缓倾滑坡地质力学模型研究以冯店滑坡为例论文-学位论文.doc

文章编号：1006-6616（2012）02-0373-14缓倾滑坡地质力学模型研究收稿日期：2011-12-14作者简介：王治华1965年7月毕业于中国地质大学地球物理勘探系。中国国土资源航空物探遥感中心教授，中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室客坐研究员，博士生导师。长期从事地质灾害环境遥感应用及“数字滑坡技术”研究。将遥感与GIS应用于我国区域地质灾害调查及大型滑坡调查与机理研究。——以冯店滑坡为例王治华，杜明亮，郭兆成，贾伟洁（中国国土资源航空物探遥感中心，北京100081）摘要：在国内外缓倾滑坡研究的基础上，从滑坡形成机制出发，建立缓倾滑坡地质力学模型，采用数字滑坡技术结合地面调查获取滑坡规模、滑动面倾角、后缘拉裂槽积水深度等参数，代入模型表达式可获得滑坡的临界摩擦系数，进而获取滑坡的总下滑力和总阻滑力。提出临界摩擦系数的概念及求取方法，临界摩擦系数与缓倾滑坡的易滑性（或稳定性）直接相关，分析表明滑坡的临界摩擦系数与滑体规模（滑动面长与宽）、滑动面倾角正相关，与滑体重量反相关，滑坡后壁倾角在60°—90°范围的变化对缓倾滑坡易滑性的影响很微弱。关键词：缓倾滑坡；形成机制；地质力学模型；数字滑坡技术；临界摩擦系数中图分类号：P542文献标识码：A0引言发生在倾角为0°—10°缓倾地层斜坡中的滑坡，也称平推式或平移式滑坡（以下简称缓倾滑坡）是一种特殊的滑坡类型，中国的四川盆地及周边地区、三峡库区中段万州、重庆一带以及黃土高原等地均有缓倾滑坡分布。已有的勘查实验资料表明，该类滑坡的滑带土内摩擦角往往远大于滑动面倾角，理论上应该不易发生滑坡，但实际上还会发生大规模的缓倾滑坡，其成因机制及活动特征一直受到国内外学者的关注，并用多种方法进行研究及模拟。黄润秋等[1]、伍四明等[2]以三峡库区典型的近水平岩层岸坡为例，基于粘弹塑性力学的有限单元法和离散单元法对小变形、破坏后的大变形及运动过程进行模拟，从理论上阐述和证明了这类岸坡大型滑坡的形成机制；李保雄等[3]、殷坤龙等[4]、简文星等[5]、王志俭等[6]通过勘查及实验证明了砂泥岩近水平层面斜坡中滑坡沿含蒙脱石、伊利石、绿泥石等矿物软弱夹层产生平推式滑动，软弱夹层蠕变的累积可能控制滑坡体的稳定性；刘军等[7]综合考虑地下水因素建立了尖点突变模型，认为地下水主要是通过物理化学作用软化了滑面带岩体，使滑面带岩体刚度比降低，从而使岩体突发失稳，地下水的力学作用表现为一种触发因素；黄润秋等[8]指出在超强降雨情况下，地下水在天台乡滑坡的形成过程中起到了顶托、楔裂、促动的作用；吉随旺等[9]、范宣梅等[10-11]、缪海波等[12]、胡新丽等[13]、成国文等[14]以冯店滑坡、天台乡滑坡、万州安乐寺滑坡等为例，通过现场调查、勘察、物理模拟和实验等研究了近水平软硬互层斜坡形成机制及数值模拟。国外加拿大、意大利、美国、西班牙等国也有缓倾滑坡分布，但专门的研究报导较少。Hart[15]对地质填图和井下大直径钻孔记录中获得的数据进行研究后认为，导致水平层状沉积物产生滑坡的主要因素是预先存在的剪切带；Petley等[16]研究表明具有水平层面软弱层的山体滑坡发生在剪切面带扩展占主导地位的过程中；Jordan等[17]采用二维边界元法研究一个活动滑坡的滑动面扩大和断裂现象，该现象在很大程度上受应力场与斜坡内软弱层所制约。综合分析国内外学者对缓倾滑坡的研究成果，可得出以下基本共识：①斜坡内存在缓倾软弱地层是该类滑坡滑动面发育的物质基础，其在上覆硬岩层自重应力长期作用下，软硬岩层产生差异蠕变，致使硬岩层中拉应力集中，发生破坏；②在河床侵蚀的侧向和垂直方向的卸荷力长期作用下形成滑坡；③降雨是诱发滑坡活动的主要因子；④大多数缓倾地层滑坡后缘存在拉裂槽；⑤缓倾岩层中存在的层面剪切带和滑体内的静水压力和扬压力（托）是缓倾岩层滑坡发生的动力。上述研究成果的不足之处在于各种数值模型过于复杂，不易确切说明滑坡的物理意义；参数过多，如有些模型引入膨胀力以及水压力、地震力等因子[13]，不但不易获取，且人为影响较大；技术方法复杂，不易重复。这些不足之处影响了研究成果的实际应用。本文在以上研究成果基础上，从缓顷滑坡基本形成条件出发，找出缓倾滑坡发育和活动的主要因子及受力特征，建立缓倾滑坡地质力学模型，以冯店滑坡为例，采用数字滑坡技术获取模型因子参数，并分析各因子参数与易滑性及稳定性的关系。1缓倾滑坡形成机制缓倾滑坡发育在由近水平软硬相间地层组成的斜坡，硬、软地层在滑坡发育过程中所起作用及作用方式是不同的。1.1硬岩层中发育多组陡倾节理并成为透水层和富水层长期地壳抬升和河流下切侵蚀是斜坡形成的主要地质作用。斜坡逐渐形成后，其所受的主要地质应力为：①向临空（河谷）方向的对斜坡的拉应力（卸荷力）；②斜坡的自重应力；③地下