南江红层地区缓倾角浅层土质滑坡降雨入渗深度与成因机理研究_张群

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211128081_湖南省“红层”边坡失稳地质灾害分析探讨

211128081_湖南省“红层”边坡失稳地质灾害分析探讨

价值工程0引言湖南省范围内分布丰富的晚白垩系及早第三系陆相沉积泥质粉砂岩、泥岩等地层,因岩石为红色、褐红色等,工程领域将其统称作红层。

由于其是在干燥炎热等特殊条件下形成的,又经过强烈风化及氧化作用,具有特殊的工程特性,是岩石地层较为典型的易滑地层,在暴雨等外界条件影响下极易引发的滑坡灾害。

因此,深入研究建设场地边坡红层的边坡稳定性问题及时采取针对性强的各种防治措施,可达到防灾、减灾和治灾的目的。

1红层边坡稳定性影响因素分析与研究红层地区边坡失稳的影响因素比较复杂。

分内因和外在两个方面,内因包括红层地区边坡的地形地貌、地质构造、地层岩性、岩体结构及特征等,其影响是持久且缓慢的,也是边坡失稳破坏的主要条件,它们直接决定了边坡破坏的类型和规模;外因包括工程建设对自然边坡的破坏、暴雨引起的地下水位改变、岩层风化等,它们对边坡的变形破坏影响强烈而迅速。

外因也是通过内因影响边坡稳定的,或推动着边坡失稳的发生与发展。

1.1红层地区边坡稳定内在因素的研究1.1.1地层岩性、岩层产状边坡岩体地层岩性特征对边坡稳定性的影响非常重要,不同岩石因所含矿物成分不同会呈现出截然不同的变形破坏方式。

