秦巴山区软弱变质岩浅表层滑坡成因机理研究
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摘要
秦巴山区位于中国中部，呈东西走向，绵延1600多公里，横穿甘肃、陕西、河南、湖北等省，是中国大陆的脊梁。区内地质构造活跃、地层岩性交叠、雨季分明，形成了大量的浅表层滑坡。本次研究以秦巴山区内的紫阳县作为重点研究区，通过现场调查对区内浅表层滑坡的孕灾环境和发育规律进行分析研究，总结了浅表层滑坡的发育类型，提出了坡体浅表层的变形破坏模式。在此基础上，通过单轴、三轴、直剪、剪切流变等试验揭示了滑体组成物质的变形破坏机理及物理力学特性。最后从地质学角度和力学角度分别对三处典型滑坡进行了详细的分析研究，揭示了滑坡的成因机理，并采用极限平衡条分法和有限元强度折减法计算了典型滑坡坡体稳定性。论文的主要内容包括：
1.通过现场地质环境和地质灾害调查，并结合已有相关资料，总结了秦巴山区的地质环境特点，重点以紫阳县作为典型地区研究了浅表层滑坡的孕灾背景及浅表层滑坡的分布规律，总结出六种主要的致滑因素；将浅表层滑坡的孕育过程分为四个时期，对其中的滑坡发生期再根据发育特征划分为四个演化阶段；归纳出浅表层滑坡发生的两种破坏模式及六种表现形式；划分了秦巴山区浅表层滑坡常用的类型。
2.浅表层滑坡的组成物质主要为风化岩石和土石混合体，为了达到试验目的，研制改造了大型岩土压剪流变试验机，并对改造后的仪器进行了探索试验研究，以此制定合理的试验方法和步骤，以减小仪器性能和人为操作对结果的影响，获取较为准确的岩土力学参数及其变形破坏规律。
3.通过对典型滑坡中岩石矿物成分进行鉴定，得出典型滑坡出露岩性以“云母石英片岩”为主。对岩石的水-岩风化机理进行了分析研究，根据软化系数认为该岩石属“软质变质岩”；通过岩石的干湿循环抗压强度试验，得出循环次数对岩石强度劣化的影响规律；通过膨胀性试验得出岩石具有一定吸水膨胀性，主要是含有高岭石、蛭石等粘土矿物造成的。通过岩石常规试验、现场点荷载试验、单轴和三轴压缩试验，揭示了岩石的物理力学性质，得出抗剪强度参数，为坡体稳定性研究提供了准确的计算参数。
4.通过试验研究了典型滑坡主要滑体中土石混合体的物理力学性质，并对含水量、颗粒级配、土石接触等因素造成的抗剪强度变化规律进行研究，提出多因素影响下的抗剪强度经验公式。通过土石混合体的剪切流变试验建立了土石混合体的线性粘弹塑性流变模型。通过剪切模型试验及数值模拟试验分析了土石混合体的细观变形破坏机理。
5.以典型浅表层滑坡为例，通过地质剖面测绘，对滑坡附近的岩石、岩脉、构造特征等形成条件进行研究，并分析了促使滑坡加剧、诱发的因素，揭示浅表层滑坡的成因机理。重点研究了降雨诱发浅表层滑坡的形成机制，推导出评价坡体瞬时和长历时变形破坏的判定依据。最后将推导的坡体稳定系数计算公式与现有的极限平衡条分法和有限元强度折减法对比计算了1#滑坡滑前的稳定性，结果与实际吻合较好，表明本文得出的坡体浅表层变形破坏计算公式可用于降雨条件下边坡稳定性计算。
Qin-ba mountain region lie in central of China. It stretches more than1600kilometers ineast-west direction, and acrosses Gansu, Shaanxi, Henan, Hubei and other provinces. There isactive geological structure, lithology overlap, distinct rainy season in the region, so that therehave a large number of shallow landslides. This study through on survey and analyse thedisaster environment and development law of shallow landslide in Ziyang county, tosummarize the development types and deformation-failure modes of shallow landslide. Onthis basis, it used uniaxial tests and triaxial tests and direct shear tests and shear rheologicalexperiments to reveal the deformation-failure mechanism of the landslide material and getthe physical and mechanical properties. The genetic mechanism of typical landslides aredetailed analysised from geologically and mechanical point of view. And slope stability iscalculated through limit equilibrium slice method and finite element strength reductionmethod. The main content of the paper include:
1. The geological environment characteristics of the Qin-ba mountain region issummarized through on survey the geological environment and geological hazard andcombined with existing data. Focus on disaster background and distribution law of shallowlandslide in Ziyang country. Six major factors of induced slip are summed up. Four formationperiods of shallow landslide is divided into. And four stages of occurrence period are dividedinto according to developmental characteristics. Two failure modes and six forms of shallowlandslide are summed up. Common type of shallow landslides in Qin-ba mountain region isdivided into.
