青海西宁—民和新近纪泥岩盆地菜子沟大型平推式滑坡形成机制研究

平推式滑移是西宁—民和新近纪盆地内巨型滑坡的主要运动形式之一,互助县菜子沟大型滑坡持续变形,威胁350多位村民的安全,致灾风险较高。论文基于滑体地貌形态、岩性组合特征与变形破坏过程的勘查,系统分析了控滑岩层的物质组成、水理特性与力学性质,探讨了新近纪泥岩结构、强度的耦合变化机理,进而解析了滑坡的平推运动机制,初步研究表明:(1)近水平的新近纪泥岩为菜子沟滑坡内的控滑岩层,古浪地震触发该滑坡沿着25 cm厚的软弱层出现首次平动,近期的变形受到汛期雨水入渗、远场地震动的影响;(2)西宁盆地新近纪泥岩为黏土岩,黏粒含量在21.84%~51.44%之间,滑带的形成是剪切局部化作用的结果,其渐进扩展受物质结构、应力环境与力学响应机制的控制,滑带选择黏粒含量高、碳酸钙的含量低、胶结力低位置扩展,其黏粒含量为63%~68%,碳酸钙含量为5.27%~4.12%,内摩擦角在6.8o;(3)菜子沟滑坡处于干旱地区,极端强降雨天气较少,地震惯性滑移和地下水的浸润作用、水解作用是滑坡现今蠕变变形的主要诱发因素,该过程还将持续。     

青藏高原东北缘新近纪盆地内旋转-平推式滑坡聚集规律与机理研究

旋转平推式滑坡在世界各地的新近纪盆地内广泛分布,致灾风险极高。在现场调查的基础上,本文系统梳理了该类滑坡在青藏高原东北缘的空间分布和变形方式,通过取样测试与数值模拟计算,探讨了旋转-平推式滑坡近水平滑动带的变形机理。研究表明:(1)旋转平推滑坡集中于青藏高原东北缘新近纪泥岩盆地内,其活动强度受青藏高原隆升的影响,自高原腹地至边缘盆地,滑体体积逐步减小;(2)滑坡均由高黏粒含量、超固结新近纪泥岩组成,趋向剪胀、渐进性破坏。在河流的侵蚀塑造的近水平剪切应力环境下,薄层剪切带内摩擦角小于10°,剪切带内随机排列的黏土颗粒的逐步定向,呈现韧、脆性变形;(3)滑动带的蠕变、裂隙扩展与地下水的增湿加速材料的流变,滑面沿黏粒含量高、碳酸钙含量低的软弱层扩展。滑带内黏土矿物蠕变、裂纹的扩展,导致宏观变形逐步积累,剪切面逐渐形成,是滑坡变形的动力因素之一。     

含水率和离子浓度对滑带土抗剪强度的影响

滑坡地下水环境的变化对滑带土的强度和变形参数有着极大的影响,并影响滑坡的稳定性。三峡库区受到库水位升降及降雨入渗的影响,使得发育于该地区滑坡的滑带土含水率及离子浓度一直处于不断的变化中。以重庆万州区兴福寺滑坡为例,针对滑带土重塑样,采用X射线衍射分析了其矿物成分,然后进行了不同含水率下固结排水直剪试验、不同SO_4~(2-)离子浓度下滑带土的固结排水慢剪试验以及不同SO_4~(2-)离子浓度下滑带土直剪反复剪切试验。试验结果表明:滑带土成分以黏土矿物、石英、钠长石等为主,其中黏土矿物以伊蒙混层、伊利石为主;含水率对滑带土抗剪强度指标的影响较为明显,具体为黏聚力随含水率的增大而增大,内摩擦角随含水率的增大而减小;SO_4~(2-)离子浓度对滑带土抗剪强度指标的影响也较为显著,随着SO_4~(2-)离子浓度的增大,黏聚力与内摩擦角均减小;滑带土经过反复剪切后,残余强度、黏聚力和内摩擦角均随着SO_4~(2-)离子浓度的增大而减小。     