因岩石组成矿物成分不同,其物理特性和力学强度等特征不同。

含粘土矿物较多的泥岩、泥质粉砂岩等,易风化,且在遇水后易膨胀、崩解,水稳性很差,而由硅质、铁质胶结的砂岩强度较高,水稳性较好。

不同岩性组合也是影响边坡稳定性的重要因素。

在红层地区的边坡岩体上,最常见以下几种岩性组合类型:①巨厚层砂岩边坡;该类边坡较稳定。

②上部巨厚层砂岩,底部为泥质岩石、砂岩互层的边坡;该类边坡底部泥质岩石易风化形成软弱结构面,可造成崩塌和顺层滑坡。

③以泥岩为主,夹有砂岩、粉砂岩的边坡。

该类边坡易风化,易形成崩塌和圆弧滑坡。

④强风化砂岩、泥岩或粉砂岩、泥质粉砂岩软弱互层的红层岩质边坡,易发生沿软弱结构面的滑坡。

⑤上部为较厚的黏土层,下部为泥岩、泥质粉砂岩等软岩的边坡。

黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌形态特征与发育临界地形

黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌形态特征与发育临界地形

第36卷第2期2022年4月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .36N o .2A pr .,2022收稿日期:2021-09-17资助项目:国家自然科学基金重点项目 黄土高原植被恢复影响切沟侵蚀的动力机制与模拟 (42130701) 第一作者:邢书昆(1996 ),男,山东聊城人,硕士研究生,主要从事土壤侵蚀研究㊂E -m a i l :201921051020@m a i l .b n u .e d u .c n 通信作者:张光辉(1969 ),男,甘肃静宁人,教授,博士生导师,主要从事土壤侵蚀和水土保持研究㊂E -m a i l :g h z h a n g@b n u .e d u .c n 黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌形态特征与发育临界地形邢书昆1,张光辉1,2,王滋贯1,王丽丽1(1.北京师范大学地理科学学部,北京100875;2.北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室,北京100875)摘要:退耕还林(草)工程的深入实施有效遏制了黄土高原水土流失,但以浅层滑坡和崩塌为主的重力侵蚀在黄土高原广泛分布,且已成为小流域侵蚀泥沙主要来源之一㊂为探究黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌的形态特征和发育临界地形,在陕西省安塞区纸坊沟小流域调查了53处浅层滑坡和40处崩塌,记录其植被特征,同时进行无人机摄影测量㊂结果表明:浅层滑坡的规模通常大于崩塌,且形态变化范围更大;浅层滑坡长度㊁宽度㊁周长和面积与沟壑密度呈显著负相关(P <0.01),与距离沟道远近呈显著正相关(P <0.01),崩塌的形态特征与沟壑密度和距离沟道远近的相关性较弱;浅层滑坡和崩塌均较为集中地分布在坡度和地形湿度指数适中(30ʎ~55ʎ和0.50~2.00)㊁径流流路比降和径流流路长度较小(60.0%~120.0%和0~15.00m )的区域,而在坡度和径流流路比降较大(>55ʎ和>120.0%)㊁地形湿度指数和径流流路长度较小(<0.50和<15.00m )的区域,崩塌较为发育;反之,在坡度和径流流路比降较小(<30ʎ和<120.0%)㊁地形湿度指数和径流流路长度较大(>2.00和>15.00m )的区域,浅层滑坡较为发育;灌木坡面浅层滑坡和崩塌主要发生的坡向范围是0~180ʎ,草本坡面浅层滑坡主要发生的坡向范围是0~90ʎ和270ʎ~360ʎ㊂研究结果对于理解浅层滑坡和崩塌的发生过程和临界地形条件㊁估算小流域产沙量和控制侵蚀具有重要意义㊂关键词:黄土高原;重力侵蚀;地形因子;临界条件;植被类型中图分类号:S 157.1 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2022)02-0106-08D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2022.02.014M o r p h o l o g i c a l C h a r a c t e r i s t i c s a n dC r i t i c a l T o p o g r a p h y of S h a l l o wL a n d s l i d e a n d C o l l a p s e i nH i l l y a n dG u l l y R e gi o no f t h eL o e s sP l a t e a u X I N GS h u k u n 1,Z H A N G G u a n g h u i 1,2,WA N GZ i gu a n 1,WA N GL i l i 1(1.F a c u l t y o f G e o g r a p h i c a lS c i e n c e ,B e i j i n g N o r m a lU n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100875;2.S t a t eK e yL a b o r a t o r y o f E a r t hS u r f a c eP r o c e s s e s a n dR e s o u r c e sE c o l o g y ,B e i j i n g N o r m a lU n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100875)A b s t r a c t :T h e i m p l e m e n t a t i o no f t h e"g r a i n -f o r -g r e e n "p r o j e c th a se f f e c t i v e l y m i t i ga t e ds o i l e r o s i o no fh i l l s l o p e o nt h eL o e s sP l a t e a u .H o w e v e r ,g r a v i t y e r o s i o n ,i n c l u d i n gb o t hs h a l l o wl a n d s l i d ea n dc o l l a p s e ,i s w ide l y di s t r i b u t e do n t h eL o e s sP l a t e a ua n dh a sb e c o m eo n eo f t h ed o m i n a n t s o u r c eo f e r o s i o ns e d i m e n t i n s m a l lw a t e r s h e d .T oe x p l o r et h e m o r p h o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c sa n dc r i t i c a l t o p o g r a p h y o fs h a l l o wl a n d s l i d e a n d c o l l a p s e i nh i l l y a n d g u l l y r e g i o no ft h eL o e s sP l a t e a u ,53s h a l l o wl a n d s l i d e sa n d40c o l l a p s e s w e r e i n v e s t i g a t e di n Z h i f a n g g o u s m a l l w a t e r s h e di n A n s a i D i s t r i c t ,S h a a n x i P r o v i n c e ,a n dt h e i r v e g e t a t i o n c h a r a c t e r i s t i c sw e r ea l s or e c o r d e d .P h o t o g r a mm e t r y w a s p e r f o r m e d b y u n m a n a g e da i r c r a f tv e h i c l e .