视倾向滑移型滑坡形成条件与失稳机理研究——以重庆武隆鸡尾山滑坡为主

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视倾向滑移型滑坡主要发生在倾向斜内倾的单斜灰岩山体中,岩层走向与山体主临空面(陡崖)方向呈大角度相交。这类滑坡在西南山区分布较广,因受稳定山体的阻挡一般条件下稳定性较好,但在特殊条件下(强烈地震)或外界因素(如地下采矿)影响下也可能发生失稳破坏。重庆武隆鸡尾山滑坡等就是这样一类特殊的视倾向滑移型高速远程滑坡。视倾向滑移型滑坡识别难度大、隐蔽性强,成因机理复杂,成灾模式奇特、减灾防灾难度大、风险高;以这类滑坡为研究对象,具有较强的理论意义和实践价值。  根据野外现场详细的工程地质勘测、三维激光扫描与勘探、航拍、现场监测和取样测试,通过大型离心机模型试验以及数值模拟分析手段,结合极限平衡、矢量分析法等,深入系统地研究了视倾向滑移型滑坡的形成条件与失稳机理,建立了视倾向滑移型滑坡的早期识别方法,提出主动防范措施建议。进而扩展了岩质斜坡类型,丰富了研究手段,为西南山区岩质滑坡早期识别和应急处置提供了理论基础和技术支撑,取得了以下主要结论和成果:  (1)根据野外现场详细的工程地质勘测、资料收集和比较分析研究,结合对重庆武隆鸡尾山滑坡、汶川地震诱发的安县大光包滑坡、窝前滑坡等典型视倾向滑移型滑坡研究,进一步厘定和明确了倾内型视倾向滑移型滑坡的概念、形成条件和特征,并据此将视倾向滑移型滑坡分为常规视倾向滑移型滑坡(如大光包滑坡、窝前滑坡)和关键块体控制型滑坡(如鸡尾山滑坡)两种模式。前者在滑动方向的前缘因具有冲沟、山体转弯等而具有一定的滑动临空条件,后者则因受前缘山体的阻挡没有明显的临空条件,存在所谓的关键块体。鸡尾山模式为重力作用和下部采矿影响坡体向下蠕滑,但因前缘阻挡坡体被迫沿视倾向方向转向并滑出,为前缘山体阻挡型、下部采矿型和蠕滑型滑坡;大光包模式为前缘临空型、地震型、突发型滑坡。  (2)以武隆鸡尾山滑坡为研究对象,查明了鸡尾山型滑坡的形成条件、特征、主要影响因素和成因模式。视倾向滑移型岩质滑坡形成与演化受地形地貌、坡体结构、岩性组合、岩溶发育、工程扰动等因素控制:单斜构造斜坡和坡体一侧冲沟为滑体视倾向剪出提供了临空条件;真倾向(倾向山内)与滑出方向成大角度相交,两组近于正交陡倾结构面与滑带软岩有机组合,将滑源区岩体切割成“积木块”状;滑坡前缘岩溶带视倾向展布,将滑源区与稳定山体完全切割,岩溶发育强烈,形成强度相对脆弱的视向岩溶发育带;地下采空诱发山体应力调整,加速山体变形,对滑坡边界、平行于陡崖走向的侧向裂缝的形成具有一定作用。概化了视倾向滑移型滑坡的概念模型,随着坡体一侧沟谷的下切和侵蚀,坡体的裂缝沿原生结构面形成卸荷带,坡体继续演化发展而进入时效变形阶段。坡体前部滑动块体前缘具有较大“可压缩性”岩溶破碎带对此类滑坡发生起到了关键控制作用,由此揭示了由前缘视倾向展布岩溶带“软基效应”所提供“准临空面”并导致此类滑坡产生蠕滑—拉裂变形的致灾机理。在滑坡孕育过程中,底滑面贯通,坡体沿底滑面剪切蠕滑;坡体应力向前缘“易压缩带”集中,坡体应力自组织调整,坡体沿“易压缩带”蠕滑,在前部三角处垂直于坡体(陡崖)形成第二破裂面,最后剪断岩溶带个别与稳定山体咬合岩块,滑坡瞬间失稳,高速远程碎屑流产生。  (3)武隆鸡尾山滑坡滑带类型、物质组分、微观结构特征和流变特性等决定了滑带的应力状态和强度变化特征,这些变化最终又影响滑坡活动,这些特性一定程度上也控制了滑坡演化进程。  (4)以武隆鸡尾山滑坡为例对视倾向滑移型滑坡的稳定性进行了定性和定量评价,分别采用了赤平投影法、边坡块体稳定性分析软件(sasw)、楔体矢量分析法和基于“软基效应”解析法等多种方法对鸡尾山滑坡的稳定性进行了分析,结果表明:“关键块体”控制型滑坡以整体作为刚体分析坡体是稳定的,将前部“关键块体”和后部驱动块体分解计算是科学的、可行的,也印证了坡体“软基效应”“第二破裂面”的存在。武隆鸡尾山坡长L大于110m不是常规楔形体;基于软基效应模式计算,得到坡体稳定性与坡长L、前部软弱带(侧滑面)与底滑面的走向方向的夹角θ等有较强的相关性,为野外辨识提供依据。  (5)离心模型试验结果显示,滑坡形成演化的时空特征明显。随着离心加速度增大压力增大;同一时刻压力大小前部向后部逐渐减小。滑体各点位移变化基本一致,但在岩溶带有较明显的因压缩而向上隆起。滑坡的初始破坏过程是一个从稳定到失稳的渐进演化过程,伴随底滑面长期蠕滑和岩溶带压缩—剪切;底滑面和侧滑面(岩溶带)在阻滑作用中的工作点和作用时间不一致,因而不能同时有效地发挥作用,是斜坡演化和视倾向滑移的主要因素。武隆鸡尾山滑坡为蠕滑-拉裂-压缩-剪断的复合破坏模式,岩溶带压缩前后模式的转变是坡体进入累进性破坏的标志,这个标志具有很大的隐蔽性。  (6)数值模拟结果显示,天然状况下,坡体位移小且逐渐收敛,坡体稳定。蠕滑条件下,变形和应力缓慢持续增加,前缘岩溶带具有较大的“可压缩性”,压力增大,位移量较小,并有隆起现象,可滑动块体在重力作用下通过不断对前缘岩溶破碎带实施“挤压”并沿炭质泥质灰岩发生蠕滑时效变形,在此过程中后缘拉裂缝不断增大。采矿作用下,滑源区的滑移速度加快,坡体应力自身调整影响坡体稳定性,下滑力明显增加,岩溶带被挤压破碎,抗力体和后部驱动块体分离形成第二破裂面,岩溶带被剪断,坡体整体瞬间失稳。表明关键块体的控制和阻滑作用明显,前缘岩溶带“软基效应”提供“准临空面”并导致此类滑坡产生蠕滑—拉裂变形的致灾机理。  (7)根据现场地质成因调查、相似坡体邻近区域比较研究、典型案例深入剖析、重点实例的数值模拟及物理模型试验分析,从地质结构、坡体结构、失稳机理等方面出发,归纳为视倾向滑移型滑坡具有五个识别特征,坡体周界分割、层状块裂倾内、山体倾向阻挡、软弱带视向展布、视倾向临空。视倾向滑移型滑坡也具有时空演化规律的,各阶段的坡体变形特征区别明显。
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