灌溉引发的黑方台黄土滑坡-泥流形成机理研究

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黄土地区由于经济的发展和人口的不断扩张,农业水利工程不断加大,引水灌溉工程不同程度的改变了灌区的自然地质条件,从而引发了一系列的地质灾害,地质灾害的频发不仅影响了农业生产的可持续发展,同时也给人们的生命财产带来了极大的损失,其中滑坡造成的灾害最为严重。根据黄土滑坡运动学特点,将黄土滑坡分为快速错落式滑坡、高速远程滑坡、低速蠕动滑坡和滑坡-泥流四种模式。其中滑坡-泥流滑动速度快,规模相对较大,危害较为严重。很多学者对灌溉引发的滑坡(滑坡-泥流)进行了大量的研究,对于其形成与破坏机理以及运动学过程进行了分析,但并没有考虑灌溉过程中土体孔压和基质吸力的变化对滑坡的影响,为此本文以黑方台为研究区进行了相关研究。甘肃黑方台地区自1968年提水灌溉以来,产生了许多大规模滑坡-泥流。本文以黑方台台塬一典型的滑坡-泥流为研究对象,收集相关的水文气象资料,通过野外地质调查与测绘、勘探和取样等手段,查明研究区的工程地质条件,然后进行室内试验,分别研究了三个取样点的饱和渗透系数、固结条件下渗透系数和强度参数。将上述试验参数应用到GEO-Studio中SEEP/W、SIGMA/W、SLPOE/W模块,对该滑坡-泥流进行渗流分析、应力-应变分析和稳定性计算。分析结果表明,随着灌溉水的入渗,地下水位不断上升,土体的孔隙水压力不断升高,导致土体应力重分布,当水位增加到一定程度,潜在滑动面(带)土体接近饱和,滑带土体的抗剪强度大幅度降低,导致滑坡-泥流发生。K.Sassa基于流体力学的理论推导出三维滑坡运动模型,开发的三维滑坡运动模拟程序LS-RAPID适用于滑坡-泥流和泥石流的运动模拟,通过对取样点的土进行环剪试验,确定各层土的残余摩擦角、饱和不排水抗剪强度τss,估计孔隙水压力发挥程度Bss,然后进行三维滑坡-泥流运动模拟,得出滑坡-泥流发生时的瞬时速度和稳定时的堆积范围,为滑坡-泥流破坏程度和致灾范围的预测提供了依据。
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