發(fā)布時間：2018-03-05 15:47

  本文選題：黃土坡滑坡　切入點：空間結(jié)構(gòu)　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：三峽庫區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,滑坡分布廣泛,滑坡成因機制和演化規(guī)律研究是減災(zāi)防災(zāi)的重大需求。黃土坡滑坡在三峽庫區(qū)具有典型性,展開黃土坡滑坡變形演化研究對探索水庫滑坡具有重要學(xué)術(shù)意義。自1979年葛洲壩水利工程建設(shè)將黃土坡作為巴東縣移民新址以來,不同單位、不同部門的眾多專家學(xué)者對黃土坡滑坡展開了系列勘察研究工作,但有關(guān)滑坡的一系列基本問題尚未完全解決。作為大型復(fù)合古滑坡,黃土坡滑坡物質(zhì)組成、空間結(jié)構(gòu)的認識尚不夠清晰,滑坡的空間結(jié)構(gòu)模型仍無定論,滑帶空間展布規(guī)律以推測為主。特別是,滑坡基本特征研究不夠系統(tǒng),還不能基于滑坡演化過程揭示滑坡時空演化規(guī)律。本文針對黃土坡滑坡,依托國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目“重大工程災(zāi)變滑坡演化與控制的基礎(chǔ)研究”第六子課題“重大工程災(zāi)變滑坡演化過程控制理論”以及國家自然科學(xué)基金重點項目“水庫滑坡演化進程多維診斷與穩(wěn)定性研究”進行選題,依托黃土坡滑坡野外綜合試驗場,對黃土坡滑坡中的具有控制作用的重要次級滑坡臨江1號滑坡進行全面系統(tǒng)研究。在綜合地質(zhì)資料基礎(chǔ)上,采取地質(zhì)信息與監(jiān)測信息結(jié)合的方法對黃土坡滑坡空間形態(tài)結(jié)構(gòu)特征展開系統(tǒng)研究,從空間覆蓋順序、物質(zhì)組成以及深部結(jié)構(gòu)特征三方面建立黃土坡滑坡空間結(jié)構(gòu)模型。利用大型野外綜合試驗場進行系統(tǒng)滑帶土取樣,從微觀到宏觀、從局部到空間對臨江1號滑坡滑帶進行綜合研究。結(jié)合變形監(jiān)測資料、地下水資料、降雨資料、庫水位資料從黃土坡地質(zhì)環(huán)境、滑坡形成時代、形成主控條件以及影響因素等方面著手,分析滑坡變形演化機制。結(jié)合淺部地表變形監(jiān)測和深部鉆孔測斜監(jiān)測,揭示黃土坡滑坡的變形演化規(guī)律。利用數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的方法研究黃土坡滑坡在庫水位和降雨聯(lián)合作用下的變形演化。取得成果對于指導(dǎo)三峽庫區(qū)水庫滑坡的治理工作提供了現(xiàn)實依據(jù)并具有理論價值。本文圍繞三峽庫區(qū)黃土坡滑坡滑帶特性及變形演化研究的主要內(nèi)容和取得成果具體如下所述:(1)基于自然歷史分析法開展了黃土坡滑坡區(qū)域地質(zhì)環(huán)境研究。長江三峽跨越我國兩大自然地理單元,為中低山和峽谷為主的侵蝕地貌,總體地勢東西低南北高中部低。長江三峽地區(qū)地層從老到新出露齊全,地層分布具有以黃陵背斜核部的結(jié)晶巖為中界分別向東和向西逐漸變新的規(guī)律。在構(gòu)造歷史上長江三峽地區(qū)經(jīng)歷過晉寧運動、燕山運動和西山運動三次較為強烈的構(gòu)造運動,形成了一系列的褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。新構(gòu)造運動活動時期的間歇式抬升、掀斜和緩慢沉降造成了三峽地區(qū)的層狀地貌面,河流下切侵蝕在該地區(qū)形成了多級階地。