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震裂山体滑坡启程失稳与运动特征研究-以安县高川乡牛颈沟滑坡为例

作　者: 王多军
导　师: 裴向军
学　校: 成都理工大学
专　业: 地质工程
关键词: 震裂山体边界效应强度衰减成因机制数值模拟运动特征
分类号: P642.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

“512”汶川特大地震形成了成千上万的震裂山体，成为震后地质灾害隐患点。震后经历数个雨季，地质灾害的后效应逐渐显现，灾区的地质灾害问题层出不穷，其中不乏规模大、威胁程度高的地质灾害。为何震后汶川灾区发生地质灾害所需的降雨量和降雨强度明显减少，地质灾害发生的门槛明显降低?震后灾区地质灾害如此频繁，且持续时间较长?带着这些问题，本文以牛颈沟滑坡为例，对震裂山体滑坡启程失稳与运动特征进行了研究。现将本文取得的主要成果和认识概况如下：(1)根据滑坡的发育、运动和堆积特点，以现场调查为基础，将滑坡分为滑源区(Ⅰ，包括滑动区Ⅰ-1，残留区Ⅰ-2)，陡坡加速区(Ⅱ，包括主流通区Ⅱ-1，右侧铲刮滑塌区Ⅱ-2，左侧铲刮区Ⅱ-3)，铲刮长距离运动区(Ⅲ)，冲击抛撒区(Ⅳ)和堆积区(Ⅴ)。通过滑坡的分区和各分区的仔细描述，客观地展现了滑坡的整个运动特征以及所表现出的高速远程特点。(2)根据现场仔细调查，对牛颈沟滑坡的震裂裂缝特征进行了仔细统计。在此基础上对裂缝进行分类，并作出裂缝分布平面图。结合现场裂缝的变形特征，表明表面型裂缝经过后期的充填，逐渐消亡，很难形成边界。而震后由于坡体的濡滑变形，沿山脊走向的深大贯入型裂缝和由于地形地貌影响发生偏转的左右侧曲线型裂缝会逐渐变形贯通圈闭，渐渐形成滑坡雏形。裂缝的组合不仅控制着牛颈沟滑坡现有边界形态，对后期滑坡的进一步发展同样起着控制作用，表现出震裂缝的边界效应。(3)根据现场对裂缝的发育程度调查和渗透试验，将斜坡体分为3个区域。在各个区域分别取样，测得不同试样的岩土力学参数。试验证明，由于地震的影响，滑坡体的渗透性大大增加，滑坡岩土体强度发生衰减。震后岩土体的峰值强度大大降低，几乎为震前的残余强度值。地震导致岩土体强度的衰减，渗透性的增加，伴随着裂缝的高度发育，这些不利因素为后续降雨条件下触发滑坡提供了先决条件。(4)通过有限元软件对8.24降雨诱发牛颈沟滑坡进行了模拟，进一步分析了降雨条件下坡体的渗流场、稳定性和应力应变。在此基础上假设震前斜坡模型，模拟8.24降雨对震前斜坡的影响。通过震前震后对比分析可以看出，由于震后坡体的渗透系数增加，降雨进入坡体的渗流场发生变化。前期地震的作用，导致滑坡体的强度大大衰减，滑坡稳定性本已大大降低，再加上入渗地下水的作用，使得坡体的抗剪能力再次减弱，导致了牛颈沟滑坡的发生。而在假设的震前模型中，坡体处于稳定状态，并没有失稳。同时，通过多次试算，计算出震前引起坡体滑坡所需的临界降雨量约为122~124mm/14h，这与震后103mm/14h相比，诱发滑坡的降雨强度降低了大约17%。(5)通过对牛颈沟震裂缝边界效应和地震导致其岩土体强度衰减的研究，分析其成因机制是地震和降雨的共同结果。总结出该类震裂山体“扒皮型”中浅层土质滑坡的特点。该类型滑坡一般方量小，由于受强大的地震作用，坡体震裂变形，岩土体震裂松散，强度降低，同时沿山脊处发育大量的震裂裂缝。由于大量控制性裂缝的出现，随着后期在自身重力作用下的蠕变，裂缝进一步扩展，形成滑坡雏形。岩土体强度的衰减，使得原本较为稳定的坡体变成欠稳定或者不稳定。此外，大量的裂缝和震裂松散的岩土体为雨季大量的雨水进入坡体提供了条件，改变了震前坡体内部原来的渗流场，使得降雨对震后山体的诱发能力进一步提高，导致临界雨量降低。(6)采用UDEC离散元分析软件，再现了牛颈沟滑坡的整个运动过程。根据其运动特点将滑坡的整过过程分为四个阶段①降雨诱发滑坡启动阶段，②碎屑流化陡坡加速阶段，③碎屑流铲刮长距离运移阶段，④能量耗散减速堆积阶段。在此基础上，通过多种理论公式计算得到该滑坡的最大速度为36.4~42.6m/s，为一高速远程滑坡。同时对滑坡的沿程速度和滑距进行了计算，计算结果与现场调查结果基本吻合。根据计算结果和现场调查分析表明，滑体的高势能、有利的地形、碎屑流效应以及滑坡的物质成分是牛颈沟形成高速远程滑坡的原因。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 研究意义及选题依据  11-13
