚硬岩体,构成中部岩墙式锁固段。束口式锁固型滑坡在平面上具有上宽下窄的形态特征,窄口处左右两侧存在强度相对较高的岩土体,构成束口式锁固段基座。综合对比各类锁固型滑坡地质环境条件与失稳过程,发现同类型的锁固型滑坡具有相似的物质组成、坡体结构、失稳模式、演化特征,不同类型的锁固型滑坡则在上述方面存在明显差异,提出了综合考虑滑坡发育特征与演化特征开展锁固型滑坡识别的方法。(3)降雨诱发锁固型滑坡失稳演化过程基于豫西锁固型滑坡分类,构建了降雨诱发锁固型滑坡失稳的大尺寸模型试验装置,将锁固段由概念模型转化为物理模型,综合运用三维激光扫描仪、无人机载高清摄像机、微型孔隙水压力计与土压力计等测试技术,获取锁固型滑坡失稳演化全过程的多元信息。通过开展多组大尺寸物理模型试验,再现了降雨诱发无锁固段滑坡、前缘反倾式锁固型滑坡、岩墙式锁固型滑坡、束口式锁固型滑坡失稳演化全过程。试验结果表明:无锁固段滑坡前缘垮塌现象显著,主要表现为前缘牵引引起的台阶式滑动;前缘反倾式锁固型滑坡坡体各部分变形协调,表现为后缘推移式滑动破坏;岩墙式锁固型滑坡和束口式锁固型滑坡演化过程相似,滑体中部岩墙式锁固段和束口式锁固段对滑坡稳定性控制作用显著,表现为前缘牵引-后缘推移-中部锁固的特征。(4)基于坡面变形特征构建锁固型滑坡演化状态识别判据试验过程中通过三维激光扫描仪记录得到了坡面整体变形与特征点位移-时间曲线,结果表明:滑体变形经历了基本稳定和加速增长两个阶段,坡体变形分布与位移加速增长速率对滑坡失稳破坏具有预示作用。无锁固段滑坡前缘加速增长早于中、后部。前缘反倾式锁固型滑坡前、中、后部各特征点变形规律一致,同时进入加速增长阶段,且速率基本一致。中部岩墙式和束口式锁固型滑坡前缘和后缘先于中部出现加速增长,而中部位移加速增长速率明显高于前缘和后缘。试验数据显示,在滑体加速变形阶段,前缘反倾式锁固型滑坡水平位移增长速率约5.5 mm/min,岩墙式锁固型滑坡位移增长速率约7.5-7.75 mm/min,束口式锁固型滑坡位移增长速率约9 mm/min。因此,基于现场监测数据,分析滑体各部分变形分布和变形速率特征,可作为锁固型滑坡识别工作的重要判据。(5)基于坡体应力调整过程构建锁固型滑坡演化状态识别判据分析试验过程中通过微型孔隙水压力计记录得到的坡体内部不同位置孔隙水压力-时程曲线,发现坡体内部孔隙水压力加速增长阶段与滑体位移加速增长阶段基本同步,孔隙水压力峰值与滑坡失稳时刻具有较好的一致性。试验数据显示,滑体中后部孔隙水压力随降雨入渗的响应过程表现为缓慢增长、加速增长、急速下降三个阶段。对于滑坡体中部,前缘反倾式锁固型滑坡孔隙水压力加速增长阶段增长速率约为0.013-0.014 kPa/min,岩墙式锁固型滑坡增长速率约0.025kPa/min,束口式锁固型滑坡增长速率约0.193 kPa/min。束口式锁固型滑坡孔隙水压力增长速率约为前缘反倾式锁固型滑坡的14倍,约为岩墙式锁固型滑坡的2倍。因此,现场孔隙水压力监测数据变化阶段及变动速率特征可作为锁固型滑坡识别的另一演化状态判据。(6)槐扒锁固型滑坡失稳机理通过现场调查、地质钻探、工程地质分析与三维数值模拟,查明了槐扒滑坡的物质组成、坡体结构、锁固段特征,分析了滑坡失稳机理,并从滑坡发育特征和变形演化特征两个方面对槐扒滑坡锁固段类型进行验证性识别。结果表明:槐扒滑坡为前缘反倾式锁固型滑坡,滑坡前缘存在的反倾岩层构成了前缘反倾式锁固段,人类活动破坏了反倾岩层使滑体处于临界稳定状态,持续降雨入渗诱发滑坡失稳。槐扒滑坡兼具模型试验揭示的无锁固段滑坡和前缘反倾式锁固型滑坡变形特征。三维数值计算结果表明,前缘反倾岩层未遭破坏条件下,滑坡整体安全系数为1.35,持续降雨致滑体处于饱和状态时,滑体安全系数为1.26。前缘反倾岩层受人类活动影响发生破坏后,整体稳定性显著降低,处于临界稳定状态(安全系数为1.04),持续降雨导致滑体饱和后便发生整体失稳(安全系数为0.88)。