地质灾害中泥石流及边坡的稳定性分析

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1、地质灾害中泥石流及边坡的稳定性分析　　1引言　　在中国西部地区，新构造运动强烈，地形起伏大，气候多变，为泥石流发育创造了条件，造成了泥石流的广泛发育，形成了不同规模的泥石流堆积扇体。随着西部大开发战略的实施，铁路和公路建设作为实施西部大开发的重要举措，列入国家建设的优先领域。山区道路工程与城市建设常穿越泥石流堆积体，或在一些古老泥石流堆积体上开挖，形成不稳定边坡，这些边坡在各种触发因素下，将形成滑坡或泥石流灾害[1]。　　本文内容涉及现场原位试验、室内抗剪强度试验、数据分析与计算机模拟等环节，全文所提供的研究思路、原位数据与研究结论，对促进泥石流堆积体滑坡机制、滑坡转化

2、泥石流机理、泥石流起动机理等学科前沿问题的研究，均有一定的参考价值。　　2泥石流堆积体的特征　　泥石流堆积物是泥石流活动的产物，它的各种特征客观地记录了泥石流的基本性质、运动特性、暴发频率、规模大小和沉积环境，它的结构和构造是泥石流体的结构、动力特性和成岩作用三者的联合效应。　　前人对云南东川蒋家沟粘性泥石流堆积物作了大量的研究[2]。粘性泥石流的堆积过程介于稀性泥石流和塑性泥石流堆积过程之间的过渡形式。两种典型泥石流沉积结构如图1，2所示。图1为粗化分层构造，为不同场次泥石流堆积后的“水流粗化”的结果。图2为反向粒级构造，上部正粒级是重力分异的结果，下部的反向粒是层流

3、剪切的结果。　　3试验研究　　以云南省小江流域泥石流分层粗化构造土层堆积体（图2）为对象，进行滑坡起动试验。　　对堆积区原状土取样，进行室内物理力学性质试验。颗粒分析使用筛析和比重计法。试验仪器为4.0～1.0mm分析筛和甲种比重计，分散剂为六偏磷酸钠。试验表明，砾石呈次磨圆角砾状，最大砾径φ60mm，为残坡积物，砾石含量43.2%，粘粒含量4.7%，均匀系数uC=972.4，表明泥石流堆积区原状砾石土样为极为不均匀，但在较高围压下，细颗粒充填于粗颗粒所形成的空隙中，可形成高密度和较好的力学特性。测试结果见表1。　　三轴试验使用TSZ30-2.0应变控制式三轴仪。按仪器

4、规格，去除>5mm的泥石流堆积土，并保持　　砾石土的渗透系数试验使用TST?70型渗透仪。土体密度按1.56g/cm3配制，用等量替换法制备成接近新近沉积弱固结的土体。平均渗透系数为0.006cm/s，结果与细砂的渗透系数0.001～0.006cm/s较接近，由于松散原状土中的孔隙率应大于试验配制土，则可推测，渗透性应略大于0.006cm/s，是属于强渗透系数的土类。测试结果见表3。　　现场人工降雨滑坡起动试验于2004年8月～10月期间完成。野外人工降雨试验设备由人工降雨装置与数据实时采集设备组成。含水量测量采用美国产的TRASETDR时域水分仪，测试数据以体积含水量

5、参数表示，由美国产的CR10X完成数据采集。设置TRASE的采样频率为2min/次，CR10X的采样频率为5s/次。传感器在不同土层深度进行埋设。传感器埋设布置见图4。图4中点划线是实地测量的土体大致滑动线。　　试验中放置雨量筒2个，测得的降雨量分别为140.9和142.6mm，平均为141.75mm，降雨总历时141min，实际降雨强度为60.3mm/h。试验步骤与现象如表4所示。　　降雨停止后对坡面特征地形进行测量与土体取样。通过测量，形成冲沟的沟床坡度为45°～46.5°，顶部探头处形成的崩塌的滑动面坡度为47°，后壁坡度为81.5°，明显的滑动层厚度从下至上分别

6、为27，24和17cm。根据土层深度与坡体不同位置，实测土体发生破坏时体积含水量见表5。　　4稳定性分析　　在野外试验没有实时测量孔隙水压力，因此，对Spencert法[3]进行修改，利用全应力法分析泥石流堆积体边坡稳定。　　如图5所示，根据水平方向力的平衡与Mohr-Coulomb强度准则，可导出基本平衡方程：　　在本文中没有考虑坡体后缘裂隙的水压力，因此，从物理现象来看，表6中1#条块计算值中出现负值是不合现实的。这也是基于SPENCER条分法分析坡体稳定性的缺陷。表6中MicrosoftExcel表单给出了最可能圆弧滑动面计算数据与过程。计算所取用的参数见表2，5

7、。在表6中单元$B$11：$D$11和$S$4：$T$4中分别输入任意圆心坐标、侧压力系数、安全系数值9c=x，R=13，=aλ0，F=1。激活Microsoft内建的规划求解器（Solver），设定目标单元格$U$4为最小值，约束条件$S$7：$T$7=0，Radius≥cy，0min=X，8c=y，F≥1，单击求解器选项菜单，选中“自动比例”，求解后可得到最危险滑动面F=1.9，=aλ0.7。最可能的非圆弧滑面在已知圆弧滑面的基础上，改变求解器自动搜索选项，给定约束条件$D$20：$D$44≤$C$20：$C$44，$D$44=0，$