2. The material of shallow landslide is weathering rocks and soil-rock mixture. So thelarge scale geotechnical compression and shear rheological testing machine is transformed forspecial test reach. Then the reasonable test methods and procedures are studied through thetentative experimentation, in order to reduce the error and obtain accurate parameters.
3. There is mica-quartz schist in typical landslide from identification of rock mineralcomposition. The water-rock weathering mechanism is analysised to consider that is softmetamorphic rock according to the softening coefficient. The influence is obtained through thetests of wet and dry cycles on rock strength deterioration. The rock has water-swellingcharacter because of the rock containing kaolinite and vermiculite and other clay minerals.Thephysical and mechanical properties of the rock is studied through the routine testing of rock,point load test, uniaxial and triaxial compression test, and so on.
4. The physical and mechanical properties of soil-rock mixture of typical landslide arestudied through experiment. The influence of shear strength caused by moisture content andparticle size distribution and contact debris is studies. Then the empirical formula of shearstrength under many factors influence is proposed. The linear visco-elastic plastic creepconstitutive model is created through the shear rheometer test of soil-rock mixture. Themicroscopic deformation and failure mechanism of soil-rock mixture is studies through shearmodel tests and numerical simulation analysis.
5. Through to map the geological profile and study the dykes and structuralcharacteristics of typical shallow landslide, the genetic mechanism is studies from geologicalperspective. The slope stability is calculated to use limit equilibrium slice method andstrength reduction of finite element method. The two kinds of method are all can be asshallow landslide stability calculation.
1.通过现场地质环境和地质灾害调查，并结合已有相关资料，总结了秦巴山区的地质环境特点，重点以紫阳县作为典型地区研究了浅表层滑坡的孕灾背景及浅表层滑坡的分布规律，总结出六种主要的致滑因素；将浅表层滑坡的孕育过程分为四个时期，对其中的滑坡发生期再根据发育特征划分为四个演化阶段；归纳出浅表层滑坡发生的两种破坏模式及六种表现形式；划分了秦巴山区浅表层滑坡常用的类型。
2.浅表层滑坡的组成物质主要为风化岩石和土石混合体，为了达到试验目的，研制改造了大型岩土压剪流变试验机，并对改造后的仪器进行了探索试验研究，以此制定合理的试验方法和步骤，以减小仪器性能和人为操作对结果的影响，获取较为准确的岩土力学参数及其变形破坏规律。
3.通过对典型滑坡中岩石矿物成分进行鉴定，得出典型滑坡出露岩性以“云母石英片岩”为主。对岩石的水-岩风化机理进行了分析研究，根据软化系数认为该岩石属“软质变质岩”；通过岩石的干湿循环抗压强度试验，得出循环次数对岩石强度劣化的影响规律；通过膨胀性试验得出岩石具有一定吸水膨胀性，主要是含有高岭石、蛭石等粘土矿物造成的。通过岩石常规试验、现场点荷载试验、单轴和三轴压缩试验，揭示了岩石的物理力学性质，得出抗剪强度参数，为坡体稳定性研究提供了准确的计算参数。
4.通过试验研究了典型滑坡主要滑体中土石混合体的物理力学性质，并对含水量、颗粒级配、土石接触等因素造成的抗剪强度变化规律进行研究，提出多因素影响下的抗剪强度经验公式。通过土石混合体的剪切流变试验建立了土石混合体的线性粘弹塑性流变模型。通过剪切模型试验及数值模拟试验分析了土石混合体的细观变形破坏机理。
5.以典型浅表层滑坡为例，通过地质剖面测绘，对滑坡附近的岩石、岩脉、构造特征等形成条件进行研究，并分析了促使滑坡加剧、诱发的因素，揭示浅表层滑坡的成因机理。重点研究了降雨诱发浅表层滑坡的形成机制，推导出评价坡体瞬时和长历时变形破坏的判定依据。最后将推导的坡体稳定系数计算公式与现有的极限平衡条分法和有限元强度折减法对比计算了1#滑坡滑前的稳定性，结果与实际吻合较好，表明本文得出的坡体浅表层变形破坏计算公式可用于降雨条件下边坡稳定性计算。
