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为什么新滩滑坡未发生在大暴雨期间? 精选

已有 2555 次阅读 2021-9-30 10:49 |个人分类:地质灾害预测|系统分类:科研笔记

长期以来,降雨触发滑坡的观点甚嚣尘上。例如,Keefer et al.1987)认为,当降雨渗入斜坡并积聚在低渗透性基底上方的饱和区时,抗滑力会因孔隙水压力的增加而受减小。因此,降雨越强,抗滑力越低,斜坡越容易失稳。根据此种认识,滑坡应主要发生在历史最大降雨期间。然而,实则不然:有些滑坡发生在中、小降雨期间,有些滑坡发生前其所在区域并未降雨。这是为什么呢?要阐明其本质原因, 需从滑坡机理出发。本文以新滩滑坡为例,通过解剖这只“麻雀”,阐述降雨作用下锁固型滑坡的演化机理。

新滩斜坡位于长江北岸(图1),位于三峡大坝上游56公里处(Wang2009)。该地区在雨季(每年6月至9月)出现年降雨高峰(图2)。在观测期间,最大月降雨量出现在19799月,在1980年雨季曾发生连续暴雨,但均未触发滑坡;相反,新滩滑坡是在1985年雨季中等降雨量的背景下发生的。令人惊讶的是,虽然1982年的降雨量小于1980年,但斜坡的水平位移速率却显著增加。

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1新滩斜坡及其邻区地貌图(改编自Xue(2009))

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2 新滩地区月降水量与A3测点水平速度(He et al., 2015)

要揭示这些谜团,得首先弄清支配新滩斜坡稳定性的地质结构。

该坡坡体由高含石量的土石混合体组成。王兰生等(1988)发现姜家坡地区基岩中海拔400–600 m的台阶顶部有一个相对平坦的平台(图3a),此处坡体的走向从东南转向西南(图14a)。由于平台西面有一个山谷,滑槽转弯处的宽度变窄(图3b4a)。这抑制了坡体的向下运动,使该处坡体逐渐压实形成了支承拱。关于拱的存在性,我们提供了地质、物理力学性质、监测数据与力学分析四方面的证据。由于支撑拱的承载力远大于滑面中软弱介质的承载力,其主控斜坡稳定性。

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3  1981年新滩斜坡的地质剖面(aN‒S和(bW‒E(改编自Xue2009)和Cheng et al.2004)。(c 姜家坡处直径为0.3‒2.0 m的岩石块和(d)姜家坡附近上坡上的一个巨大石灰岩块(改编自Tang2001))

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4a 姜家坡支撑拱示意图。(b 支撑拱的受力分析。(c 在使用光敏材料(改编自Xu1986))模拟新滩支撑拱形成的实验中观察到的最大主应力轨迹(棕色虚线)。轨迹上任何点的切向表示该点处驱动力的方向

支承拱属于锁固段的一种,为低脆性的锁固段。显然,每次降雨都会导致锁固段损伤,但只要锁固段未被损伤至体积膨胀点,不管下多大的雨,斜坡位移不会加速。一旦到了该点,即使降雨量很小,位移加速不可避免。当锁固段演化至峰值强度点时,由于匀阻化效应(图5),位移加速暂停出现位移减速;当匀阻化效应完成后,位移加速继续,直至演化至锁固段的残余强度点,然后滑坡发生。 

需指出的是,当锁固段损伤至体积膨胀点,如果不进行开挖卸载(如人工开挖坡体上部土方),其会自发向峰值强度点、残余强度点演化,此时不再需要降雨等外部因素作用;只不过降雨会加速锁固段损伤速率,进而缩短斜坡失稳时间。这就解释了即使某地长期不下雨,位于该地的滑坡也会发生的事实。

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5a)沿着斜坡滑面的低脆性锁固段和相对软弱介质的剪应力-应变关系。(b 此类斜坡的代表性位移-时间曲线。锁固段的体积膨胀点(C)、峰值强度点(D)和残余强度点(E)分别对应于加速点(P)、转折点(Q)和失稳临界点(T)。匀阻化效应(灰色阴影)是指在具有应变软化特性的锁固段承载力缓慢下降(从点D开始)和具有应变硬化特性的软弱介质承载力相应快速上升(点M到点N)期间,阻力的重新分布,这可能导致位移的临时减速(从点Q到点S

基于位于支承拱上的A3测点位移,根据我们建立的锁固段力学模型,分析了新滩斜坡向失稳的演化过程(图6)。分析结果与实测结果、该坡演化过程出现的各种现象,有很好的一致性。这说明:(1)新滩坡中的锁固段(支承拱)起到了控制该坡稳定性的中流砥柱作用;(2)降雨虽是促进锁固段损伤、削弱坡体稳定性的因素,但只要其损伤累积不到一定程度,不管降雨多猛、坡体位移如何加速,滑坡是不可能发生的。我们的这项研究,对洞察锁固型滑坡机理,采取有效的加固与监测措施,实现对该类滑坡的可靠预测,大有裨益。

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6a 姜家坡A3监测点和下坡C3(棕色曲线)和D3(红色曲线)监测点水平位移的时间变化。灰色虚线和黑色实线表示引入误差前后A3处的位移。(b 姜家坡背面地面隆起和横向裂缝(Tang, 2001

该项研究已在线发表在Engineering Geology,被主编认为是excellent work。感兴趣的人士可点击如下链接:

Hongran Chen, Siqing Qin, Lei Xue, Chao Xu

Why the Xintan landslide was not triggered by the heaviest historical rainfall: Mechanism and review

Engineering Geology294(2021)106379

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013795221003902

https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2021.106379

阅读该文。我们欢迎大家批评指正。

参考(略)



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