岩质滑坡运动过程物理模型实验研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:dumpling
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滑坡是地质环境演化的必然产物,由于其发生突然、过程短暂和危害极高,一直以来倍受关注,根据滑坡的物质组成,可将其分为岩质滑坡和土质滑坡两类,其中,岩质滑坡治理难度大,常给人民的生命财产安全带来了严重威胁。由于岩质滑坡解体破碎运动模式的复杂性,传统的模型无法准确的刻画岩质滑坡的运动过程。准确地描述岩质滑坡的运动规律,是合理评价岩质滑坡危险性和风险的基础,也是制定防害减灾预案的主要依据。   本论文对典型岩质滑坡资料分析的基础上,首先,总结了对岩质滑坡运动过程影响较大的因素,并以此为基础确定了岩质滑坡地质模型的建模方法。然后,以三峡库区内三个典型岩质滑坡为例,分析了不同类型岩质滑坡的运动过程及成灾特征。最后,在岩质滑坡地质模型相似原则的基础上,设计了岩质滑坡运动过程的物理模型实验,选择坡度、启滑速度、岩体结构组成作为变量,探讨其对于滑坡运动参数和成灾的影响。论文在以下几方面取得了阶段性成果:   1、岩质滑坡运动过程研究需要考虑的主要因素有:滑坡区的地形条件、地层岩性、临空条件、滑动面特征以及滑体岩体组合结构。建立了两大类岩质滑坡地质结构模型:层状岩体结构岩质滑坡地质结构模型、类散体结构岩质滑坡地质结构模型。   2、三峡库区千将坪滑坡、吉安滑坡和鸡扒子滑坡是典型岩质滑坡,具有不同的运动特征和成灾规律。其中,整体滑移的新生大型岩质滑坡,存在分带解体和完全破碎两种情况,滑体内建筑的破坏程度与破碎情况直接相关。而复活型古滑坡多由于自身岩体稳定性已极差,纵横结构面发育,滑坡一旦发生危险性极大。   3、以岩质滑坡地质模型的地形坡度、启滑速度和岩体结构组合特征三个要素作为相似指标,建立岩质滑坡运动过程分析的物理模型。地形坡度范围在25°-40°;选择1.8m/s、2.2 m/s和3.7m/s3个不同启滑速度;以及8类岩体结构组合:单层板状均一结构、三层板状均一结构、单层块状结构、三层块状结构(小尺寸块、大尺寸块)、底部软岩上部硬质岩(三层)二元层状组合结构、三层块裂结构(与块状结构区别在于,纵横节理发育呈板状产出)、底部软岩上部块裂(三层)二元层状组合结构、类散体结构。   4、模型实验的结果   A、不同岩体结构对岩质滑坡运动规律的影响   (1)单层结构的岩体在相同坡度和启滑速度条件下,在主滑段上末速度:单层板状岩体>单层块状岩体>类散体。影响范围:单层板状岩体>单层块状岩体>单层类散体。对堆积段靠近主滑段端的同一位置的冲击强度:单层块状岩体>单层类散体>单层板状岩体。   (2)层状结构的岩体在相同坡度和启滑速度条件下,在主滑段上末速度:板状三层结构>底软上硬三层结构>块状三层结构;堆积段影响范围的集中程度和对同一位置的冲击强度:底软上硬三层结构>板状三层结构板状三层结构>块状三层结构。   高启滑速度和陡坡度条件下,纵横节理发育的块裂状三层岩体与整体性好的板状三层岩体,最后主滑段上末速度:块裂状三层岩体>板状三层岩体;对堆积段靠近主滑段端的同一位置的冲击强度:块裂三层结构<板状三层结构;   小尺寸块状三层结构与块状三层结构的运动形式不同:小尺寸块状岩体主要以翻滚转动和滑动为主,而块状三层滑仅以滑动为主。小尺寸块状岩体在主滑段上所获的末速度更大,堆积物影响范围更大。   (3)不同的岩体结构在主滑段的运动过程中速度都是在波动过程中不断增加的,每种结构岩体波动的幅度和次数有所不同,但是我们认为速度每一次的波动的都是由于层间滑动、岩体破碎或岩体碰撞所造成的。   (4)任何一类岩体结构组合的岩质滑坡,其堆积段前方受到冲击力都随滑程的增加而减少。   B、坡度对岩质滑坡运动规律的影响   (1)通过多组实验证明,三层结构岩体在32°斜坡上发生的岩质滑坡其影响程度是最大的,而26°斜坡最小。其中块状三层岩体结构和板状三层岩体结构,在启滑速度相同的条件下,主滑段末速度和最后堆积物影响范围都表现出:32°斜坡>40°斜坡>26°斜坡。   (2)斜坡坡度主要影响岩质滑坡的运动加速过程,但在考虑斜坡坡度变化的同时需要考虑层状结构的层间运动情况,才能更准确认识滑坡。   C、启滑速度对岩质滑坡运动规律的影响   (1)经过多组实验数据证明,在坡度相同、岩体组合结构相同的条件下,启滑速度越大,主滑段上的末速度越大;且末速度>启滑速度,其中仅类散体滑动的末速度≈启滑速度;末速度与最后总体影响范围成正比关系。   D、不同岩体结构岩质滑坡的破碎规律及其对成灾特征的影响   (1)板状单层岩体滑动过程中,前端和末端破碎较严重,中部块体较完整。这种破碎方式直接影响滑坡体最前缘的冲击强度,堆积物显示分布较为分散,滑动后真正的受到冲击严重的部位集中于中部和后部,前缘相对安全。   (2)三层板状结构岩体和底软上硬三层结构岩体除在高角度高速度滑动条件下,滑动过程中表现出的破碎规律基本相同:上层岩体完整性很好,下层岩体破碎且破碎集中在前端和后端,中部破碎程度较低。而在高角度高速度滑动条件下,底软上硬三层结构滑动后上层岩体与下层分离,上两层的板状岩体均破碎成块状。   (3)块裂三层结构岩体存在纵横节理发育的结构面,整个运动过程从底层到上层岩体都发生了较三层板状岩体更大程度的破碎,前缘和后缘集中了较小类的块体,而中部块体较大且堆积物分布不集中。   (4)不同的破碎程度和形态对周围及其上部建筑物的影响是不同的,滑动后上层岩体完整性很好的情况下,修建于滑体上方的建筑物若能克服启滑阶段的拉张应力在后期滑动过程中不易被损毁。同样修建在岩体破碎程度较低部分的建筑物也有被保留的可能。这种情况多发生在含有板状岩体的组合结构中。   (5)不同破碎形态与主滑段末速度综合影响了滑坡体最后的影响范围,在主滑段末速度越大,岩体破碎程度越大条件下,滑坡造成的影响和范围越大。
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