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e s i z e s o f s h a l l o w l a n d s l i d ew e r e u s u a l l y l a r g e r t h a n t h o s e o f c o l l a p s e .T h e v a r i a t i o n s i n m o r p h o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f s h a l l o wl a n d s l i d ew e r e g r e a t e r t h a nt h o s eo fc o l l a p s e .T h e l e n gt h ,w i d t h ,p e r i m e t e r a n d a r e a o f s h a l l o wl a n d s l i d ew e r en e g a t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h g u l l y d e n s i t y (P <0.01),a n dw e r e p o s i t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h t h e d i s t a n c e t o g u l l y s y s t e m (P <0.01).N e v e r t h e l e s s ,t h e c o r r e l a t i o n s b e t w e e n t h e m o r p h o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f c o l l a p s e ,a n d g u l l y d e n s i t y a n dd i s t a n c ew e r e l o o s e .S h a l l o wl a n d s l i d ea n d c o l l a p s ew e r e c o n c e n t r a t e d o nw h e r e t h e s l o p e a n d t o p o g r a p h i cw e t n e s s i n d e x (30ʎ~55ʎa n d 0.50~2.00)w e r e m o d e r a t e ,f l o w p a t h g r a d i e n t a n d f l o w p a t h l e n gt hw e r e s m a l l (60.0%~120.0%a n d 0~15.00m ).N e v e r t h e l e s s ,i na r e a sw h e r et h es l o p ea n df l o w p a t h g r a d i e n tw e r e l a r g e (>55ʎa n d >120.0%),a n dt h et o p o g r a ph i cw e t n e s s i n d e xa n d f l o w p a t h l e n g t hw e r e s m a l l(<0.50a n d<15.00m),g r a v i t y e r o s i o nw a sd o m i n a t e db y c o l l a p s e.O n t h e c o n t r a r y,i n a r e a sw h e r e t h e s l o p e a n d f l o w p a t h g r a d i e n tw e r e s m a l l(<30ʎa n d<120.0%), a n d t h e t o p o g r a p h i cw e t n e s s i n d e xa n d f l o w p a t h l e n g t hw e r e l a r g e(>2.00a n d>15.00m),g r a v i t y e r o s i o n w a s d o m i n a t e db y s h a l l o wl a n d s l i d e.S h a l l o wl a n d s l i d ea n dc o l l a p s e w i d e l y o c c u r r e do ns l o p e sc o v e r e db y s h r u b c o mm u n i t i e sw i t h t h e a s p e c t o f0~180ʎ.S h a l l o wl a n d s l i d ew a sa l s od i s t r i b u t e do ns l o p e s c o v e r e db y h e r b sw i t ht h ea s p e c t so f0~90ʎa n d270ʎ~360ʎ.T h er e s e a r c hr e s u l t sa r eh e l p f u l f o ru n d e r s t a n d i n g t h e o c c u r r e n c e p r o c e s s a n dc r i t i c a l t o p o g r a p h i c c o n d i t i o n so f s h a l l o wl a n d s l i d ea n dc o l l a p s ee s t i m a t i n g s e d i m e n t y i e l d a n d c o n t r o l l i n g e r o s i o n i n s m a l lw a t e r s h e d.K e y w o r d s:t h eL o e s sP l a t e a u;g r a v i t y e r o s i o n;t o p o g r a p h i c f a c t o r;c r i t i c a l c o n d i t i o n;v e g e t a t i o n t y p