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本文以汶川地震灾区震后降雨滑坡为研究对象,在对灾区震后降雨滑坡进行现场调查基础上,分析震前震后滑坡发育条件差异、震后降雨滑坡的类型和活动特征;通过人工降雨的滑坡模拟实验,分析震后松散土体降雨作用下滑动过程以及降雨入渗作用下土体内部含水量和孔隙水压力的变化;通过数值模拟方法,分析震后在降雨条件下裂隙的存在对边坡降雨入渗和边坡稳定性的影响;通过对震后北川魏家沟源头滑坡位移监测,分析目前魏家沟源头滑坡的滑动特点及震后降雨与滑坡位移的关系。本文取得的主要成果如下:
(1)通过地震灾区的现场调查,阐述了汶川地震中地表破坏情况。针对汶川地震震后滑坡明显比震前活跃的特点,分析了汶川地震震后滑坡发育条件与地震前的差异。
(2)在对震后地震灾区降雨滑坡调查的基础上,分析了震后降雨滑坡的类型和活动特征,对于震后的两类典型坡体——表层震松坡体和震裂坡体,初步分析其在降雨作用下形成滑坡的过程。
(3)通过人工降雨的模拟实验,分析震后松散土体降雨作用滑坡形过程和机理。
通过对三个坡度在相同降雨条件下的试验现象分析表明,在降雨量初始阶段三个坡度的试验现象大体相同,主要不同在于滑动过程的差别和滑坡滑动前降雨持续时间的不同。在坡度为16°时,滑动过程是分别从试验槽两侧分两次滑动,滑体从试验槽口滑出时间为持续降雨40分钟时;在坡度为22°时,滑动主体过程为一次性完成,但滑坡的规模和滑动速度要比坡度为16°时大,滑体从试验槽口滑出时间为持续降雨18分钟时;在坡度为30°时,滑动主体过程分两次完成,滑体从试验槽口滑出时间为持续降雨8分钟时。
对于土体含水量的变化,由于松散土体孔隙大,入渗快,土体内部的含水量在降雨量初期急剧上升,当含水量接近饱和时,土体的含水量趋于稳定。对于孔隙水压力,从三个坡度在相同降雨强度孔隙水压力的变化来看,试验槽坡度为16°时,孔隙水压力在降雨过程中总的趋势是稳定上升,在土体滑动前孔隙水压力处于较高值;在坡度为22°和30°时,孔隙水压力的变化过程为先上升后下降,然后再上升,主要原因是在降雨一定时间时土体出现剪胀现象,使得土体孔隙水压力下降,然后随着降雨时间的增加,土体再出剪缩现象,土体孔隙水压力持续增加直至土体滑动破坏。
通过降雨条件下松散土体的滑坡启动试验的现象及土体内部参数的变化进行分析,确定松散土体在降雨作用下启动形成滑坡的过程如下:由于松散土体孔隙大,降雨极易入渗至土体内部,使土体内部含水量和孔隙水压力均快速增加,土体出现剪切变形。同时在降雨作用下,土体中上部的细颗粒发生迁移,其中一部分细颗粒物质随降雨流出坡体外,一部分细颗粒物质随降雨入渗向土体内部运移。当细颗粒物质在土体某一层面积聚时,使得该层面孔隙度变小,渗透性减弱,从而使得该层面孔隙水压力积聚增加。同时细颗粒物质积聚的层面本身就成为一个潜在软弱滑动面,当孔隙水压力增加至一定值时,土体的自重大部分由孔隙水压力来承担,土体有效强度近乎完全丧失,则土体启动形成滑坡灾害。
(4)通过基于Geo-Slope中的SEEP/W模块中进行降雨作用对裂隙边坡稳定性影响的数值模拟。
数值模拟表明,降雨开始时,其表层的孔隙水压力逐渐增大。随着持续的降雨作用,雨水进一步向坡体内部入渗,入渗范围进一步增加,孔隙水压力增大的范围也进一步加大。坡体表层裂隙的存在时,降雨会沿裂隙进入坡体下渗,在裂隙周围的土体含水量会迅速增加,其相应的孔隙水压力也会迅速增加,土体有效强度降低。裂隙的存在,改变了整体坡体的入渗过程和路径。
在数值模拟中考虑了三种不同深度(2m、4m和6m)的裂缝边坡在相同降雨强度下的数值模拟表明,裂缝越深,降雨持续时间长,降雨入渗到坡体内部的深度也越深,内部孔隙水压力增加的范围也越大,土体有效应力降低的范围也越大,从而使得坡体更不稳定,即越易失稳。
(5)通过对震后北川魏家沟源头滑坡的位移监测表明,目前魏家沟滑坡体的滑动位移量主要体现在滑坡体的上部表层10m内,特别是表层5m内的位移量较大。通过分析位移与降雨量的关系表明,降雨直接加速了滑动,特别是加剧了滑坡体中上部表层10m的位移。