深层泥岩滑坡动力与时效变形特性研究——以天水雒堡村滑坡为例

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陇东南地区古—老滑坡在软弱地层控制及强震活动诱发条件下的潜在复活风险是影响该地区地质灾害防治与重大工程建设的主要地质安全风险之一;同时,不同诱发条件下的滑坡复活机理与演化过程也是同行研究的热点问题之一。因此,本文以天水秦安县地质灾害高易发地段的雒堡村巨型深层泥岩滑坡为例,综合运用野外调查、无人机航测、原位地脉动测试、工程钻探、岩土体室内蠕变、动力学试验及数值模拟等技术方法,分析了区内大型滑坡灾害发育特征及分布规律,开展了滑坡动力特性、蠕变特性、滑坡动应力响应特征、滑坡动力变形、滑坡时效变形以及两种不同作用下的滑坡变形特征对比研究。初步取得以下几点认识:1.老滑坡复活是秦安地区主要地质灾害发育特征之一。历史强震对研究区的最大烈度影响达Ⅹ度。大—中型滑坡主要分布在侵蚀堆积河谷区与黄土梁峁区过渡地带,新近系泥岩是区内主要深层易滑地层。雒堡村滑坡发育在秦安县葫芦河右岸的黄土梁峁区,属于历史强震诱发的多级旋转式巨型深层泥岩滑坡,原始斜坡为上部马兰黄土下部新近系泥岩的二元结构,主滑带位于新近系尧店组泥岩层内,发育五级滑体,具有多期滑动特征,天然条件下处于较稳定状态。2.风化泥岩的工程分类属于低液限粉质黏土。(1)风化泥岩试验的静力特征表现为:扰动泥岩的应力—应变关系呈应变—硬化型,原状风化泥岩呈应变—软化型,试样残余强度为峰值强度的46%~75%。(2)试样的动力学特征表现为:同一围压、同一动应变幅值下,扰动样与的原状样动弹模量之比介于68%~88%之间、阻尼比之比介于122%~175%之间。(3)试样的蠕变特征表现为:轴向变形量和增长速率均随围压或应力水平的增大而增大,运用Burgers蠕变本构模型可准确刻画试样时效变形特征。3.雒堡村滑坡地震动响应规律和动力变形破坏特征明显受滑带性质影响。(1)通过PGA、PGV、PGD放大效应对比研究,初步揭示滑带-滑体的组合放大效应,放大效应在滑体表层、主滑带的节律性变化;滑坡I级滑体处PGD放大系数可达PGA放大系数的2~3.4倍。(2)滑坡对不同频率正弦波的响应特征表现为:随着地震波频率的增加,滑坡PGA放大系数整体呈先增大后减小的趋势,在2.5Hz正弦波作用下接近最大值。(3)滑坡的动力变形特征表现为:坡体位移主要集中在滑坡后缘,随着地震作用从多遇地震(PGA=0.1g)增大至罕遇地震(PGA=0.46g),滑坡水平位移由0.15m增大至2.15m,剪应变由0.06%增大至0.32%。(4)滑坡动力变形破坏过程可分为老滑带张剪破裂、滑体表层滑移、新滑带扩容、局部剪切破坏四个阶段。4.雒堡村滑坡时效变形可分为初始蠕变、衰减蠕变、稳态蠕变三个阶段。(1)约98.6%的变形发生在60天内,随后进入稳态蠕变阶段;滑体水平位移量由浅及深逐渐减小,变形主要集中在后缘Ⅰ级滑体,最大位移约54.1 cm,最大剪应变约0.23%。(2)滑坡总体的潜在变形模式表现为推移式;剪应变出现在滑坡每一级主滑体后缘滑带陡-缓转折处,但未整体贯通,总体处于较稳定状态。5.雒堡村滑坡动力和时效变形的比较研究显示,滑坡的时效变形稍强于基本地震(PGA=0.2g)下的动力变形,远小于罕遇地震(PGA=0.46g)下的动力变形。(1)在变形强度及空间分布上,两种作用的位移均主要集中在滑体后缘,剪应变均主要发生于Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ三级滑体次级滑带。(2)在变形模式上,滑坡在地震及蠕变作用下整体上均呈现推移式的潜在滑坡模式,但是罕遇地震下,滑坡在后缘形成后缘推移、坡脚牵引的复合式局部滑动变形,在前缘形成推移式局部滑动变形。
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