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碎石土滑坡常常是填土、残积、坡积、崩塌或滑坡堆积以及硬岩全风化物等松散堆积体形成的结构松散的滑坡,是分布范围最广、数量最多、与工程建设最为密切的滑坡类型之一,也是最主要的致灾滑坡类型之一,而降雨常常是碎石土滑坡最主要的诱发因素。所以,研究降雨条件下碎石土滑坡稳定性,不仅对于碎石土滑坡的发育规律、变形破坏机制具有重要的理论意义,而且对于碎石土滑坡的勘测、评价、预测和防治具有重大的实践意义。
本文通过阅读大量国内外文献,系统地总结了降雨与滑坡的关系、滑坡地下水调查方法、碎石土滑坡变形破坏机理和滑坡稳定性分析所取得的进展。对降雨条件下碎石土滑坡稳定性研究中存在的问题,进行了简要的评述和探讨。
由于地质条件的复杂性和降雨条件的随机性,使得工程地质定性分析在滑坡稳定性研究中具有重要位置。通过搜集攀西地区和三峡库区碎石土滑坡资料,系统地归纳了碎石土滑坡的工程地质条件、水文地质条件、坡体应力场分布特征,碎石土的物理力学性质和渗透性质等基本规律。
从土壤水动力学和水力学观点出发,将降雨入渗补给碎石土滑坡地下水的物理过程分为两个阶段,即非饱和非稳定入渗阶段和饱和非稳定补给阶段。前者用地表水入渗的Green-Ampt数学模型来描述,后者用地下水渗流的等效连续介质模型来描述。对于具体的水文地质系统,只要确定水文地质边界条件,就可以获得岩土体含水率、地下水位、滑坡稳定性随降雨量、降雨历时的动态变化规律,为降雨条件下滑坡地下水变化情况提供了新的研究思路。
大气降雨过程中,在岩土体湿润峰面与地下水自由面相接以后,雨量开始补给潜水而抬高地下水位,地下水对岩土体产生物理、水理、化学和力学作用,弱化滑带土的抗剪强度。根据降雨条件下碎石土滑坡变形的“三段式”结构模型,建立了降雨诱发碎石土滑坡的简明力学模型,得到滑体系统的静力平衡条件,继而论述了降雨条件下碎石土滑坡典型变形破坏过程和变形破坏模式。
引入FredlundD G(1978)非饱和土体抗剪强度理论,修正和改进以往基于摩尔-库仑抗剪强度理论的极限平衡条分法,编制开发了饱和-非饱和渗流条件下碎石土滑坡稳定性分析程序。程序数据存储合理、界面简单、易操作,结合微软Office Excel功能,可以方便地进行滑坡稳定性影响因素的敏感性分析。
基于以往的排水工程设计多基于经验的方法,缺乏有效的定量分析和评价,提出了碎石土滑坡失稳的临界地下水位概念。对于工程实践中各种滑面形态的碎石土滑坡,编制开发了基于初始地下水位的碎石土滑坡失稳的临界地下水位搜索程序。滑坡排水工程实践中,应使滑体地下水位降低至临界地下水位以下为宜,可以直接指导碎石土滑坡排水治理工程的实施。
以木里沙湾水电站原厂房后边坡变形体为例,进行了降雨条件下碎石土滑坡稳定性系统而深入地研究,建立了降雨量、地下水位、滑坡稳定性三者之间的相关关系,从动态的观点对降雨过程中的碎石土滑坡稳定性进行了分析和研究。