Qin-ba mountain region lie in central of China. It stretches more than1600kilometers ineast-west direction, and acrosses Gansu, Shaanxi, Henan, Hubei and other provinces. There isactive geological structure, lithology overlap, distinct rainy season in the region, so that therehave a large number of shallow landslides. This study through on survey and analyse thedisaster environment and development law of shallow landslide in Ziyang county, tosummarize the development types and deformation-failure modes of shallow landslide. Onthis basis, it used uniaxial tests and triaxial tests and direct shear tests and shear rheologicalexperiments to reveal the deformation-failure mechanism of the landslide material and getthe physical and mechanical properties. The genetic mechanism of typical landslides aredetailed analysised from geologically and mechanical point of view. And slope stability iscalculated through limit equilibrium slice method and finite element strength reductionmethod. The main content of the paper include:
1. The geological environment characteristics of the Qin-ba mountain region issummarized through on survey the geological environment and geological hazard andcombined with existing data. Focus on disaster background and distribution law of shallowlandslide in Ziyang country. Six major factors of induced slip are summed up. Four formationperiods of shallow landslide is divided into. And four stages of occurrence period are dividedinto according to developmental characteristics. Two failure modes and six forms of shallowlandslide are summed up. Common type of shallow landslides in Qin-ba mountain region isdivided into.
2. The material of shallow landslide is weathering rocks and soil-rock mixture. So thelarge scale geotechnical compression and shear rheological testing machine is transformed forspecial test reach. Then the reasonable test methods and procedures are studied through thetentative experimentation, in order to reduce the error and obtain accurate parameters.
3. There is mica-quartz schist in typical landslide from identification of rock mineralcomposition. The water-rock weathering mechanism is analysised to consider that is softmetamorphic rock according to the softening coefficient. The influence is obtained through thetests of wet and dry cycles on rock strength deterioration. The rock has water-swellingcharacter because of the rock containing kaolinite and vermiculite and other clay minerals.Thephysical and mechanical properties of the rock is studied through the routine testing of rock,point load test, uniaxial and triaxial compression test, and so on.
4. The physical and mechanical properties of soil-rock mixture of typical landslide arestudied through experiment. The influence of shear strength caused by moisture content andparticle size distribution and contact debris is studies. Then the empirical formula of shearstrength under many factors influence is proposed. The linear visco-elastic plastic creepconstitutive model is created through the shear rheometer test of soil-rock mixture. Themicroscopic deformation and failure mechanism of soil-rock mixture is studies through shearmodel tests and numerical simulation analysis.
5. Through to map the geological profile and study the dykes and structuralcharacteristics of typical shallow landslide, the genetic mechanism is studies from geologicalperspective. The slope stability is calculated to use limit equilibrium slice method andstrength reduction of finite element method. The two kinds of method are all can be asshallow landslide stability calculation.
引文
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