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西宁市地处青藏高原东缘湟水河谷地,是古“丝绸之路”南路中心城市和河湟文化发源地。近些年来,城区不断由河谷平原向丘陵山地扩张,大规模的基础建设及引水绿化灌溉等人类工程活动破坏了丘陵山地的地貌景观和地质环境,使得降水诱发的地质灾害和水土流失多发、频发,严重威胁到人民生命财产安全,成为约束社会经济发展和国土空间规划的瓶颈问题。西宁市城区边缘低山丘陵区地层主要为第三系泥岩,砂岩夹石膏岩化学沉积层和盐岩互层而成,其上覆盖第四系黄土。软硬相间的水平地层结构,导致山体和阶地之间的基岩几乎为直立的陡壁。差异风化导致泥岩剥落,砂岩失去支撑而崩塌,因此在基岩斜坡之下堆积了大量崩积土体。这些崩积土体是泥岩、砂岩石膏岩、黄土等的混合体,物质来源、成分和结构复杂,强度低,变形性高且稳定性差,为西宁市地质灾害易发土体类型。本文采用野外调查和室内试验研究相结合的方法,综合运用CT扫描技术、高密度电阻率物探技术和AVIZO图像处理软件、Geo-Studio数值模拟软件,开展西宁市崩积土体物理力学性质试验研究与稳定性数值模拟研究,取得的主要研究成果如下:(1)通过15组崩积土体的物理力学试验研究表明:西宁崩积土体结构疏松,孔隙率为30.7%~37.6%;土体渗透性强,渗透系数为0.98×10-4~1.65×10-4 m/s;土体颗粒以粉粒和粘粒为主,并含有盐岩和泥岩碎块,土体不均匀,分选性差,沿斜坡从上到下粒径逐渐增大;崩积土体抗剪强度较小,粘聚力为4.1~14.3 k Pa,内摩擦角为24°~35°。(2)通过CT扫描和AVIZO图像处理系统对崩积土体微观孔隙进行识别与定量表征研究,结果表明:崩积土体孔径0.1~0.5 mm的孔隙数量最多,占孔隙总数量的72.38~76.26%;孔径1~5 mm的孔隙体积占孔隙总体积的百分比最大,为53.49~55.71%;微观尺度上的孔隙率在21.7~23.4%之间。孔隙喉道半径以小于0.1μm为主,在此区间上的孔喉数量占总数量的60.52~84.02%,孔隙喉道长度集中分布在0.5~1μm之间,孔喉迂曲度平均值1.18,97.60~97.81%的孔喉迂曲度集中在1~2,表明毛孔阻力小,渗透性较好。崩积土体孔隙发育,分布不均,大小不一,多有集中分布现象,在渗流过程中容易形成优先通道。(3)研究区崩积土体斜坡地质岩性结构复杂,电阻率的差异为在研究区开展高密度电法探寻岩性提供了物性前提。在林家崖地质灾害带的一崩积土体斜坡布置高密度电法勘探剖面,勘探线长500 m。结合地质钻孔资料,利用测线的视电阻率拟断面图,在纵深方向对崩积土体斜坡表面崩积土体、黄土、砂砾石、亚砂土及崩积土体以下的泥岩基底进行反演推断,建立了崩积土体斜坡地质结构模型。(4)通过Geo-Studio软件Seep模块,研究不同降雨情况下崩积土体斜坡渗流变化,结果表明:斜坡体内孔隙水压力随降雨强度、降雨持时的增加而增大,降雨结束后孔隙水压力会继续增大,但增大速度减慢,表现出一定滞后性,孔隙水压力在降雨结束后2~3天内减小,但不能恢复到降雨之前的数值。(5)通过Geo-Studio软件Slope模块利用极限平衡法对崩积土体斜坡稳定性进行分析,结果表明,降雨强度、降雨持时越大,斜坡稳定性系数下降的越快;降雨强度为80 mm/d,持续降雨的第三天,坡体失稳破坏;降雨强度为20 mm/d、40 mm/d时,降雨结束之后稳定性系数先减小后增大,但均未能回升到降雨前稳定系数值。影响斜坡稳定性的参数按敏感性从大到小分别是内摩擦角、粘聚力、容重,对应敏感度分别为0.122、0.107、0.018。(6)通过Geo-Studio位移模拟得,降雨的入渗条件下,崩积土体斜坡有向坡脚滑移趋势,伴有竖直方向的下沉;斜坡体位移集中在崩积土体堆积部位和坡脚处;暴雨工况下,斜坡存在失稳风险,最可能发生滑动的位置在崩积土体堆积部位与砂质泥岩的接触面;崩积土体结构疏松、渗透性好,使得大量雨水入渗,砂质泥岩长时间与水接触发生软化、泥化,抗剪强度降低,形成软弱滑动带,诱发滑坡灾害的发生。