矿物成分、特征地球化学组分对水在滑带形成中作用的指示意义:以三峡库区大型滑坡为例

弄清滑坡滑带抗剪强度降低的根本原因是滑坡形成机理研究和滑坡活动趋势预测的主要内容之一。水是滑带形成过程中导致其抗剪强度衰减的最活跃因素之一。三峡库区两个大型滑坡实例分析显示,滑带及其周围岩土矿物成分、地球化学成分的变化特征指示滑带形成与水-岩(土)物理、化学作用的方式及作用程度,从而证实矿物学、地球化学研究方法和理论是揭示滑带抗剪强度降低内在机理的有效途径之一。三峡库区黄土坡滑坡临江I#崩滑体和泄滩滑坡滑带土及其周围岩土矿物学、主量化学元素的含量变化特征指示:前者滑带形成过程中,滑带部位地下水因大气降水补给、地下水的氧化作用活跃,导致滑带土抗剪强度减低,其主要原因是其中泥灰岩碎屑的水解泥化作用、方解石溶解作用和伊利石向伊-蒙混层矿物的转化作用;后者滑带形成过程中,滑带部位地下水与外界水力联系较差、地下水的还原作用强烈,滑带部位长石化学风化、次生粘土矿物增多,可知由伊利石转化的伊-蒙混层矿物增多是导致滑带土抗剪强度衰减的主要原因。     

二叠系炭质页岩软弱夹层剪切蠕变特性研究

以西南灰岩山区二叠系炭质页岩软弱夹层为研究对象,开展了原生软岩、层间剪切带和滑带3个演化阶段的矿物组成成分、微结构和不同正应力水平的剪切蠕变力学特性分析。结果表明：软弱夹层在演化过程中,矿物组分发生改变,黏土矿物含量在原生软岩中小于5%,层间剪切带中在5%～10%之间,滑带中大于10%。微结构由致密变得疏松,颗粒间连接力减弱;软弱夹层的蠕变位移和蠕变速率随着剪应力增加而增大,呈非线性关系。在相同剪应力条件下,蠕变位移和蠕变速率的关系为：滑带>层间剪切带>原岩。长期剪切强度逐渐降低,黏聚力的降幅大于内摩擦角,对时间的敏感程度较高。为受软弱夹层控制的层状基岩滑坡的发育发展过程、失稳机制研究提供了重要借鉴意义。     

大光包滑坡层间错动带岩体剪切特性研究

大光包滑坡滑带发育于构造作用形成的层间错动带中,带中岩体由上而下碎裂化程度增加,且底部存在一层泥化带。本研究选取大光包滑坡层间错动带中不同层位的碎裂岩体,共计进行18组中剪试验;此外,选取错动带中泥化带及临近的糜棱质带岩体进行了不同含水率下的42组快剪试验。试验结果表明:层间错动带碎裂岩体的剪切特性同碎裂程度有关,碎裂程度较低的岩体应变软化特性更明显,碎裂程度较高的岩体抗剪强度则更差;糜棱质带土体抗剪强度和内摩擦角一般大于泥化带土体,且剪切特性受地下水的影响小于泥化带;泥化带土体的抗剪强度和黏聚力随含水率的升高迅速降低,其内摩擦角与含水率呈负相关的指数关系,在地震过程中,随着岩体扩容引起地下水入侵,泥化带的抗剪强度会大大降低。研究结果对理解大光包滑坡滑面发育层位和地震中含水率上升及错动带岩体进一步碎裂化对滑带岩体抗剪强度的影响有重要意义。     

黄土-基岩滑坡滑带土特性及其演化过程

滑坡的演化过程伴随着滑带的形成,故滑带土的物理力学特性在一定程度上决定着滑坡的形成机理和活动趋势。选取延安丁家沟滑坡滑带土为研究对象,通过X射线衍射、电镜扫描、室内实验等手段,对其矿物成分、微观结构、物理特性和力学特性进行研究。结果表明:不同部位滑带土的性质差异明显,前缘滑带土的含水率、天然密度、干密度、黏土矿物、界限含水率以及粒径分布分维值均明显高于后部滑带土;前缘滑带土在任一法向应力作用下均表现为应变软化的剪切特性,而后缘滑带土在低法向应力水平下表现为弱应变软化,在高应力水平下表现为应变稳定。通过前后缘滑带土物理力学特性差异,总结出此类滑坡演化阶段为后缘剪切面形成→剪切面扩展→滑带贯通。      