e黄土丘陵沟壑区坡陡沟深,加之黄土质地疏松㊁富含大孔隙㊁透水湿陷性强㊁垂直节理发育等性质[1-2],导致黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌等重力侵蚀非常活跃[3]㊂浅层滑坡是指土体在重力作用下沿一定的软弱面产生剪切破坏㊁整体顺坡向下滑移的现象,滑坡体长度和宽度多在数十米之内,厚度一般<2m[3-5];崩塌是指土体在重力作用下发生的迅速㊁突然的位移,伴随土体的倾倒㊁滚落㊁翻转等现象,崩塌规模较小,土方量一般在数方至数十方[3-4]㊂在黄土高原退耕还林(草)工程有效实施㊁植被显著恢复㊁坡面侵蚀得到有效遏制的大背景下,以浅层滑坡和崩塌为主的重力侵蚀已成为黄土高原小流域侵蚀泥沙主要来源之一[6-7]㊂因此,研究黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌形态特征,以及发育的临界地形条件,对理解重力侵蚀发育的动力过程㊁估算小流域侵蚀泥沙及其阻控具有重要意义[6,8]㊂在近几十年,国内外学者[9-13]研究了浅层滑坡和崩塌的发生条件,除黄土本身的性质和降雨㊁地震等外部条件外,土体相对高度㊁坡度㊁径流分散和汇聚状况㊁坡向等地形因子以及植被特性是影响浅层滑坡和崩塌发生的重要因素㊂土体相对高度受沟壑密度和距离沟道远近的影响,决定着浅层滑坡和崩塌发育的空间范围,进而影响其大小和空间分布[9-10];坡度决定坡体所受剪切力大小和有效临空面,控制着坡面水文连通性,从而影响土体土壤水分㊁抗剪强度和浅层滑坡与崩塌的大小[9,11];径流分散和汇聚状况可用径流流路比降㊁径流流路长度㊁汇水面积㊁地形湿度指数等地形因子综合反映,直接影响土壤孔隙水压力,进而影响土体黏聚力和结构强度,如果壤中流在不同土层界面汇聚,则会起到润滑作用,促使软弱结构面形成,促进浅层滑坡和崩塌发育[2,12];不同坡向的日照条件不同,引起植物群落和植被生长状况出现差异,导致土壤理化性质出现明显的差异,从而影响重力侵蚀[1,13];植被对浅层滑坡和崩塌的影响可从力学效应和水文效应方面分析,但都具有正负的双重影响[14-16]㊂发育临界地形是指浅层滑坡和崩塌发生时对应的坡度等地形因子的上限或下限,是浅层滑坡或崩塌发生的必要地形条件㊂曹银真[17]研究认为,黄土高原滑坡主要发生在坡度为35ʎ~55ʎ,沟谷相对高差较大的地方,而崩塌主要发生在坡度>55ʎ的沟坡和冲沟沟头处;L i等[18]研究发现,黄土滑坡(80%)通常发生在坡度>35ʎ㊁坡高>40m的凹形坡,当坡度>50ʎ时,重力侵蚀以崩塌为主,并且发现阳光照射少㊁土壤含水量高的沟道南岸滑坡数量大于北岸;尚慧等[7]研究认为,宁夏彭阳县的滑坡集中分布在0~ 135ʎ和225ʎ~360ʎ的坡向范围,即在阴坡和半阴坡较为发育;X u等[12]通过室内模拟降雨和沟岸崩塌试验研究了降雨和地形条件对滑坡㊁崩塌和泥流的诱发机制,结果发现,滑坡和泥流与降雨特性密切相关,而崩塌则主要受坡度控制;Q i u等[8]对陕西延安地区的滑坡进行了遥感解译和野外调查发现,滑坡体长度和面积随着土体相对高度呈幂函数增加,随坡度增大而减小,但滑坡发生频率的变化趋势则相反㊂上述研究结果均说明地形因子显著影响浅层滑坡和崩塌的发育和形态特征,但目前系统比较二者形态特征和发育临界地形的研究较少,浅层滑坡和崩塌在坡度㊁径流分散和汇聚状况㊁坡向等发育地形条件的差异需要进一步明确㊂本文在黄土丘陵沟壑区典型小流域选择5条重力侵蚀显著发育的支沟,通过野外调查和无人机摄影测量获取高精度D E M(0.7m分辨率),对53处浅层滑坡和40处崩塌的形态特征㊁地形因子以及植被覆盖因子进行对比分析,探究黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌形态特征及发育条件的异同,明确二者规模大小㊁自相似特征和发育临界地形㊂1材料与方法1.1研究区概况野外踏查于2019年8 9月和2021年4 5月在陕西省安塞区纸坊沟小流域(36ʎ46'28ᵡ 36ʎ46'42ᵡ, 109ʎ13'46ᵡ 109ʎ16'03ᵡ)进行,该小流域地处暖温带半湿润气候向半干旱气候过渡区域,年均气温8.8ħ,年均降水量549mm,季节分配极不均匀,7 9月的降水占年总降水量的70%以上,且多短历时暴701第2期邢书昆等:黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌形态特征与发育临界地形雨;流域内地形破碎,梁峁起伏,沟壑密度达8.06k m /k m 2,属黄土高原丘陵沟壑区第二副区;流域海拔1038~1414m ,梁峁顶与沟谷的相对高差多为150~200m ;新构造运动活跃,且以上升为主,地层从上到下依次为厚层第四纪黄土㊁中生代第三纪红黏土和侏罗纪岩层;流域主要土壤类型为黄绵土,其黏粒㊁粉粒和砂粒含量分别为15.9%,61.7%和22.3%,占流域面积的65.5%,其次为红胶土和二色土,占流域面积的21.5%;目前,流域内的植被主要是人工栽植的乔木和灌木群落㊁自然恢复的灌木群落㊁草本群落和灌木与草本混交群落[19-20]㊂经踏查,选择浅层滑坡和崩塌发育程度较高的5条支沟(B G 1㊁B G 2㊁B G 3㊁B G 4㊁B G 5)作为具体研究区域,除B G 1支沟位于小流域的中间部位㊁海拔相对较低㊁沟道底部有少量基岩出露外,其余4条支沟均靠近小流域南端分水岭,海拔较高,黄土层深厚㊂此次调查的浅层滑坡和崩塌均发生在沟坡黄土层内,各条支沟基本信息见表1㊂表1 调查支沟基本信息编号平均海拔/m 平均坡度/(ʎ)坡向分布比例/%0~90ʎ90ʎ~180ʎ180ʎ~270ʎ270ʎ~360ʎ面积/h m 2调查失稳体数量/个浅层滑坡崩塌总计B G 11156.729.119.641.217.621.612.7141428B G 21253.932.125.931.326.316.529.271219B G 31278.032.437.227.97.627.329.38513B G 41280.434.537.735.36.220.811.212618B G 51308.233.143.640.95.510.114.1123151.2 研究方法1.2.1 数据获取 数据获取包括外业调查和室内工作㊂外业调查共进行2次,第1次外业调查于2019年8 9月进行,此时正值雨季,浅层滑坡和崩塌发生的可能性较大,新发育的失稳体边界易于识别;调查内容包括使用手持式G P S 记录失稳体地理坐标㊁高程,辨别失稳体类型(浅层滑坡或崩塌),拍照并记录失稳体周边的植被类型和植被盖度㊂第2次外业调查于2021年4月底进行,此时大部分植被尚未返青,植被盖度较低,有利于保证航拍质量;调查内容是使用D J IP h a n t o m 4R T K 无人机对5条支沟进行垂直摄影测量,首先利用D J IG SP r o 进行航线规划,设置航向重叠度和旁向重叠度均为80%,设置飞行高度为100m ,飞行速度为7.9m /s ,然后选择合适的起降点,在晴朗或多云天气开展飞行㊂室内工作包括模型建立和参数提取两部分,具体为:首先使用A r gi s o f t P h o t o s c a nP r o 软件处理各条支沟照片生成三维模型,根据第1次外业调查的结果在三维模型中确定浅层滑坡和崩塌的位置,使用画图工具勾绘失稳体和上方未失稳区域,保存边界坐标点,利用测量工具测量浅层滑坡和崩塌的长度㊁宽度㊁周长和面积,使用地面点分类工具剔除植被并最终生成各条支沟高精度D E M (分辨率0.7m );参数提取是将D E M 数据导入A r c g i s 10.2软件中,同时将失稳体和上方未失稳区域的边界坐标导入,使用工具箱中的要素转面工具生成面要素,并投影到对应的坐标系;使用工具箱中的表面分析㊁水文分析和栅格计算器工具,提取5条支沟的坡度㊁坡向(0~360ʎ)㊁径流流路比降㊁径流流路长度㊁汇水面积㊁沟壑密度㊁距离沟道远近㊁地形湿度指数等地形因子;然后通过失稳体的面要素对坡向㊁沟壑密度㊁距离沟道远近进行区域统计,通过上部未失稳区域的面要素对坡度㊁径流流路比降㊁径流流路长度㊁汇水面积㊁地形湿度指数进行区域统计,其平均值即为该处失稳体的参数指标㊂1.2.2 地形因子 在上述地形因子中径流流路比降是指某栅格在其径流方向上与其临近栅格间高程差与距离的比值,以百分比表征,反映径流方向水力梯度的分布情况;径流流路长度指地面上一点沿径流方向到其流向起点间的最大地面距离在水平面上的投影长度,该值越大,坡面长度越长,汇集的流量越大;汇水面积指上游汇流区域流入该单元的栅格点总数,根据栅格分辨率0.7mˑ0.7m 换算为面积;通过填洼后的高精度D E M 设置阈值(最小汇水面积>2500m 2)提取河网[21],然后利用线密度和欧氏距离工具得到沟壑密度和距离沟道远近;地形湿度指数指单位等高线长度上的汇水面积和坡度值之比的自然对数,定量描述地形对土壤水分的影响,该值越大,说明该区域的土壤越容易达到饱和从而产流[22],计算公式为:TW