理县西山村滑坡冰水堆积物动强度特性及失稳机理研究

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2017年8月初,位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县通化乡的西山村冰水堆积体滑坡启动,其失稳机理迄今尚未得出统一观点。本文通过研究提出其是在工程爆破产生的多期次动荷载作用下启动,受重力势能影响蠕滑变形,后期受降雨入渗和地形地貌等多因素交互作用下促进滑坡失稳破坏。滑坡失稳破坏过程中损毁民房两处,村道一条,掩埋斜坡中部耕地若干,造成一定经济损失,并威胁坡脚正在建设的汶川-马尔康高速公路、已建成的国道G317线以及沿路两侧的居民生命财产安全。通过研究团队前期资料收集、多次现场调查走访以及无人机正摄等手段,基本查明了滑坡形态及规模、滑坡物质组成、滑坡结构特征和滑坡变形破坏特征,通过室内中型动三轴试验查明了典型冰水堆积物动强度参数,包括其变形破坏规律、动力学相互指标其相互关系分析,并对比冰水堆积体动/静强度,最终在深入总结滑坡影响因素的基础上,结合FLAC3D软件模拟滑坡形成演化机制模式并定性分析滑坡失稳机理,得出如下认识:(1)滑坡整体呈不规则形状,后缘以陡坎为界,左右两侧以冲沟为界,与前缘堆积边界均清晰可见。按主滑方向不同将其分为上(149°)、下(127°)两段,斜长约650m,平均宽度90m,面积2.66万m2,总方量47.8万m3,属中型土质滑坡。滑坡体结构较破碎,坡体内发育裂缝;滑带沿粉质粘土层和角砾土层交界软弱结构面贯穿,在斜坡陡缓交界处临空面剪出。(2)基于多次现场详细调查以及监测数据结果分析,滑坡在启动后的三个月内先后表现出震裂损伤、变形持续发展、坡体溃散解体三个典型变形破坏特征,别对应坡体结构劣化、加速变形、渐稳定变形三个阶段。(3)动三轴试验结果表明,冰水堆积物在动荷载作用下容易发生剪切破坏,角砾土较粉质粘土更易破坏。角砾土在低围压时易发生破坏,高围压时仅个别试样破坏。冰水堆积物的动模量-动应变具有对数函数关系,角砾土阻尼比相对粉质粘土较小且波动较大,呈现宽幅震荡,其对振动荷载的消减能力弱于粉质粘土,呈现出较差抗震能力的动态特征。(4)滑坡主要影响因素包括坡脚隧道工程爆破产生多期次集中动荷载、降雨以及地形地貌条件。动荷载破坏滑坡原始结构,损伤土体结构并产生震裂拉张裂缝,是滑坡启动的主要诱因;降雨入渗裂缝增大滑坡重力势能,同时降低土体抗剪强度;错综复杂的地形地貌作为主要内因促进滑坡失稳破坏。(5)FLAC3D软件模拟结果显示,滑坡在动荷载作用下后缘开始出现小规模张拉破坏,滑带从后缘沿着软弱结构面向下出现剪切破坏,位移和剪切应变变化暂不明显,尚处于启动阶段;随着滑坡在重力势能作用下开始蠕滑,雨水入渗裂缝,减小土体抗剪强度的同时将重力势能转换为动力势能加速了土体塑性破坏。滑坡内部出现了明显的塑性变形破坏区,沿软弱夹层面贯穿整个滑动面,促进滑体整体失稳破坏。(6)滑坡表现出“拉裂-蠕滑-剪断”的变形破坏模式。早期多期次动荷载破坏土体结构,后缘出现震裂拉裂缝,标志滑坡启动并在重力势能作用下蠕滑。中期降雨入渗增大软弱夹层含水率,降低滑带土体抗剪强度,增加滑体自重荷载效应并逐步转换为动力势能,贯穿滑带,明显加速滑坡失稳破坏。后期由于“剪断效应”,滑坡堆积前缘沿冲沟发展为“脚趾状”,运动方向和分布面积均明显增大。
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