炭质泥质灰岩饱水流变试验研究

采用岩石直剪流变仪对重庆武隆鸡尾山滑坡滑带(炭质泥质灰岩)进行了岩石饱水直接剪切流变试验.通过分析流变试验结果,从而得出滑带炭质泥质灰岩的剪应力-剪切位移曲线,进而得到软岩的长期强度.结果表明:炭质泥质灰岩饱水条件下与自然状况下流变强度和瞬时剪切强度参数相比,饱水状况下的长期强度有明显降低,饱水状况下炭质泥质灰岩摩擦系数比自然流变降低13.87%,比瞬时剪切的摩擦系数低40.91%; 饱水状况下炭质泥质灰岩黏聚力比自然流变降低13.81%,比瞬时剪切获取的黏聚力降低36.67%.因裂隙损伤扩展,饱水条件下长期抗剪强度比自然状况下长期抗剪强度有所降低,但是没有直剪流变试验长期抗剪强度与瞬时抗剪强度相比降低显著,为深入认识和分析鸡尾山滑坡滑带软岩的流变力学特性提供重要的试验和依据.     

大型层状基岩滑坡软弱夹层演化特征研究——以重庆武隆鸡尾山滑坡为例

软弱夹层经过长期地质历史演化,性质劣化后形成滑带,对大型层状基岩滑坡的稳定性起重要的控制作用。为了查清软弱夹层形成滑带的演化过程,以重庆武隆鸡尾山滑坡为例,对比研究了山体内软弱夹层的发育规律,将其划分为原生软岩、层间剪切带和滑带3个阶段,并通过岩矿组分含量、物理性质、微结构、物理化学性质和蠕变力学性质试验分析了3个阶段的演化特征。结果表明:从矿物成分演化过程来看,黏土矿物含量增加趋势明显,均值从4.4%增加到16.9%;从微结构演化过程来看,微结构由致密变得疏松,孔隙及节理裂隙增多,密度降低了5%~6%,孔隙率升高了108%;从物理化学性质演化过程来看,交换性盐基总含量在原岩中最高,其次是滑带,层间剪切带最低,有机质含量逐渐增大,整个演化环境呈弱碱性。从蠕变剪切强度演化过程来看,软弱夹层的内摩擦角由57.58°降低到29.63°,黏聚力由585 kPa降低到96 kPa。在此基础上,对鸡尾山滑坡驱动块体最大主剖面的下滑推力进行分析,下滑推力随着长期剪切强度参数的降低而增大,当内摩擦角φ < 25°,黏聚力c < 129 kPa时,下滑推力大于0,驱动块体失稳。该研究对受软弱夹层控制的层状基岩滑坡的发育发展过程、失稳机理研究提供了重要的借鉴意义。     

基于环剪试验的复活型低速滑坡活动机理

金坪子滑坡是距离金沙江乌东德水电站大坝下游最近的一处巨型滑坡,其Ⅱ区沿底滑带复活后已持续低速蠕滑超过百年,是乌东德水电站枢纽区最大的地质灾害隐患点。为弄清该滑坡复活后的长期低速活动机理以及再次加速蠕变破坏的条件,针对滑带附近土样的力学性质以及特征强度,通过不同剪切速率、不同黏粒含量以及不同应力条件的室内环剪试验进行了测试。研究结果表明,金坪子滑坡Ⅱ区复活后长期低速蠕滑的原因在于滑带土残余强度由初次破坏的负速率效应转变为强度与剪切速率成正比的正速率效应,滑坡的活动是滑带土黏性流变特征的表现。滑坡再次发生加速蠕变破坏需要克服一个比剪切带残余强度略高的峰值强度,否则受滑带土的黏性阻滞效应滑坡将长期处于稳定蠕变的状态。滑坡雨季运动较快的原因是降雨引起滑体容重的小幅度增加,导致低速蠕变活动加快,但不至于进入加速蠕变阶段。     