I =L n (S C A /t a n β)(1)式中:TW I 为地形湿度指数;S C A 为单位等高线长度汇水面积(m 2/m );β为局地坡度(ʎ),对于以栅格形式表示的数字高程模型D E M ,S C A 表示某栅格的汇水面积与D E M 栅格分辨率的比值,β对应于该栅格局地坡度㊂1.2.3 数据分析方法 采用相对密度[8]分析比较浅层滑坡和崩塌在不同坡向(0~360ʎ)的分布情况,计算公式为:R D =N i /S iN /S =N i /N S i /S(2)式中:R D 为相对密度;S 为调查区域的总面积(m 2);801水土保持学报 第36卷N为调查浅层滑坡或崩塌的总数量;S i为不同坡向范围(0~180ʎ,180ʎ~360ʎ,0~90ʎ,270ʎ~360ʎ,90ʎ~ 270ʎ)的面积(m2);N i为不同坡向范围浅层滑坡或崩塌的数量;相对密度越大,表明该坡向浅层滑坡或崩塌越易发生㊂主成分分析是重要的多元统计方式,可以在不丢失原始数据主要信息的前提下,提取数据信息,排除原始数据中相互重叠的信息,起到降维作用,用较少的数据表达原始数据,使问题简化㊂使用S I M C A 14.1.0软件对2类失稳体的地形因子进行主成分分析(P C A-X),为了避免不同量纲对分析结果的影响,先对原始数据进行标准化处理[23]㊂使用S P S S26软件对浅层滑坡和崩塌形态特征进行描述性统计,使用O r i g i n2018和C o r e l d r a w X4软件制图㊂2结果与分析2.1浅层滑坡和崩塌形态特征由表2可以看出,浅层滑坡和崩塌的规模都较小,长度均不超过60m,宽度㊁周长和面积分别在0~30,0~ 170,0~1300m2㊂浅层滑坡的长度㊁宽度㊁周长和面积均值均大于崩塌,说明浅层滑坡在规模上通常大于崩塌;变异系数是标准差与均值之比,其值越高,说明指标变化程度越大㊂比较浅层滑坡和崩塌长度㊁宽度㊁周长和面积的最大值㊁最小值和变异系数发现,浅层滑坡各形态指标的最小值均低于崩塌,而最大值和变异系数均高于崩塌,说明浅层滑坡的形态变化范围更大㊂不同形态特征之间存在一定的相关性,浅层滑坡周长随其长度的增加呈线性函数增加,随宽度的增加呈指数函数增加,决定系数R2分别为0.88和0.77(图1a㊁图1b);面积随长度或宽度的增加均呈幂函数增加,幂指数分别为1.676和2.409,决定系数R2分别为0.88和0.75(图1c㊁图1d),说明对于浅层滑坡,其宽度对周长和面积大小的限制作用更强㊂崩塌周长和面积随长度或宽度的增加均呈线性函数增加,说明崩塌的形态较为均匀㊂浅层滑坡和崩塌的面积随周长增加均呈幂函数增加(图1e),决定系数R2分别为0.98和0.91㊂表2浅层滑坡和崩塌形态特征比较失稳类型形态指标最大值/m最小值/m均值/m标准差/m变异系数/%浅层滑坡长60.03.417.311.164.3宽29.33.712.76.752.7周长166.613.754.131.458.0面积1294.412.8215.6272.0126.2崩塌长32.96.415.96.741.8宽27.14.711.55.447.0周长82.022.348.014.430.0面积443.038.5140.281.858.4图1浅层滑坡和崩塌形态特征间的相互关系对浅层滑坡和崩塌形态特征与沟壑密度和距离沟道远近进行P e a r s o n线性相关分析(表3),结果表明,浅层滑坡和崩塌长度㊁宽度㊁周长和面积与沟壑密度均呈负相关关系,而与距离沟道远近均呈正相关关901第2期邢书昆等:黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌形态特征与发育临界地形系;说明沟壑密度越大,浅层滑坡和崩塌发育的规模越小,而距离沟道越远,浅层滑坡和崩塌发育的空间范围越大,其规模越大㊂具体来看,浅层滑坡的形态特征与沟壑密度和距离沟道远近均在P <0.01水平上显著相关,而崩塌只有长度和周长与沟壑密度和距离沟道远近在P <0.01水平上显著相关,面积和距离沟道远近在P <0.05水平上显著相关,宽度与沟壑密度和距离沟道远近均不显著相关㊂说明与崩塌相比,浅层滑坡形态特征与沟壑密度和距离沟道远近的相关性更加密切㊂表3 失稳体形态特征与沟壑密度和距离沟道远近的相关系数形态特征浅层滑坡沟壑密度距离沟道远近崩塌沟壑密度距离沟道远近长度-0.54**0.55**-0.41**0.62**宽度-0.61**0.51**-0.100.02周长-0.60**0.59**-0.40**0.47**面积-0.55**0.56**-0.300.38*注:*表示在P <0.05水平显著相关;**表示在P <0.01水平显著相关㊂2.2 地形因子对浅层滑坡和崩塌的影响地形因子显著影响坡面水文过程和坡体稳定性,对浅层滑坡和崩塌的坡度㊁径流流路比降㊁径流流路长度㊁汇水面积㊁沟壑密度㊁距离沟道远近和地形湿度指数等地形因子进行主成分分析(P C A-X ),模型方差贡献率和因子载荷矩阵见表4㊂由表4可知,模型共提取3个主成分,第1,2,3个主成分的方差贡献率分别为0.39,0.31和0.20,累计方差贡献率R 2达到0.90㊂由因子载荷矩阵可以看出,第1主成分中径流流路比降的载荷值(0.72)最大,其次为坡度(0.70),负载荷值中地形湿度指数(-0.93)最高,说明第1主成分综合反映地形湿度指数㊁径流流路比降和坡度3个因子的信息;第2主成分中径流流路长度㊁汇水面积和距离沟道远近因子载荷的绝对值均不低于0.65,说明第2主成分主要是由径流流路长度㊁汇水面积和距离沟道远近构成的综合指标;第3主成分中沟壑密度载荷值最大,达到0.67,表明第3主成分中沟壑密度为主要评价指标㊂提取模型的前2个主成分进一步分析(图2)可以看出,地形湿度指数㊁汇水面积和径流流路长度三者呈正相关关系,且与沟壑密度和距离沟道远近相关性较差,与坡度和径流流路比降呈负相关关系;而坡度㊁径流流路比降和沟壑密度三者呈正相关关系,与距离沟道远近呈负相关关系㊂比较浅层滑坡和崩塌在第1㊁第2主成分因子载荷图(图2)上的分布发现,浅层滑坡倾向聚集于地形湿度指数㊁汇水面积和径流流路长度较大的区域,崩塌则倾向聚集于坡度和径流流路比降较大的区域,沟壑密度和距离沟道远近对两者聚类的影响不明显,表明地形湿度指数㊁汇水面积㊁径流流路长度㊁坡度和径流流路比降是区分浅层滑坡和崩塌发生条件的主要地形因子㊂表4 主成分分析方差贡献率(R 2)和因子载荷矩阵主成分R 2累计R 2因子载荷矩阵坡度/(ʎ)径流流路比降/%径流流路长度/m 汇水面积/m 2沟壑密度/(k m ㊃k m -2)距离沟道远近/m 地形湿度指数10.390.390.700.72-0.62-0.620.26-0.19-0.9320.310.70-0.46-0.45-0.65-0.65-0.610.73-0.1430.200.90-0.49-0.41-0.37-0.250.67-0.560.02图2 影响浅层滑坡和崩塌的地形因子主成分分析(P C A -X)为进一步对比地形因子影响浅层滑坡和崩塌的差异,分别以地形湿度指数和径流流路长度为X 轴,以坡度和径流流路比降为Y 轴,绘制各失稳体的散点图(图3a ㊁图3b )㊂由图3a 可知,浅层滑坡均发生在坡度<55ʎ的区域,而崩塌发生的坡度均>30ʎ,坡度最大值接近70ʎ;浅层滑坡发生位置的地形湿度指数均>0.50,最大值接近3.00,而崩塌发生位置的地形湿度指数均<2.00,最小值为0.17;在坡度为30ʎ~55ʎ㊁地形湿度指数为0.50~2.00的区域,浅层滑坡和崩塌均有较大比例分布,分别占81.1%和72.5%;由图3b 可知,径流流路比降和径流流路长度对浅层滑坡和崩塌的影响差异明显,浅层滑坡主要发生在径流流路比降为60.0%~120.0%的区域,而崩塌主要发生在60.0%~200.0%,并且30%的崩塌发生在径流流路比降>120.0%的区域;而在径流流路长度上,其值较大的区域更易发生浅层滑坡,最大值接近25.00m ,崩塌发生的区域除2处径流流路长度为16.23,19.73m 外,其余均<15.00m ;在径流流路比降为60.0%~120.0%㊁011水土保持学报 第36卷径流流路长度为0~15.00m 的区域,浅层滑坡和崩塌分别占88.7%和67.5%㊂因此,在坡度(30ʎ~55ʎ)㊁地形湿度指数(0.50~2.00)适中㊁径流流路比降(60.0%~120.0%)和径流流路长度(0~15.00m )较小的区域,浅层滑坡和崩塌分布较为集中;而在坡度>55ʎ和地形湿度指数<0.50㊁径流流路比降>120.0%和径流流路长度<15.00m 的区域,重力侵蚀以崩塌为主,反之,在坡度<30ʎ和地形湿度指数>2.00㊁径流流路比降<120.0%和径流流路长度>15.00m 的区域,重力侵蚀以浅层滑坡为主㊂图3 浅层滑坡和崩塌发生的临界地形条件比较2.3 坡向与植被对浅层滑坡和崩塌的影响通过野外调查植被类型和植被盖度及对D E M数据进行表面分析,得到各浅层滑坡和崩塌周围的植被信息和坡向分布(图4a ㊁图4b )㊂结果表明,浅层滑坡在灌木和草本群落覆盖的坡面均可发生,其中,灌木坡面31处,草本坡面22处㊂灌木坡面浅层滑坡在0~180ʎ坡向上的数量(22处)远大于180ʎ~360ʎ坡向(9处),其中45ʎ~135ʎ坡向上的浅层滑坡数量占灌木坡面总数的56.3%;调查区域0~180ʎ和180ʎ~360ʎ坡向的面积分别占调查区域总面积的65.9%和34.1%(表5),灌木坡面浅层滑坡在2种坡向范围的数量比例分别为79.1%和28.1%,相对密度分别为1.09和0.82,表明灌木坡面浅层滑坡在0~180ʎ坡向上更易发生㊂草本坡面浅层滑坡主要发生在0~90ʎ和270ʎ~360ʎ坡向,占草本坡面浅层滑坡总数的66.7%(图4和表5),其次发生在90ʎ~135ʎ和225ʎ~270ʎ坡向(28.6%);调查区域90ʎ~270ʎ坡向和0~90ʎ,270ʎ~360ʎ坡向的面积分别占调查区域总面积的47.5%和52.5%,草本坡面浅层滑坡在2种坡向范围的数量比例分别为33.3%和66.7%,相对密度分别为0.70和1.27,表明草本坡面浅层滑坡在0~90ʎ和270ʎ~360ʎ坡向上更易发生㊂植被覆盖类型对崩塌的影响与浅层滑坡明显不同,调查的40处崩塌,有33处发生在灌木坡面,仅有7处发生在草本坡面;灌木坡面崩塌在0~180ʎ坡向上的数量(25处)远大于180ʎ~360ʎ坡向(8处),其中45ʎ~135ʎ坡向崩塌的数量占灌木坡面总数的50.0%,灌木坡面崩塌在0~180ʎ和180ʎ~360ʎ坡向上的数量比例分别为75.0%和25.0%,相对密度分别为1.14和0.73(表5),表明灌木坡面崩塌在0~180ʎ坡向更易发生㊂草本坡面崩塌有5处发生在0~180ʎ坡向,2处发生在180ʎ~360ʎ坡向,但因调查数量较少(7处),坡向分布规律需要进一步明确㊂就植被盖度而言,浅层滑坡和崩塌在不同植被盖度(20%~100%)下均有发生(图4)㊂图4 浅层滑坡和崩塌在不同植被类型和盖度条件下的坡向分布111第2期 邢书昆等:黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌形态特征与发育临界地形表5 不同坡向浅层滑坡和崩塌的数量和相对密度坡向/(ʎ)面积比例/%浅层滑坡数量比例/%灌木草本崩塌数量比例/%灌木草本浅层滑坡相对密度灌木草本崩塌相对密度灌木草本0~18065.971.9-75751.09-1.141.14180~36034.128.1-25250.82-0.730.7390~27047.5-33.3--0.70-0~90和270~36052.5-66.7--1.27-3 讨论3.1 浅层滑坡和崩塌的形态特征浅层滑坡和崩塌的失稳机制和发育地形条件存在显著差异,必然导致二者形态特征的明显不同[3-4],浅层滑坡多发生在坡度较缓㊁坡面相对高度较大的地方,而崩塌常发生在坡度较陡的区域,并且浅层滑坡形变过程相对缓慢,而崩塌发生过程迅速[12,18],因此浅层滑坡在规模上通常大于崩塌,并且形态变化范围更大;浅层滑坡和崩塌不同形态特征间存在良好的相关关系,与Q i u 等[8-9]的研究结果类似,但浅层滑坡以幂函数关系为主,而崩塌以线性函数关系为主,这可能与二者的形成机制不同有关,不同形成机制导致失稳体形态特征的自相似性差异明显㊂以往研究[24-25]表明,重力失稳体数量随着其规模的增加而急剧减少,本研究结果与之相似,表现为浅层滑坡和崩塌数量随周长与面积的增加而迅速减少(图1e )㊂浅层滑坡和崩塌的规模与沟壑密度呈负相关,与距离沟道远近呈正相关的结果(表3),是因为沟壑密度越大,距沟道越近(图2),则坡面相对高度越小,坡度越陡,而坡面相对高度和坡度是决定浅层滑坡和崩塌发育空间分布和有效临空面的关键因素,进而降低浅层滑坡和崩塌的长度㊁宽度㊁周长和面积[9,11];浅层滑坡形态特征与沟壑密度和距离沟道远近的相关性优于崩塌,是因为崩塌多发生在距离沟道较近㊁失稳活跃的低矮陡坡[26],加之其规模和形态变化范围均小于浅层滑坡,因此相关性较差㊂3.2 浅层滑坡和崩塌发育的临界地形通过A r c g i s10.2软件对D E M 数据进行处理,获取浅层滑坡和崩塌的地形因子,发现在坡度和地形湿度指数适中㊁径流流路比降和径流流路长度较小的区域,浅层滑坡和崩塌发育强烈,而在坡度和径流流路比降较大㊁地形湿度指数和径流流路长度较小的区域,崩塌较为发育;反之,在坡度和径流流路比降较小㊁地形湿度指数和径流流路长度较大的区域,浅层滑坡是重力侵蚀的主要形式,这与已有的大量研究[15,17-18]结论一致㊂这是因为降雨是诱发浅层滑坡和崩塌最主要的外部因素[27],而地形条件控制着坡面水文过程,显著影响坡面径流的方向㊁流量大小和流速,进而影响降水入渗㊁土体基质势和抗剪强度[6,28],坡度决定坡体所受剪切力的大小和受力状态,因浅层滑坡和崩塌的发生机制不同,其对水文条件和坡度条件响应的敏感程度也会有所差异[12]㊂本研究发现,浅层滑坡和崩塌主要发生在0~180ʎ坡向或0~90ʎ和270ʎ~360ʎ坡向,这与L i 等[18]和尚慧等[7]在黄土区野外调查失稳体时所得结果相似,即在辐射强度低㊁土壤含水量高的阴坡或半阴坡,更易发生坡体失稳;但与L i 等[1]在甘肃天水 7㊃26极端暴雨后野外调查的结果有所不同㊂他们发现,阳坡和植被稀少的坡面更易发生滑坡,造成这种差异的原因可能是在极端暴雨条件下,土壤水分快速增加,降低坡向对土壤水分的影响,进而弱化坡向对滑坡的影响㊂与地形因子相比,植被对降雨诱发的浅层滑坡和崩塌的影响相对较小[26,29],本次调查发现,崩塌主要发生在灌木覆盖坡面,而浅层滑坡在灌木和草本覆盖坡面均有发育,可能是因为在地势陡峭的沟坡上,灌木根系沿黄土垂直节理生长发育,增加土壤大孔隙,促进优先流发育,从而诱发崩塌[30]㊂浅层滑坡和崩塌在不同植被盖度(20%~100%)下均有发生,原因可能与调查植被覆盖的区域为失稳体边缘区域,无法真实测得原有坡面植被盖度和目测法估算的植被盖度精度较低有关;同时植被对重力侵蚀的影响,主要取决于植物根系的数量㊁垂直分布,与根系的加筋效应密切相关,而本研究并没有测定根系参数,因而无法准确评估植被对浅层滑坡和崩塌的影响,因此,需要进一步在更大空间尺度上量化植被对浅层滑坡和崩塌的影响及其机制㊂4 结论(1)浅层滑坡的规模大于崩塌,其面积均值是崩塌的2.64倍,形态变化范围更大,面积的变异系数是崩塌的2.16倍㊂(2)浅层滑坡和崩塌长度㊁宽度㊁周长和面积与沟壑密度均呈负相关关系,与距离沟道远近均呈正相关关系,浅层滑坡形态特征与沟壑密度和距离沟道远近的相关性更加密切㊂(3)浅层滑坡和崩塌发育受到地形条件的显著影响,在坡度和地形湿度指数适中(30ʎ~55ʎ和0.50~2.00)㊁径流流路比降和径流流路长度较小(60.0%~120.0%和0~15.00m )的区域,浅层滑坡和崩塌均较集中分布;在坡度和径流流路比降较大(>55ʎ和>120.0%)㊁地形湿度指数和径流流路长度较小(<0.50和<15.00m )的区域,崩塌较为发育,而在坡度和径流流路比降较小(<30ʎ和<120.0%)㊁地形湿211水土保持学报第36卷。

