北川县筲箕窝滑坡复活机制及稳定性研究

作     者：郝彦鹏 haoyanpeng

作者单位：成都理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈军辉

授予年度：2015年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：筲箕窝滑坡 成因机制 数值模拟 复活机制 稳定性评价 

摘      要：筲箕窝老滑坡位于四川省绵阳市北川羌族自治县三坪村,处于龙门山构造带内,构造背景复杂,为中陡倾千枚岩质顺层斜坡失稳破坏后堆积而成,其变形破坏类型为“滑移-弯曲-溃决型,失稳规模约700万m3。在“5.12汶川地震中,老滑坡堆积体体上出现若干条短小的张拉裂缝;地震后经过多年降雨作用,尤其为2013年7月的特大暴雨后,坡体上发育多条横向的长大张拉裂缝,复活迹象明显。老滑坡复活将危及坡体上的居民生命和财产安全,中断通向上游村落的重要交通道路,并对老麂沟沟口居民造成威胁。因此,研究该滑坡的复活机制及稳定性具有重要的实际意义,同时补充了地震引发滑坡堆积体复活的研究,对类似老滑坡堆积体的复活及稳定性的分析具有一定的参考价值。本文在收集研究区相关地质关资料,整理勘查资料,对滑坡区工程地质条件、滑坡结构特征、变形破裂特征进行分析的基础上,采用地质-力学的方法分析老滑坡的形成机制,通过地质分析与数值模拟相结合的方法研究了滑坡在地震与暴雨作用下的复活机制,进而用定性与定量两种方法对滑坡整体与局部的稳定性进行评价,并提出了防治措施。主要研究成果如下:(1)分析滑坡的基本特征与滑坡外围的类似千枚岩斜坡的变形特征,并结合滑移-弯曲的地质力学模型计算极限弯曲段长度,确定筲箕窝滑坡为中陡倾千枚岩质顺层斜坡失稳破坏后堆积而成,变形破坏模式为“滑移-弯曲-溃决。(2)“5.12地震中,老滑坡堆积体在地震波作用下变形破坏主要变现为松动、破裂,在后部高陡的部位与前部微地貌呈凸起形的部位产生若干条短小的横向裂缝;地震后受多年降雨作用影响,尤其在2013年7月特大暴雨期间,滑坡有明显的复活迹象,主要表现坡体上出现多条长大的横向裂缝与下错陡坎,并具有一定分区性。根据坡体结构特征与变形破裂特征将老滑坡分为1#、2#、3#三个复活区。(3)老滑坡体结构较松散,为滑坡复活提供了不良的地质基础;在地震作用下,坡体出现裂缝,且结构更加松散,为后期降雨入渗提供良好的渗流通道。降雨入渗坡体后转化为地下水,对坡体加载,产生静水压力与渗透力,并且软化滑带,造成下滑力增加而抗滑力减小,滑坡堆积体开始出现蠕滑变形,导致老滑坡的复活。根据滑坡的变形特征,推断滑坡度堆积体变形破坏的模式为“蠕滑-拉裂-剪断模式。利用Flac3D(有限差分法)模拟分析在地震与暴雨作用下滑坡堆积体复活机制,通过对数值模拟结果分析得出:在地震作用下,堆积体的位移较小,塑性变形几乎在整个滑坡堆积体出现,塑性破坏在坡体上零星出现;老滑坡堆积体在降雨作用下位移量较大,出现一定区域的塑性破坏,并且在滑坡后部与前部形成相对集中的剪切应变带,降雨作用诱发堆积体复活。(4)通过定性分析与采用Morgenstern-Price极限平衡法分析老滑坡堆积体局部及整体稳定性。老滑坡整体在天然工况下处于稳定状态,在暴雨与地震工况下处于基本稳定状态。各复活体在天然工况下处于基本稳定-稳定状态,除1#复活体在暴雨工况下处于不稳定,其余在暴雨与地震工况下基本处于欠稳定-基本稳定状态。通过稳定的敏感性分析,稳定性系数随内聚力与内摩擦角呈上升趋势,其中内摩擦角对滑坡稳定性的影响更大。二维渗流场与应力场耦合数值模拟分析五十年一遇的单次最大降雨与5天连续最大降雨条件下的稳定性情况。单次降雨结果显示:单次最大降雨方式为垂直入渗,引起坡表的应力应变改变,容易引发表层的溜滑。5天连续降雨结果显示:降雨前2天雨水作用方式为垂直入渗为主引起滑体容重增加,降雨后3天雨水作用形式为渗透作用和一定的浮托作用;耦合计算显示降雨作用使坡体整体应力增加,滑带处最大剪应力增大,在后部与前部形成两个贯通的剪应变带,后部的最大剪应变量值较前部的大,剪应变带未整体贯通,验证滑坡失稳破坏为“蠕滑-拉裂-剪断模式。(5)在滑坡稳定性计算结果的基础上,并结合滑坡变形特征、失稳破坏模式、岩土特征、空间发育特征及受害对象的分布等特点提出滑坡的防治方案为抗滑桩+排(截)水沟。