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滑坡是三峡库区地质灾害的主要类型。直到2004年,三峡库区共发现滑坡4700处。根据1988年的资料,三峡库区巨型、大型滑坡有39个,其中位于侏罗系地层的就有20个。据统计,库区约90%左右的滑坡发生在含有软弱面或软弱层(带)的层状岩层中。而侏罗系岩层在库区广泛分布,沿砂泥(页)岩界面常见泥化现象,因此,侏罗系大型滑坡是三峡库区滑坡研究和防治的重点,侏罗系中的软弱面或软弱层更是控制滑坡发育的关键。
层间剪切带是软弱夹层、软化夹层、泥化夹层或软弱层的总称,层间剪切带对于三峡库区侏罗系大型滑坡的发育具有控制作用,侏罗系层间剪切带研究无疑对于库区大型滑坡地质灾害研究和防治具有重要意义。
层间剪切带形成之前为原生软岩,层间剪切带形成后,经演化发展成为滑带。在大型滑坡研究中,层间剪切带形成演化对于滑坡的发育演化有着重要意义,其影响着大型滑坡变形、破坏、解体的全过程。层间剪切带形成前的原生软岩,层间剪切带和滑带,前人在不同的区域分别都有大量的研究,但对于三峡库区侏罗系层间剪切带,其形成演化过程和机理,还没有系统深入的研究,而这些研究对于滑坡灾害防治有重要意义。本文即是通过原生软岩、层间剪切带、滑带的对比分析,研究三峡库区侏罗系层间剪切带形成演化过程和模式;应用内外动力耦合作用理论,研究侏罗系层间剪切带形成演化机理。
新发生大型滑坡的研究,对于层间剪切带形成演化和滑坡滑带形成机理研究是非常宝贵的,其相当于大自然做的一次滑坡现场试验,其研究具有重要的理论意义和现实意义。千将坪滑坡,发生于2003年7月13日,是三峡水库蓄水后,库区发生的第一个侏罗系大型滑坡,本文研究了千将坪滑坡滑带形成机理,以及滑坡的成因机制。
首先从岩相古地理、沉积相和构造运动史的角度分析了三峡库区侏罗系层间剪切带广泛发育的物质基础、岩层结构成因和动力学成因。研究了典型的侏罗系层间剪切带的特征。研究认为:淡水湖相沉积和泛滥平原相沉积是三峡库区侏罗系层间剪切带广泛发育的沉积学物质基础,软硬相间的岩层层序是其发育的地层结构条件,多期复杂构造运动(燕山运动、喜山运动和新构造运动)的作用是其发育的内动力条件,暖湿的气候环境为其提供了必要的外动力条件。
根据层间剪切带形成演化的力学特征,将层间剪切带形成演化过程分为三个阶段:原生软岩、层间剪切带和滑带。通过野外调查、颗分、X光衍射(XRD)、差热(DTA)、扫描电镜-X光能谱(SEM-EDX)、物理化学实验、物理力学实验等方法,研究了三峡库区侏罗系层间剪切带形成演化过程中的物理性质、岩矿组分、微构造与结构、物理化学性质、物理力学性质演变过程。特别是运用分峰技术对XRD谱图进行解释并进行定量计算的方法,来研究层间剪切带形成演化过程中的粘土矿物的相对含量演变。通过这些手段,运用原生软岩、层间剪切带、滑带对比研究的方法,研究层间剪切带的形成演化过程,提出了层间剪切带形成演化模式。通过研究,发现并证实了侏罗系层间剪切带伊利石化和高岭石化的趋势。
从原生软岩→层间剪切带演变过程中,层间剪切带的物理、化学和力学性质总体变差。演化机理为:层间剪切带的形成是内外动力耦合作用的结果,内动力作用通过构造运动使层间剪切带发生层间剪切作用,外动力通过暖湿的气候环境产生一系列水岩耦合作用。
从层间剪切带→滑带的演变过程中,层间剪切带的物理、化学和力学性质总体变好。演化机理为:层间剪切带的演化亦是内外动力耦合作用的结果,新构造运动提供层间剪切作用,暴雨和人类工程活动提供外动力作用,但该内外动力耦合属于异向耦合,使滑带的性质比层间剪切带变得更好。
千将坪滑坡滑带形成也是内外动力耦合作用产生的结果,其形成演化是千将坪滑坡发生的重要因素。千将坪滑坡滑带形成机理为:约185×106aB.P后,滑坡区沉积了侏罗系下统黑色页岩地层;约140×106aB.P后,燕山运动使页岩遭受第一次层间剪切作用,页岩中层成为剪切区,上下层成为影响带;喜山运动使页岩层间剪切带遭受第二次层间剪切作用,结构遭受进一步破坏;约7.8×104aB.P前(晚更新世早期),地壳抬升速度加快,河流迅速下切,岸坡岩体卸荷松动发生应力重分布,层间剪切带再次遭受层间剪切作用,影响带裂隙开启,在强烈的地下水循环交替的作用下,影响带裂隙完全充填了结晶方解石,而剪切区发生了泥化;MIS3和MIS1时期,在地壳快速抬升和暖湿的气候环境下,层间剪切带再次遭受层间剪切作用,泥化进一步加剧,发生了千将坪滑坡,千将坪滑坡滑带形成。
通过工程地质类比法、极限平衡法和数值计算方法,研究千将坪滑坡成因机制,得出:千将坪滑坡的剪出口在青干河河床;千将坪滑坡变形破坏演化模式是平面滑动前沿剪出型,切层角约11°;节理裂隙发育的软硬相间的顺层结构是千将坪滑坡发生的主要地质控制因素,河流快速深切的河谷发育演化过程是千将坪滑坡发生的长期孕育因素,库水位上升是千将坪滑坡发生的主要诱因。