川东北滑坡地质灾害成因机制分析及治理方案探究

川东北滑坡地质灾害成因机制分析及治理方案探究

DOI:10.16661/ki.1672-3791.2310-5042-7880川东北滑坡地质灾害成因机制分析及治理方案探究1.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 四川成都 610041;2.核工业西南勘察设计研究院有限公司 四川成都 610042;3.中国建筑西南勘察设计研究院有限公司 四川成都 610052摘要:滑坡是一种常见的地质灾害现象,对人类生命和财产造成了严重的威胁。

川东北地区因其地理位置和地质特点,常常受到滑坡地质灾害的侵袭。

为了更好地应对这一现象,将对川东北地区的滑坡地质灾害进行分析和研究。

通过分析滑坡地质灾害的成因机制,包括地质、地形、气候、人为因素等,结合相关资料和实际工作经验,提出了一些治理方法和实践措施,以期提供宝贵的经验,降低川东北滑坡地质灾害的风险,从而促进川东北地区的可持续发展。

关键词:滑坡 地质灾害 川东北 地形因素中图分类号:U418.55文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2024)03-0146-04 Causal Mechanism Analysis and Treatment Scheme Explorationof the Geological Hazards of Landslides in Northeast SichuanGONG Rui1CHEN Dongsheng1*ZHANG Xiao1YANG Hui1GU Dezhang2LIANG Changjian31. Sichuan Highway Planning, Survey, Design and Research Institute Ltd., Chengdu, Sichuan Province, 610041 China;2. Nuclear Industry Southwest Geotechnical Investigation & Design Institute Co., Ltd., Chengdu, Sichuan Province,610042 China; 3. China Southwest Geotechnical Investigation & Design Institute Co., Ltd., Chengdu,Sichuan Province, 610052 ChinaAbstract:The landslide is a common phenomenon of geological disasters that poses a serious threat to human lifeand property. Due to its geographical location and geological characteristics, the Northeast Sichuan region is oftenaffected by the geological disasters of landslides. In order to better respond to this phenomenon, this paper will ana‐lyze and study the geological hazards of landslides in the Northeastern Sichuan region. This paper analyzes the causalmechanisms of the geological disasters of landslides, including geological, topographical, climatic and human factors,and proposes some governance methods and practices in combination with relevant data and practical work experi‐ence, in order to provide valuable experience, reduce the risk of the geological disasters of landslides in NortheastSichuan, and promote the sustainable development of the Northeast Sichuan region.Key Words: Landslide; Geological; Northeast Sichuan; Topographic factor作者简介: 龚睿(1984—),男,硕士,高级工程师,研究方向为工程地质勘察设计。

浅谈滇西及滇南地区全风化片麻岩中滑坡成因与防治对策

浅谈滇西及滇南地区全风化片麻岩中滑坡成因与防治对策

浅谈滇西及滇南地区全风化片麻岩中滑坡成因与防治对策作者:杨生斌胡永军舒杨君来源:《中国新技术新产品》2012年第05期摘要:在云南的西部及东南部广泛分布有花岗片麻岩,其表层全风化带较厚,具有特殊的工程地质特性,形成一些大规模滑坡,本文笔者通过多个工程实践,对滑坡的成因进行分析,并提出了常用的防治措施,可作为该地区滑坡防治的参考,也可供当地管理部门在防灾减灾方面作为参考。

关键词:全风化片麻岩;滑坡;防治措施;建议中图分类号: P64文献标识码: A1、前言在云南西部及东南部地区分布有大面积的变质岩系,其中滇西主要分布于怒江西岸德宏州境内,属下古生界高黎贡山群变质岩;滇东南地区主要分布于元江西岸,为元古界哀牢山群及瑶山群变质岩;另外,在滇东南马关县及麻粟坡县南部也有分布。

出露地层岩性均为片麻岩、变粒岩、片岩、混合岩等,地表全内化带厚度大,部分地区超过50m,呈土状,物理力学性质较差,且这些地区山高坡陡,加上人类活动,形成一些大规模的滑坡,如陇川王子树乡滑坡、马关南捞乡滑坡群等,给当地人民群众的生命财产带来严重的威胁,目前各级政府正筹资进行治理。