巴東庫岸斜坡體系總體表現(xiàn)為北傾斜的扇形順向單斜坡,區(qū)內(nèi)由四個南北向大沖溝劃分為五個斜坡單元,每個斜坡單元上分布有多個滑坡,長江的貫通使得巴東斜坡區(qū)淺表層產(chǎn)生變形。三峽地區(qū)自然滑坡與區(qū)域地殼運動和地貌演化過程具有明確的對應(yīng)關(guān)系,據(jù)此可以研究區(qū)域滑坡發(fā)育的邊界條件。(2)系統(tǒng)研究了黃土坡滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件。黃土坡滑坡地處長江三峽中段巫峽與西陵峽之間的長江南岸,所在地區(qū)巴東縣城屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,溫暖多雨四季分明;黃土坡滑坡發(fā)育有多級緩坡平臺,總體坡面形態(tài)呈上陡中緩臨江陡的特征,黃土坡滑坡地區(qū)沖溝發(fā)育且滑坡所處巴東地區(qū)褶皺斷裂等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育;滑坡及其臨近地區(qū)地下水可以根據(jù)水介質(zhì)特征、水動力以及補徑排特征分為四類。黃土坡滑坡上布置有野外監(jiān)測系統(tǒng),包括有大氣降水監(jiān)測、三峽庫水位監(jiān)測、GPS衛(wèi)星定位監(jiān)測、鉆孔測斜監(jiān)測等。三峽庫區(qū)巴東地質(zhì)災(zāi)害野外大型綜合試驗場利用在黃土坡臨江1號滑坡內(nèi)部建設(shè)的試驗隧洞群,對滑坡體空間形態(tài)展布和地質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)等組成進行了綜合全面直接揭露,提供了針對黃土坡滑坡組成物質(zhì)的試驗樣本采集場地。(3)利用試驗隧洞群揭露、現(xiàn)場鉆探、綜合地質(zhì)調(diào)查和試驗測試等手段獲取和揭示了黃土坡滑坡從表面到深部、從局部到整體的空間結(jié)構(gòu)特性。從整體空間結(jié)構(gòu)看,黃土坡滑坡由臨江1號滑坡、臨江2號滑坡、變電站滑坡和園藝場滑坡四個次級滑坡組成。臨江1號滑坡內(nèi)部有雙層滑帶結(jié)構(gòu),表明它是由兩個獨立且相關(guān)聯(lián)的滑坡組成的。從黃土坡滑坡物質(zhì)組成上看,黃土坡滑坡滑體總體由碎石土組成,基巖部分均由三疊系中統(tǒng)巴東組巖層構(gòu)成,滑帶總體由粉質(zhì)粘土夾碎石碎屑組成。對于臨江1號滑坡深部結(jié)構(gòu),利用鉆孔和巴東野外隧洞主洞揭露可知,在垂直方向上,巖體顏色由深灰色經(jīng)過灰綠色、黃綠色、粉紅色、棕黃色向黃褐色轉(zhuǎn)變。巖體完整性較差,從隧洞入口到出口處圍巖級別有先增大后減小趨勢,沿主洞展布沿線,巖體在顏色、巖性和強度上各不相同。深部巖體在垂直方向以及隧洞主洞沿線方向均存在空間變異性。(4)系統(tǒng)開展了黃土坡滑坡滑帶土微觀結(jié)構(gòu)、礦物組成、宏觀強度等綜合試驗研究。結(jié)合現(xiàn)場空間多鉆孔滑帶土樣的顆粒級配分析,揭示了黃土坡滑帶的綜合特性以及空間變異性。在微觀特性方面,發(fā)現(xiàn)滑帶土中含有大量粘土礦物,滑帶土樣本表面有深度不大也不密集的擦痕。滑帶土由粒狀、塊狀的礦物晶體和層狀堆棧的(薄)片狀粘土礦物組成。在宏觀物理力學(xué)特性方面,采用室內(nèi)試驗獲取了黃土坡滑坡四個次級滑坡滑帶土的顆粒含量、液限和塑限、液性指數(shù)、飽和度、剪切強度參數(shù)、壓縮模量等參數(shù)。通過滑帶土顆粒分析得到臨江1號滑坡滑帶土顆粒級配曲線,并利用分形理論對土體結(jié)構(gòu)特征進行定量化研究,通過滑帶土顆粒級配特性研究滑帶空間分布變異性。(5)系統(tǒng)開展了黃土坡滑坡形成時代和成因機制研究。結(jié)果表明,在距今54×104a~5×104a年間黃土坡滑坡主滑體初步形成。