汶川地震诱发罐滩滑坡形成机制初步分析

安县罐滩滑坡由汶川地震诱发形成,发育于存在软弱基座的反倾斜坡中,体积达468×104m3。罐滩滑坡由"5.12"汶川地震及当晚暴雨诱发形成,发生时间滞后地震8 h,是典型的地震后效型滑坡。滑坡位于龙门山前山断裂带上盘,自然斜坡走向与断裂带近平行,水平距离约400 m,前山断裂带的分支断裂从坡体下部通过,并形成底部泥岩和上部白云岩的分界线。调查和分析表明,下软上硬的坡体结构是滑坡产生的基础,强烈的地质构造活动背景是其产生的重要条件,强烈的地面震动和高强度暴雨是导致产生滑坡的根本因素。滑坡的形成机制和发展过程可以分为以下3个阶段:自然斜坡的压缩-倾倒变形、震后滑面贯通阶段、滑坡整体破坏阶段。滑坡体形成沿河长400 m,纵向长880 m,平面面积1.82×105m2的滑坡堆积体,堵塞雎水河形成罐滩堰塞湖。     

三峡库区巫山县塔坪H1滑坡变形机制

自2008 年三峡库区175 m试验性蓄水以来,受库水波动及强降雨影响,沿江库岸发生多起顺向古滑坡变形灾害。以三峡库区巫山县塔坪H1滑坡为例,结合近十年滑坡调查勘察与变形监测资料,分析了该滑坡蓄水后的变形特征。通过研究分析认为:（1）塔坪H1滑坡为顺层古岩质滑坡,岩体呈碎裂状,岩性主要为三叠系香溪组软硬相间的砂岩、泥页岩,岩层间夹多套软弱夹层,形成了多级滑带控制的滑坡变形。（2）滑坡变形分为3个区域,位移量变形最大的滑坡前缘消落带区域,最大水平位移已达80 cm,其次是处于缓慢变形状态的曲尺场镇前部区域和后部相对稳定的曲尺场镇区域。（3）数值模拟结果显示,库水位周期性波动影响着滑坡前缘涉水区域稳定性变化,短时强降雨沿岩体结构面入渗会加速滑坡中前部区域稳定性快速下降。在水位波动和短时强降雨的共同影响下,塔坪H1滑坡在每年汛期呈现缓慢变形。目前塔坪H1滑坡中前部处于持续变形阶段,亟需开展滑坡防治工程,提高滑坡稳定性,确保场镇安全。     

青海西宁大通县韩家山泥岩质多级旋转型滑坡形成机制研究

青海大通县韩家山滑坡是西宁盆地最危险性的滑坡之一。为分析该滑坡的形成机制,论文基于高精度的地形数据开展变形形式、平面堆积特征的调查;结合连续取芯钻探数据,重建了滑体结构;为定量获得滑动带力学性质的变化过程,进行了滑体与原岩物质成分、水理性质、应力应变性质的物理化学测试,讨论了多级滑动剪切面的形成机制。分析表明:(1)滑体内不存在软弱地层,为近似均质地层。滑体为单一的新近系红色泥岩夹石膏层,不具层理,不含大于0.25 mm碎屑颗粒。泥岩内粘土矿物含量在29.7%~46.3%之间,碳酸钙含量在9.84%~11.58%之间。岩体内含形态不一、大小不一的石膏结核;(2)泥岩粘粒含量高,水敏性与粘滞性强。泥岩干燥饱和吸水率最低为26.31%,最高为42.12%。泥岩样品环剪试验呈应变软化型,随着含水率的增大,强度急剧降低。滑体快速滑动过程中,非饱和的滑带土受粘性物质、孔隙性的影响,产生强吸力;(3)滑体以旋转变形破坏为主,斜坡受河流侧向侵蚀影响,滑床附近的岩土体渐进性破坏,出现多级滑动现象。     

