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本论文是国家自然科学基金项目《三峡库区缓倾角红层基岩滑坡降雨启滑机制》的一个组成部分,选取缓倾角红层基岩滑坡的一个典型实例-天台乡特大型滑坡为具体研究对象,对该滑坡滑带特征进行深入探讨,以期对该类滑坡的防治提供有价值的基础性建议。
在收集天台乡滑坡勘察资料和相关研究成果的基础上,对天台乡滑坡进行深入的野外调研,查明验证其地质构造、地层组合关系、地下水的入渗及排泄情况、地形地貌等地质环境条件,在滑坡前缘滑带采取滑带土原状样及扰动样。通过滑带土的矿物分析和微观结构观察、颗粒分析、界限含水量、饱和土渗透试验、非饱和土的土水特征试验以及直剪试验、三轴剪切试验和三轴压缩蠕变试验,揭示了滑带土的物理力学特征及其对滑坡的影响,建立了滑带土的蠕变模型。最后,利用应力-应变等时曲线得到了滑带土的长期强度。
通过以上工作,得出以下结论:
(1)天台乡滑坡位于五宝场背斜东翼和平楼山向斜之间,其地层组合为第四级松散堆积体、侏罗系遂宁组暗红色砂质泥岩和浅灰色泥质砂岩。其中滑坡滑体主要为第四级松散堆积体和泥岩,滑床由砂岩构成。滑带分布在滑床砂岩上部,厚度0.2~1.20m之间,为泥岩强风化带与中风化带经滑动形成的粉质粘土夹砂岩角砾。
(2)对滑带土做X光衍射分析,确定其主要矿物成分及平均百分含量为:石英30%、绿泥石29%、伊利石17.5%、方解石13.5%、长石10%。滑带中性质较差的粘土矿物伊利石及绿泥石的存在,是滑带土产生蠕变和滑坡再次活动的物质基础。通过扫描电镜观察发现,该土矿物定向排列较有规律;粘土矿物形态主要是片状、长条状;微裂隙微孔隙发育,这些次生孔隙,使滑带孔隙率增高,一旦因剪切而引起结构破坏,便可激发很高的孔隙水压力,成为高速滑坡的重要形成因素。测试滑带土的界限含水量,结果表明其塑性指数为11.6,结合颗粒分析,其为级配良好的非均粒粉质粘土。
(3)通过滑带土的变水头试验得到了滑带土的饱和渗透系数为k20=2.24×10-8m/s,属于微透水的粉质粘土。通过试验得到了滑带土的土.水特征曲线,利用Fredlund-Xing的模型可以较好的与滑带土试验数据拟合。随着含水量的降低,滑带土的基质吸力逐渐增加,结合饱和渗透系数对非饱和渗透函数求解,可以得到非饱和渗透系数会随着含水量的降低而减小的结论。由于滑带土的微透水特性,会阻隔地下水的入渗,从而增加坡体的含水量。如果地下水在滑带部分长期滞留,会造成滑带土的强度软化,再加上滑带土具有的定向排列结构特征,容易在滑坡的再次滑动中起到明显的润滑作用。因此,在滑坡的防治及治理时,要注意做好坡体及四周的排水工作。
(4)由滑带土直剪试验和三轴剪切试验,求得其快剪强度为C=9.22kPa,()=2.85°;固结快剪强度为C=16.62kPa,()=14.18°;慢剪强度为C=9.92kPa,()=11.66°;三轴固结不排水剪切总应力强度为C=52.51kPa,()=11.7°。同时进行了不同含水率和不同干密度下的快剪试验,结果发现抗剪强度参数随着含水率的增加而大幅度的减小,随着干密度的增加而增大。
(5)对滑带土重塑样进行了三轴压缩蠕变试验,对影响蠕变的因素进行了初步分析,发现排水条件对蠕变效应影响最大。对于本次固结排水蠕变试验,非线性蠕变特征明显。应用Singh-Mitchell模型对滑带土蠕变特征进行描述,发现基本能体现滑带土蠕变特性,但是在蠕变前期模型曲线偏高,尤其是在偏应力增大的时候,模型与试验数据偏差较大。采用H-2K模型和自定义的四参数模型均能整体的描述具有衰减特征的此类滑带土的蠕变过程。模型中的参数均可通过非线性拟合得到。从与试验数据的验证结果看,自定义模型的拟合效果在应力水平较大时刻要优于H-2K模型,在应力水平较低的时刻,二者均能效果显著的拟合试验数据,模型曲线近似重合。
(6)利用应力-应变等时曲线簇确定出滑带土的长期强度参数,粘聚力为18.06KPa,内摩擦角为7.99°,相对于三轴固结不排水剪的强度参数:粘聚力为52.5kPa,内摩擦角为11.7°,长期强度参数粘聚力要减小65.6%,内摩擦角要减小31.7%。将三轴剪切的峰值强度曲线与长期强度做对比,发现长期强度要低于三轴剪切试验的强度,有很明显的衰减,约为三轴剪切峰值强度的55%左右。说明了该土体具有蠕变特性,在长期荷载作用下,强度会随时间而逐渐降低。
本文试验结论均表明,含水状态对滑带性质和强度有显著影响,含水量的提高大幅度降低其抗剪强度,在滑坡防治工程中,应重视坡体排水。滑动后的天台乡滑坡,应力释放,暂时趋于稳定。从不同方面对滑带土进行试验研究,结果均表明,该滑带土性质软弱,蠕变特征明显,当滑坡蠕变演化尺度大时,蠕变的累积效应可能会控制滑坡的稳定性;当滑体降雨充水饱和后,滑带抗剪强度急剧降低,是滑坡再次活动的最危险因素。因此,在研究滑坡体稳定性计算时,对于可能发生蠕滑的坡体,评价其稳定性时必须考虑滑带土体因蠕变而产生的强度降低,尤其当对变形控制要求较高时(小变形)的稳定性计算,更要考虑长期强度参数,而不是用短期强度来确定实际的安全系数。