降雨诱发震裂山体滑坡变形失稳机理研究——以安县大树湾滑坡为例

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本文以大树湾震裂山体滑坡为出发点,在对震裂山体结构特征、震裂缝发育特征分析的基础上,对该滑坡基本特征进行分析,包括滑坡边界特征、滑坡物质组成以及滑坡堆积特征;然后分析大树湾山体的震裂损伤特征,包括岩体结构的损伤特征和岩石强度的衰减特征。同时分析降雨对震裂岩体的作用,包括软化等物理作用以及水的力学作用。在此基础上,分析降雨条件下震裂岩体裂缝的变形扩展类型,扩展判据,以及震裂岩体断裂韧度和均质度的求解,从而通过断裂力学计算裂缝起裂的临界水头,运用基于损伤力学的RFPA软件对其进行模拟验证分析。通过震裂缝的边界效应分析及以上分析,进行滑坡成因机制分析,得出滑坡失稳时的临界水头高度,利用RFPA软件模拟验证滑坡的变形过程和失稳过程,从而明确滑坡的失稳机制。最后分析滑坡-碎屑流灾害链效应特征。综合论文研究工作,得到以下几点结论:  (1)大树湾滑坡是沿岩层倾向偏走向方向滑动的岩质滑坡,主滑方向约109°。滑源区平面上呈“圈椅状”,滑源区平均坡度约36°。滑坡体纵向长450m,横向平均宽150m,左侧滑体厚20~80m,右侧滑体厚10~20m,平均厚度30m,约为202.5×104m3。滑坡造成10人死亡及8户房屋损毁,堵塞河流,造成了巨大的经济损失。  (2)滑坡堆积区域分成六部分,分别为滑源区、翻越铲刮区、碰撞解体区、流通铲刮区、超高抛洒区、堆积致灾区。堆积区地形起伏较大,其中沟口区域为主堆积区,最大堆积厚度约50m,平均厚度约32m。通过粒径统计分析,说明了滑体在运动中不断碰撞解体,物质碎屑化程度不断增加,大块体逐步解体成小块体,最终在沟口主要以0.1~0.2m粒径的块体堆积。  (3)根据调查看出,土体震裂缝和岩体震裂缝的产生是山体被震裂的宏观特征。该斜坡顶部共发育13条较大土体裂缝,沿山脊发育,且越靠近山脊规模越大,其分布与滑坡边界有较高一致性,可见其对震裂山体滑坡边界形成及规模的控制起决定性作用,表现出了震裂缝的边界效应;岩体震裂缝分为两类,在地震力作用下,一类是原有岩体结构面的错动、张开等,面壁一般有锈染或泥膜附着,另一类是岩体裂缝扩展,结构面连通以及新结构面产生等,此面壁较为新鲜,无锈染,断口为锯齿状,呈拉张力学性质。  (4)将坡体按震裂较强区和震裂较弱区两区域进行岩体结构的对比,分别选取滑带及后壁岩体进行精细侧网统计。可以看出,震裂较强区相对震裂较弱区,岩体各结构面张开度、连通率、裂隙度均增大,其中陡倾结构面增大明显,损伤程度较大。同时通过现场回弹试验看出,震裂较强区和震裂较弱区岩石强度基本一致。说明地震对岩体作用主要是对岩体结构的损伤,而岩石强度强度衰减并不明显。  (5)用无量纲裂缝长度α等价于陡倾结构面的平均连通率,取α=0.35试件代表后壁底部震裂损伤较轻岩体,α=0.54试件代表后壁顶部震裂损伤较重岩体,损伤较重岩体断裂韧度值最小,为0.6487 Mpa*m1/2,作为岩体扩展计算的断裂韧度。岩体震裂程度越大,断裂韧度越小,对应均质度m值越小,其中均质度m=2.5符合大树湾滑坡后壁顶部陡倾结构岩体的震裂程度。  (6)地震作用和震后降雨是诱发大树湾滑坡的主要原因,地震是基础,降雨是诱发因素。同时,斜坡内在成因也是滑坡形成的必要条件。滑坡形成过程是:由于受地震力的影响,岩体结构受到损伤,后缘产生张拉裂缝,大量雨水沿裂缝进入坡体,裂缝中形成一定高度的水柱,当水柱高度大于13.5m时(4.4.3节),水柱将会对岩体产生劈裂作用,导致震裂岩体裂缝变形扩展。裂缝沿裂缝尖端发生扩展,直至到潜在软弱滑带,水体沿滑带向下流动,裂缝停止向下扩展,雨水的渗入使本已受地震损失的滑带岩体抗剪能力再次减弱。随着降雨继续入渗,抗滑力不断降低,坡体下滑力不断增加,最终当后缘裂缝中水头高度达到52.0m~65.5m时(5.2.3节),坡体受后缘水柱推力和底部浮托力的双重水压力作用下,底部剪切面贯通,滑带岩体被剪断,从而形成滑坡。  (7)从汶川地震发生至今,研究区形成了一条完整的“山体震裂→大树湾滑坡→碎屑流→堰塞湖”地震次生灾害链。山体震裂是形成灾害链的演化之源,降雨诱发大树湾滑坡是灾害链的关键环节,碎屑流是灾害链的演化过程,堰塞湖是灾害链的灾害体现形式,这一系列的环节都是环环相扣,相辅相成的。
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