甘肃黑方台滑坡类型与活动特征研究

由于农业灌溉水的长期入渗软化作用,1984-2019年甘肃黑方台已频繁发生滑坡灾害约150次,沿黄土塬边形成长约10公里的滑坡密集发育带。滑坡类型以中、小型黄土层内滑坡为主,占90%以上;大、中型黄土-泥岩顺层滑坡次之。黄土层内滑坡速度快、滑程远,突发性、频发性、继发性强;黄土-泥岩顺层滑坡速度慢、滑程近、复活性强。高陡的台缘地形和强度低、水敏感性强的岩土体和岩层倾向坡外的地质结构是滑坡发生的基础,台塬区长期大量的农业灌溉是主要引发因素,大量水体入渗软化斜坡岩土体,使抗剪强度降低,并形成了约20多米厚的饱和软弱基座,导致斜坡失稳滑动,侧压力、季节性冻结滞水和溶滤作用等也有一定影响。黄土层内滑坡高速远程滑动的主要原因是：滑坡剪出口位置高,滑动势能大,释放条件好,剪出口下部有陡坡加速段和开阔、平缓的滑动空间,滑体底部饱和软弱黏性土持续产生超孔隙水压力、液化等低摩阻效应,是远程滑动的润滑剂。黄土-泥岩顺层滑坡的主滑面沿外倾15°左右的泥岩层面发育,且剪出口位于斜坡下部坡脚部位,能量释放条件差,决定了黄土-泥岩顺层滑坡的滑动速度较低、滑动距离较短,滑体易再次复活滑动。     

Correlation between incompetent beds and slope deformation at Badong town in the Three Gorges reservoir, China

Badong town is a new immigration area in the Three Gorges reservoir, China, which is built on many giant deep-seated landslides. In this region, the slope deformation is very severe and it is strongly correlated with the incompetent beds, which are distributed widely in the rock mass. In this paper, two giant deep-seated translational rock landslides used as study cases are Huangtupo landslide and Zhaoshuling landslide. Firstly, the composition materials, structures and deformation characteristics of the two landslides are analyzed. Then, the position, structure, mineral composition and the formation mechanism of the incompetent beds are studied in detail. Finally, based on the comparison of the position, mineral and structure between incompetent beds and sliding zones of the landslides, the correlations between incompetent beds and giant landslide are discussed. The results indicate that 13 large incompetent beds exist in the middle Triassic Badong Formation strata, which can be divided into three types as weak interlayers, crushed beds and groundwater corrosion zones. The dominant minerals in the incompetent beds are illite, chlorite, quartz and calcite. The contents of the clay minerals in different positions are quite distinct, and the maximum difference of clay content exceeds 70 %. In addition, it is found that the contents of minerals in incompetent beds are similar to the slide zones of the landslides. The initial deformation of slopes normally developed along the incompetent beds, which induced subsequent shear displacement easily. Under the effect of gravity, the deep slip zones were generated mainly along the incompetent beds and the failure mode evolved from creep to integral slide gradually. The results can provide an important reference for the mechanism analysis and prevention of landslides in Badong town.     

中等倾角岩层顺向坡滑坡发育特征及形成机制分析

中等倾角岩层顺向坡,受坡体结构和岩体物理力学性质控制,多存在变形、崩塌、滑坡等工程地质问题,常常会诱发大规模的地质灾害。该类斜坡潜在滑动面不直接出露地表,一般具有变形机制复杂、隐蔽性强和危害大的特点,是滑坡领域关注与研究的重点。拖担水库大坝左岸为一古滑坡,在水库扩建开挖过程中,诱发古滑坡体复活。在分析古滑坡工程地质条件的基础上,结合地质勘察和变形监测结果,研究了其变形特征及形成机制。研究结果表明:①左岸古滑坡具有岩层倾角“上陡下缓”、滑体底部存在反倾坡内的剪切破碎带、滑床岩体产生弧状弯曲的特点;②古滑坡体为一基岩顺层滑坡,滑动模式为“滑移（弯曲）—剪断”型,其变形破坏过程包括三个阶段:弯曲隆起阶段、滑移剪出阶段和扰动变形阶段;③该类斜坡变形破坏后,坡体易沿“上陡下缓”的椅型软弱层面发生二次滑动,滑坡控制关键是对下部变形区的保护。     

