彭阳县陈沟滑坡发育特征及形成机制研究

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1、彭阳县陈沟滑坡发育特征及形成机制研究摘要：通过对宁夏彭阳县陈沟滑坡的区域环境和地质条件调查，结合滑坡工程地质特征及发育特征，分析了典型滑坡的地质成因机制。采用Geo-Studio软件进行了渗流作用下的滑坡机理研究，并对暴雨诱发滑坡的过程进行了分析。研宄结果表明：降雨自裂缝深入坡体，使土-岩接触面抗剪强度降低，导致潜在滑面累进性破坏，在斜坡中形成贯通的滑动面时，斜坡发生整体滑动。关键词：发育特征；成因机制；形成机理中图分类号：P694文献标识码：A文章编号:1673-1069(2016)34-80-31概述彭阳县地处宁南黄土丘陵区东

2、部，地质环境条件脆弱，地质灾害易发、频发。近年来，随着极端气候增加，在强降雨条件下引发了大量的滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，尤以陈沟滑坡最为典型。本文以彭阳县陈沟滑坡为例，探讨彭阳县暴雨条件下渗流作用对非饱和黄土斜坡稳定性的影响。现场调查及相关地质资料表明，陈沟滑坡属暴雨型黄土-基岩接触面滑坡。分析研究其发育特征及形成机制对后期地质灾害防治具有重要的指导作用，同时，暴雨型黄土-基岩接触面滑坡在宁南山区较为普遍，研究成果可用于类似的理论分析参考。2工程地质背景陈沟滑坡位于彭阳县城阳乡陈沟村黄土梁之上，属茹河一级支沟的凸岸。滑坡平面形

3、态呈“几”字形，长约300m，宽500m，厚约40m，平面形态表现为半形，平面面积约150000m2,滑坡体体积约6000000m3,主滑方向为32°，滑体较为破碎。工程地质揭露，该滑坡为降雨诱发的老滑坡，发生时带动北边斜坡产生一条近1km的大裂缝。滑坡后缘梁上现有2户居民，裂缝下方有3户居民，沟底建有小型水库，滑坡所处斜坡大多开发成为经济林地。滑坡区出露新近系甘河沟组（Ngn）红色泥岩、中更新统黄土（Qp2）和晚更新统黄土（Qp3）。泥岩具隔水作用，遇水易软化，滑坡后壁可见厚度约10m。中更新统黄土主要为风成粉尘堆积的棕黄色粉质

4、粘土，出露厚度约25m，较致密，质地坚硬，次生垂直节理发育，稳定性差。晚更新统黄土为风成粉尘堆积的黄色粉土，出露厚度约20m，垂直节理发育，强度较弱，渗透性大。滑坡工程地质平、剖面见图1。3滑坡形成机理分析斜坡体坡面呈凹形，坡体呈簸箕状，有利于地表水的汇集；斜坡体上的土质疏松，多孔，垂直节理发育。人类工程活动，如削坡、加载等作用，将原有的平衡状态打破，使斜坡产生卸荷、拉张和风化裂隙。在黄土节理、卸荷与风化裂隙、落水洞、陷穴等发育部位，降雨沿空隙下渗甚至灌入，在相对隔水部位形成上层滞水或饱水带，增大岩土体重力，甚至形成孔隙水压力，降

5、低岩土体强度，从而触发黄土滑坡的发生；下伏泥岩具隔水性，使地下水向下运移受阻，汇集于其上土体中，引起上部潜水位抬高，土体处于饱水状态，其泥岩遇水易软化，形成滑床及滑动面；在降雨条件下，雨水沿裂缝下渗，一方面增大了土体的重力下滑力，另一方面雨水沿隔水层上部径流，使上部土体饱水软化，于下伏泥岩的接触面形成滑床，最终导致滑坡体下滑。4非饱和土渗流计算理论与模型非饱和土中的渗流符合达西定律。以总水头h作为因变量，假定总应力保持不变，孔隙气压保持为恒定的大气压，忽略土骨架的变形。当渗透主应力方向与坐标轴一致时，二维渗流控制方程为：式中，h为

6、总水头；kx、ky分别为x和y方向的渗透系数；Q为施加的边界流量，Yw为水的容重；mw=?坠0/?坠uw，Q为体积含水率，uw为孔隙水压力，mw即为土水特征曲线的斜率。因此，己知土体的土水特征曲线和渗透性函数，并给定边界条件和初始条件，就可以得到非饱和土的暂态渗流场。本文中采用有限元方法计算非饱和土斜坡中的暂态渗流非饱和土强度理论采用Fredlund提出的非饱和土抗剪强度公式：?子ff=c'+(of-ua)ftan?准'+(ua-uw)ftan?准b(2)式中，iff为土的抗剪强度；c?准'分别为饱和土的有效粘聚力和有效内摩擦角；

7、（of-ua）f为破坏面上的净法向应力；（ua-uw）f为破坏面上的基质吸力；？准1?表示抗剪强度随基质吸力而增加的速率，本文中假定？准b为常量。当土体接近饱和时，孔隙水压力接近孔隙气压力，基质吸力趋于零，上式中的基质吸力项消失，从而变为饱和土。采用SEEP/W有限元软件对陈沟滑坡进行非稳态渗流分析，先模拟未发生滑动的残坡积土斜坡，坡面无裂隙。有限元计算模型如图2所示。实际调查发现斜坡中无稳定的地下水位，模型使用的边界条件如下：①斜坡坡面为流量边界，流量大小为降雨强度，降雨强度采用固原地区百年一遇降雨强度105mm/d。②模型两侧

8、黄土部分为零流量边界。③模型两侧和底面泥岩部分为不透水边界。4.1计算参数计算参数包括土体的渗透性函数和土水特征曲线，以及岩土体的物理力学参数。土体的土水特征曲线和渗透性函数如图3、图4所示。岩土体的物理力学参数来自长安大学岩土工程重点实验室（见表