臨江1號和臨江2號滑坡最早產(chǎn)生于距今54×104a~19×104a,后經(jīng)過5次較大的滑動。在距今16×104a~13×104a之間,變電站滑坡受到內(nèi)外綜合因素影響滑動,園藝場滑坡是四個子滑坡中最后成形的部分,形成于距今13×104a~12×104a之間。變電站和園藝場滑坡的超覆部分引起了臨江兩滑坡的再次滑動。臨江1號-1滑坡和臨江1號-2滑坡分別形成于距今10×104a以及5×104a期間�；抡w演化經(jīng)歷了斜坡發(fā)育、墜覆、滑坡以及改造四個階段。黃土坡滑坡形成受到物質(zhì)條件、邊界條件和環(huán)境條件三方面控制影響。形成機制總體而言可以歸納為:相對軟質(zhì)巖體(T2b2)和相對硬質(zhì)并含有軟弱夾層的巖體(T2b3-1)組成的總體順向斜坡結(jié)構(gòu)給滑坡的形成提供了先天有利條件。受長江河流下切作用,臨空面高度累積為滑坡提供了滑動勢能,最后勢能集中達到一定程度后能量爆發(fā)形成滑坡破壞。(6)利用黃土坡滑坡監(jiān)測系統(tǒng)揭示黃土坡滑坡目前變形過程和規(guī)律。通過黃土坡滑坡位移矢量圖發(fā)現(xiàn)滑坡表面變形位移方向并不單一但是整體朝著NE20°方向前進。臨江1號滑坡滑體前緣各監(jiān)測點累計位移量在157.23mm至199.09mm間;滑坡體中前部監(jiān)測點G7和G22累計位移量分別為256.78mm和184.7mm;位于滑坡體中后部的監(jiān)測點G9和G18累計位移量分別為194.61mm和91.42mm;滑坡體后緣監(jiān)測點G11累計位移量為72.51mm。在黃土坡滑坡深部變形研究基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)對于臨江1號滑坡,靠近滑坡前緣的鉆孔滑帶處累積位移從0mm到54.32mm穩(wěn)定增加。從滑坡前緣到后部鉆孔揭露的滑帶累積位移月變形速率最大值依次減小。利用多重分形維數(shù)演化規(guī)律分析黃土坡滑坡淺層和深部位移,均發(fā)現(xiàn)累積位移多重分形維數(shù)較大,受庫水蓄水高程和降雨影響明顯,但是整體處于滑坡變形演化相對穩(wěn)定階段。(7)揭示了黃土坡滑坡在實際降雨與庫水位升降作用下的演化規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查,利用現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬結(jié)合的綜合研究手段,以一個真實水文年的四個階段分別對滑坡體位移場分布、內(nèi)部浸潤線、孔隙水壓力以及穩(wěn)定性等進行研究。結(jié)果表明降雨對滑坡的影響相對于庫水主要集中在滑體中后部。在庫水位上升和下降時,滑坡體內(nèi)部浸潤線變化相對于庫水位升降循環(huán)存在一定遲緩。對于變形特征,在庫水位下降階段,滑坡變形逐漸從前緣向中后部拓展,降雨沖刷影響滑坡后緣部分發(fā)生弱小變形;隨著強降雨的發(fā)生,滑坡淺層變形由從前向后延伸轉(zhuǎn)變?yōu)閺暮笙蚯把由?降雨作用顯著。最后利用Bishop、Janbu、Morgenstern-Price以及Ordinary四個方法來評價黃土坡滑坡在水文年各階段的穩(wěn)定性,總體而言,利用Bishop方法得出的結(jié)果最為保守,臨江1號滑坡在庫水位與降雨聯(lián)合作用下基本處于穩(wěn)定狀態(tài),淺層滑面穩(wěn)定性系數(shù)相對較低而深層滑面穩(wěn)定性系數(shù)相對較高。在實際三峽水庫邊坡工況下,降雨對滑坡穩(wěn)定性影響更為顯著。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P642.22

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