深埋顺层偏压隧道围岩破坏机理及规律研究——以郑万线某隧道为例

处于薄—中层倾斜层状岩体中的深埋隧道常会产生地质顺层偏压的问题,导致隧道局部塌方、偏压变形及支护结构破坏。本文以郑万线某隧道为例,采用理论分析、数值模拟方法对深埋顺层隧道的破坏机理及不同结构面参数下的破坏规律展开了研究。研究结果表明:（1）深埋顺层偏压隧道洞周围岩将根据其切向应力与结构面夹角的不同发生岩层拉裂破坏、结构面剪切破坏及岩体自身破坏,其中切向应力与结构面平行位置,即反倾侧拱腰及顺倾侧拱脚位置主要发生拉裂破坏,此处围岩塑性区范围最广,围岩位移最大,围岩处于极不稳定状态;（2）顺层偏压隧道的破坏规律与结构面强度参数有直接关系,围岩塑性区范围及围岩位移均随着结构面摩擦角的增大而降低,且降低趋势逐渐放缓,当结构面摩擦角达到岩体摩擦角后,结构面摩擦角继续增加对围岩稳定性影响较小;（3）围岩塑性区及围岩位移场偏压分布特征随结构面倾角的变化而整体旋转,且对于隧道底部而言,结构面最不利倾角为0°,此时隧底最大上鼓量大于其他倾角下的最大上鼓量;对于隧道拱部而言,最不利倾角为40°,此时洞周最大收敛值大于其他倾角下的最大收敛值,最不利位置位于反倾侧拱腰。     

Laboratory and In Situ Simulation Tests of the Excavation Damaged Zone Around Galleries in Opalinus Clay

In the context of nuclear waste disposal in clay formations, laboratory and in situ simulation experiments were performed to study at reduced scale the excavation damaged zone (EDZ) around tunnels in the indurated Opalinus Clay at Mont Terri, Switzerland. In the laboratory, thick-walled hollow cylindrical specimens were subjected to a mechanical unloading mimicking a gallery excavation. In samples cored parallel to bedding, cracks sub-parallel to the bedding planes open and lead to a buckling failure in two regions that extend from the borehole in the direction normal to bedding. The behaviour is clearly anisotropic. On the other hand, in experiments performed on specimens cored perpendicular to bedding, there is no indication of failure around the hole and the response of the hollow cylinder sample is mainly isotropic. The in situ experiment at Mont Terri which consisted in the overcoring of a resin-injected borehole that follows the bedding strike of the Opalinus Clay showed a striking similarity between the induced damaged zone and the fracture pattern observed in the hollow cylinder tests on samples cored parallel to bedding and such a bedding controlled “Excavation” Damaged Zone is as well consistent with the distinct fracture patterns observed at Mont Terri depending on the orientation of holes/galleries with respect to the bedding planes. Interestingly, the damaged zone observed in the hollow cylinder tests on samples cored parallel to bedding and in situ around URL galleries is found to develop in reverse directions in Boom Clay (Mol) and in Opalinus Clay (Mont Terri). This most probably results from different failure mechanisms, i.e. shear failure along conjugated planes in the plastic Boom Clay, but bedding plane splitting and buckling in the indurated Opalinus Clay.     

黄土坡滑坡的离散元研究

根据黄土坡滑坡所处的深部地质和表层古滑坡体结构特征，建立滑坡地质环境模型，运用离散元数值模拟方法研究黄土坡滑坡与深部地质环境的关系，明确了其形成机理，认为软硬相间的岸坡地层及顺向坡特点构成了黄土坡滑坡形成的形成的物质条件和发生背景环境，其内在力学机制是深部软硬相间岩层在重力蠕滑作用下发生的拱张，在考虑不同荷载组合的情况下预测评价滑坡的稳定性变化，滑坡体上建筑荷载会抑制中部剪切滑移区的发展，但能使滑坡体前端剪切滑移区扩大，从而降低滑体前缘的稳定性。