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滑坡的形成是内力地质作用、外力地质作用与人类工程活动作用的结果。滑坡形成的主要诱发因素与形成机理是研究滑坡稳定性与防治对策的基础。深入地分析滑坡发育与各影响因素之间的关系,对于减少滑坡对人类生命财产和工程建设带来的危害具有重要的意义。很多学者对滑坡地质灾害影响因素进行研究并达成了共识,认为强降雨、复杂的地形地貌、不利的地层岩性以及不合理的人类活动是造成滑坡地质灾害多发易发的主要原因。其中大气降雨无疑是最常见、最普遍的一种自然诱发因素。降雨对滑坡变形及稳定具有极为不利的影响,具体表现在两方面:一方面滑体及滑带在入渗水的物理及化学作用下其抗剪强度参数降低;另一方面,当降雨在地表形成坡面径流时,会对坡面形成冲刷力及动水压力,侵蚀坡脚,破坏坡体,改变边坡边界条件和应力分布。
本文主要对前缘侵蚀作用对鄂西恩施地区杨家山滑坡稳定性影响进行研究,在分析总结前缘侵蚀过程、侵蚀机理、侵蚀模型的基础上,搜集整理杨家山滑坡工程地质条件及恩施地区降雨资料,建立杨家山滑坡前缘侵蚀模型,研究不同降雨条件下滑坡前缘侵蚀量及其对滑坡地形边界条件的影响,为研究前缘侵蚀作用下杨家山滑坡稳定性的影响变化及其变化规律提供依据,本文的主要研究内容和研究成果包括:
1、分析降雨条件下前缘侵蚀过程中经历的溅蚀、坡面侵蚀、沟道重力侵蚀、沟道下蚀四个阶段,总结各个侵蚀过程的侵蚀机理及其规律。对比前人总结的各种岩土体侵蚀模型,分析各种模型的优缺点,结合实际侵蚀过程,确定本文的简化模拟模型及前缘侵蚀计算模型。
2、收集杨家山滑坡工程地质条件和鄂西恩施地区的降雨资料,在详细分析杨家山滑坡工程地质特征和鄂西恩施地区降雨特征的基础上,选取典型剖面,建立滑坡前缘侵蚀模型,计算不同降雨强度对杨家山滑坡前缘侵蚀的影响并分析其影响规律,分析计算结果如下:①降雨强度包括降雨量与降雨持时,是侧向侵蚀量与下蚀量的主要影响因素。单位时间内降雨量越大,前缘侵蚀量越大;相同降雨类型下,降雨持时越长,前缘侵蚀量越大。在不同的降雨强度中,暴雨下冲沟的年侧向侵蚀量最大,中雨最小。②经计算,杨家山滑坡前缘侧向侵蚀量在0.3~1.0m之间,平均年下蚀量为0.426m。③杨家山滑坡前缘侵蚀过程中年侵蚀量是不均匀的,它不仅与降雨强度有关,还与冲沟的形态与发展阶段有关。在初始阶段,冲沟窄且浅,滑坡前缘临空面垂直高度小,且沟坡坡脚较缓,径流冲刷以下蚀为主,侧蚀最小;在发展阶段,冲沟深度逐渐增加,临空面垂直高度增加,侧蚀作用加剧,并且两种作用不断循环交替的占据主导作用,这个时期滑坡前缘侵蚀速度最快;在发展后期,冲沟宽且深,下蚀作用与侧蚀作用均减小,滑坡前缘的侵蚀速度也减慢。④现阶段杨家山滑坡前缘冲沟已经发展到中后期,侵蚀速度较慢,侧蚀速度约为0.373m/年,下蚀速度约为0.426m/年。
3、通过前面计算分析的滑坡前缘侵蚀速度及其规律,推算出杨家山滑坡滑带将于2047年在冲沟沟底被剪出。在现有已知的2007年杨家山滑坡地形条件的基础上,推算出杨家山滑坡在1960年、2027年及2047年的地形边界条件,为后面模拟计算滑坡稳定性提供建模基础。
4、采用FLAC3D数值模拟方法分别模拟计算1960年、2007年、2027年及2047年不同边界条件下杨家山滑坡稳定性,对计算结果做位移分析、塑性区分析、剪应变率分析与稳定性系数分析,分析结果如下:①杨家山滑坡在1960年、2007年、2027年及2047年的稳定性系数分别为1.68、1.52、1.47与1.88。说明杨家山滑坡在1960年滑动后基本处在稳定状态,但是稳定性不断降低,2047年滑坡前缘局部滑动后,滑坡整体稳定性提高。②前缘侵蚀作用对滑坡局部稳定性影响较大,而对整体滑坡的稳定性影响较小。由降雨引起的冲沟径流冲刷滑坡前缘,使杨家山滑坡前缘临空面垂直高度增加,坡度变陡,导致滑坡前缘时有滑塌现象发生,破坏杨家山滑坡的局部稳定性,影响滑坡的整体稳定性。在前缘侵蚀作用下,杨家山滑坡整体处于稳定状态,但是局部有变形。⑧杨家山滑坡前缘侵蚀是一个长期的过程。在这种侵蚀作用下,杨家山滑坡前缘冲沟不断加深变宽。至公元2047年,滑带在沟底被剪出,滑坡前缘形成了贯通的滑动面,即形成新一级滑坡,并沿此滑动面滑动,将冲沟挤出,滑坡中部出现陡坎。至此,滑坡前缘冲沟消失,滑坡义开始从1960年至2047年之间的局部变形,如此循环,周期越来越长,但是局部变形规律相似,这一点可以由杨家山滑坡滑体上现存的陡坎证明。