天水地区强降雨诱发黄土—泥岩滑坡机理实验研究

发布时间：2020-10-31 16:05

　　 在我国西部黄土高原地区,大量覆盖黄土地层,由于其特殊的结构性与水敏特性,在持续性降雨或强降雨条件下,变形破坏现象严重,导致了大量的灾害事件。为有效减轻此类地质灾害给社会与人民造成的损失,开展降雨作用下滑坡的实验研究具有重要意义。本文在野外地质调绘、工程地质勘察的基础上,以甘肃天水甘谷县及周边区域的降雨滑坡为研究对象,开展了滑坡岩土体的基本物性试验与力学特性实验,从微观角度解释了斜坡发生变形破坏的内在原因;通过室内大型物理模型实验,从宏观角度,分析研究了不同预制结构面情况下斜坡内部水分的入渗规律、变形破坏特征;基于Geostudio有限元数值计算软件,对模型实验的工况进行了数值模拟计算,并与模型实验结果进行了对比。主要得出以下认识:(1)黄土的压缩试验表明含水率是影响黄土强度的直接因素。相比于天然原状黄土,饱和状态下,其强度大大减小,主要表现为黏聚力的下降,内摩擦角下降较小,解释了降雨作用下斜坡变形破坏的内在原因。(2)泥岩的压缩试验与压缩蠕变实验表明,泥岩的破坏主要为剪切破坏,随着围压的升高,其破裂面越光滑平直,而相比于天然泥岩强度,其长期强度大为折减,极限强度约为常规压缩试验强度的36%-53%。(3)根据实验与数值计算结果可以得出:斜坡内部水分入渗具有明显的规律性。湿润锋基本与斜坡表面及结构面平行,并逐渐向两侧扩展;在各部位的入渗速度有差异,具体为:结构面坡肩坡脚后缘坡面。(4)含有先存破裂面的黄土-泥岩滑坡的破坏基本沿预制结构面发展,其结构面产状越陡,变形破坏越严重,达到破坏所需的降雨强度越小,结构面控制着斜坡的变形破坏,其变形破坏模式具体为:坡肩侵蚀与微裂隙产生→微裂隙扩展、贯通→局部滑动破坏→整体滑动破坏。(5)含有先存结构面的黄土—泥岩滑坡具有如下滑动机理:斜坡在天然状态下沿着老滑面、黄土泥岩接触面、软弱结构面、最大剪应力集中带发生长期缓慢的蠕动变形演化,在坡体内部产生了贯通性的潜在滑动面;降雨作用下,水分渗入土体,一方面增加土体的自重,另一方面,降低了土体抗剪强度,当达到土体抗剪强度极限时,土体便发生剪切破坏,滑坡发生。
【学位单位】：中国地质科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：P642.22
【部分图文】：

中国地质科学院硕士学位论文12最后利用数值软件GEO-Studio中的SEEP/W和SLOPE/W模块，获取不同工况下斜坡的渗流场的动态变化情况及其对斜坡稳定性的影响。技术路线如图1-1所示。1.4特色与创新之处（1）通过黄土循环剪切试验，获取了黄土的残余强度参数，对解释裂隙斜坡的内在变形破坏现象有重要意义；通过泥岩的压缩试验、剪切蠕变试验，对传统的蠕变模型进行了优化，优化后的模型可对非线性蠕变曲线进行描述，克服了传统模型的缺点。（2）设计了两组斜坡内含预制垂直节理及预制滑面的降雨模型实验，力求更加真实地反映野外中实际老滑坡在强降雨条件下的复活机理。（3）通过模型试验与数值分析结果，对比分析了不同软弱结构面对斜坡变形破坏的影响，且得出了软弱结构面控制着斜坡的变形破坏模式这一结论。图1-1技术路线图Fig.1-1Technologyroadmap

第二章研究区区域地质环境和灾害特征13第二章研究区区域地质环境和灾害特征2.1研究区位置研究区主要位于甘肃省天水市西北部甘谷县及周边区域，属于渭河上游地带（图2-1）。渭河穿过研究区中部，该区为西秦岭山地和陇中黄土高原的过渡地带，西秦岭纵亘于南，陇中黄土高原横延于北，出露的地层主要有下元古界牛头河群、上元古界震旦系、古生界泥盆系与二叠系、中生界三叠系、白垩系及新生界古近系、新近系、第四系。图2-1研究区位置Fig.2-1Thelocationofresearcharea2.2研究区地质环境特征2.2.1气象水文研究区处于我国二级阶梯，其气候类型为温带季风气候，冬季寒冷少雨，夏无酷暑，

中国地质科学院硕士学位论文14雨季集中，春季升温较快，秋多连阴雨。四季分明，降水较为集中。研究区所在的天水市有“陇上江南”的美誉。据气象资料统计，研究区年平均气温22.8℃，极端最高气温38.2℃，极端最低气温-17.4℃；年平均降水量为491.6mm；年平均蒸发量为1481.5mm；区内最大冻土深度为51cm。研究区内降水分布受温带大陆性季风气候和地形影响，降雨时空分布不均，具有年际变化大的特点。据1965~2015年气象水文站的降雨量资料（图2-2），2003年降雨量最大为635mm，1969年降雨量最小为297.1mm；降水在时间空间分布上极不均匀，冬季少，夏秋多，东南多，西北少。图2-2区内1965~2015年降雨量分布Fig.2-2Rainfalldistributionintheregionfrom1965to2015本区降水量在年内分配很不平衡，7～9三个月降水量较多，为237.6mm（图2-3），占全年降水总量的48.3%。区内具有降雨集中、雨强大的特点，最长连续降水日数达11天（1976年8月18日～8月28日）；中雨平均每年11.7次，大雨2.5次，暴雨为0.2次，大、暴雨集中在5～10月，而暴雨多出现在7月（姚延锋等，2014；王小龙等，2015）；一次连续最大降雨量为205.8mm，日最大降雨量为110.3mm（图2-4），小时最大降雨量为32.0mm，10分钟最大降雨量为25.4mm（李悦等，2015）。降雨历时短、强度高，极易诱发地质灾害如滑坡、崩塌、泥石流。区内降水大部分以暴雨及连阴雨形式降落。截止到目前，区内大到暴雨（≥25mm）年出现日数平均为21.8天，连阴雨天气（≥16天）平均每年出现3-4次，且连阴雨、暴雨均出现在夏秋两季，降雨时间上集中。因此，区内降雨诱发的地质灾害如滑坡、崩塌、泥石流等大多数发生在降雨集中的夏秋两季。
【参考文献】

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本文编号：2864173