    1.1.1 研究意义  11-12
    1.1.2 选题依据  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-20
    1.2.1 震裂山体研究  13-16
    1.2.2 降雨诱发滑坡研究  16-18
    1.2.3 高速滑坡研究  18-20
  1.3 研究内容及技术路线  20-22
    1.3.1 研究内容  20
    1.3.2 技术路线  20-22
第2章自然地理及地质环境概况  22-30
  2.1 自然地理概况  22-24
    2.1.1 地理位置  22
    2.1.2 气象水文  22-24
  2.2 地质环境条件  24-30
    2.2.1 地形地貌  24-25
    2.2.2 地层岩性  25
    2.2.3 地质构造  25-28
    2.2.4 地震  28-29
    2.2.5 水文地质条件  29-30
第3章震裂山体滑坡基本特征  30-43
  3.1 滑坡发生过程  30
  3.2 滑坡形态特征  30-33
  3.3 滑坡物质组成及结构特征  33-35
    3.3.1 滑体特征  33-34
    3.3.2 滑动面特征  34
    3.3.3 滑床特征  34-35
  3.4 滑坡分区及各分区的特征研究  35-43
    3.4.1 滑源区  36-38
    3.4.2 陡坡段加速区  38-39
    3.4.3 铲刮长距离运动区  39-40
    3.4.4 冲击抛撒区  40-41
    3.4.5 堆积区  41-43
第4章震裂山体滑坡启程失稳成因机制分析  43-82
  4.1 震裂山体的形成及基本特征  43-45
    4.1.1 山体震裂的力学机理  43-44
    4.1.2 震裂山体的基本特征  44-45
  4.2 震裂缝的形成、分类以及边界效应  45-52
    4.2.1 震裂缝的形成  46-47
    4.2.2 震裂缝的分布特征及分类  47-51
    4.2.3 震裂缝的边界效应  51-52
  4.3 地震导致岩土体强度的衰减  52-64
    4.3.1 现场取样与渗透试验  53-56
    4.3.2 室内试验  56-61
    4.3.4 地震导致岩土体强度衰减分析  61-64
  4.4 降雨诱发滑坡的有限元分析  64-79
    4.4.1 计算模型的建立  65-67
    4.4.2 8.24 降雨诱发滑坡渗流场分析  67-70
    4.4.3 8.24 降雨诱发滑坡稳定性分析  70-71
    4.4.4 8.24 降雨诱发滑坡应力应变分析  71-72
    4.4.5 地震前后降雨滑坡的渗流场及降雨临界强度对比  72-79
  4.5 震裂山体滑坡成因机制分析  79-80
  4.6 本章小结  80-82
第5章滑坡运动过程的数值模拟及运动特征研究  82-100
  5.1 滑坡运动过程数值模拟  82-93
    5.1.1 离散元分析原理  82-85
    5.1.2 离散元模型建立  85
    5.1.3 材料参数选取  85-86
    5.1.4 模型监测点布置及降雨条件的输入  86-87
    5.1.5 数值模拟结果及分析  87-93
  5.2 滑坡运动特征分析  93-99
    5.2.1 滑坡-碎屑流运动特征值  93-94
    5.2.2 牛颈沟滑坡-碎屑流运动速度估算  94-98
    5.2.3 牛颈沟滑坡高速成因分析  98-99
  5.3 本章小结  99-100
结论与展望  100-103
致谢  103-104
参考文献  104-109
攻读学位期间取得学术成果  109-110
附录  110-111

震裂山体滑坡启程失稳与运动特征研究-以安县高川乡牛颈沟滑坡为例

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