2、土体工程地质特征全风化岩体呈粉质粘土、粉砂或粗砂,浅灰色、灰黄色,原岩结构及矿物成份已破坏,残余部份石英颗粒或岩层碎块,土层天然孔隙比大,结构较松散。

其中砂土呈稍密-中密状,均一性差,透水性强,富水性强;粉质粘土呈可塑状,含大量砂粒,颗粒成分不均一,标贯击数4-12击,力学强度变化较大,承载力特征值160-200kPa,土体物理力学指标见下表:3、滑坡特征及形成原因全风化花岗岩地层其物理力学性质较差,加上云南山区地形切割强烈,山高坡陡,人类毁林耕种,于是形成一些滑坡或滑坡群,其形成原因基本相似,本文从陇川县王子树乡滑坡的特征及成因进行分析:3.1滑坡概况王子树滑坡群主要分布于乡政府驻地北坡,由4个大小不一的滑坡体组成,1995年至今,每年都出现了位移变形,局部产生地面沉陷、错落、拉裂或蠕动,造成了部份民房拉裂、倾斜或倒塌,给当地群众造成了较大的经济损失。

三峡库区顺层滑坡降雨入渗作用机理的开题报告

三峡库区顺层滑坡降雨入渗作用机理的开题报告

三峡库区顺层滑坡降雨入渗作用机理的开题报告一、研究背景与意义三峡水库是世界上最大的水库之一,其库区地质条件复杂,容易出现滑坡等地质灾害。

其中顺层滑坡是三峡库区发生的主要类型之一,虽然其形成机理已经得到一定程度的探讨,但对于其入渗作用机理的研究还存在很多不足。

顺层滑坡在降雨入渗作用下,其稳定性受到很大的影响,因此分析顺层滑坡的入渗作用机理,对于预测和防范三峡库区的地质灾害具有重要的意义。

二、研究现状及问题国内外相关研究表明,入渗作用是顺层滑坡发生的重要因素之一,但目前仍缺乏针对三峡库区顺层滑坡的入渗作用机理研究。

现有的研究大多是基于实验室模拟和数值模拟方法,而实际的情况受到许多因素的影响,如土体性质、降雨强度和持续时间等。

同时,入渗作用对顺层滑坡的影响存在一定的复杂性,如不饱和带的存在、渗透系数的变化等,因此需要采用多种方法对其进行研究。

三、研究内容及方法本研究将针对三峡库区顺层滑坡的入渗作用机理展开研究。

具体研究内容包括:1. 实地调查和野外取样:通过实地调查和野外取样,了解三峡库区顺层滑坡的地质特征、土体性质等情况。

2. 室内实验:在实验室中建立三峡库区顺层滑坡的模型,进行不同降雨强度和持续时间的实验,探讨入渗作用对于顺层滑坡稳定性的影响,并研究不饱和带的存在情况。

3. 数值模拟:借助数值模拟工具,对实验结果进行模拟和分析,探究不同因素对于演化过程的影响,以及渗透系数的变化规律等。

四、预期结果及意义通过本研究,可以揭示三峡库区顺层滑坡的入渗作用机理,为顺层滑坡的灾害性评估和防治提供参考。

同时,本研究所获得的成果还可为其他区域的类似地质灾害提供借鉴。

红层地区滑坡滑带处水——岩(土)相互作用研究

红层地区滑坡滑带处水——岩(土)相互作用研究

学术研讨 65
地下水的化学成分常常与水岩作用的规模、时间地质历史 等因素存在着错综复杂的关系,使水一岩(土)系统的演化研 究变得困难。因此,借助主成分分析法,对原始变量因素进行 提取和简化,揭示控制这些原始因素之间的内在因素,可进一 步了解地下水化学成分之间、水化学成分与岩土环境之间的相 互关系。根据大院子滑坡地下水化学成分主成分分析结果(表 2),选取前四个作为主成分的变量因子,其累计贡献率达到了 85.35%,即前四个主成分基本上包含了以上8个指标因子绝大部 分的信息。

价值。

本文以四川省南江县大院子滑坡为例,iffii测试该滑坡滑带处的地下水化学成分,借
助主成分分析对地下水化学成分进行提取和简化,揭示控制这些化学成分之间的内在因

素,了解地下水化学成分之间、水化学成分与岩土环境之间的相互关系,探讨红层地区滑

坡滑带处特殊的水一岩(土)化学相互作用的主要过程及其与地下水化学成分的内在联 系。
坡体积约为52.374万m‘,为一浅层牵引式土质滑坡(图1)。



四 川

省 自

然 资

源 资

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馆 陶 叶

)

图2大院于滑坡滑带土及滑带下部土体X射线衍射谱图 根据滑带土和滑带下部滑極岩进行X射线衍射分析(图2),滑带土中以石英为主, 形成的次生黏土矿物以伊利石、绿泥石为主,滑床基岩为长石砂岩夹泥岩,矿物含量以石 英为主,形成的次生粘土矿物以伊利石、蒙脱石、伊蒙混层和绿泥石为主,仅含少量的斜 长石°
2水一岩(土)作用分析
地下水在滑带处所进行的水一岩(土)相互作用规律,一 定程度地能通过该处地下水的化学主成分分析结果显示出来, 根据所选的四个主成分,初步分析滑带处滑带土的形成过程。

基于指数型的浅层滑坡非积水降雨入渗模型研究

基于指数型的浅层滑坡非积水降雨入渗模型研究

基于指数型的浅层滑坡非积水降雨入渗模型研究简文星;蒋毅【摘要】降雨诱发浅层滑坡稳定性评价的前提是计算边坡的湿润锋深度,目前较为常用的计算方法是基于改进的Mein-Larson降雨入渗模型,但该模型假定斜坡土体初始含水率均匀分布,实际上斜坡土体初始含水率分布是不均匀的,其表现出越靠近地下水位土体含水率越高的规律.为了体现这一实际情况,提出一种指数型的土体初始含水率分布函数,对传统的非积水降雨入渗模型进行了改进,并通过有限元数值分析对土体初始含水率分布函数和改进的模型进行了验证.结果表明:模型计算解与数值解较为接近,说明改进的非积水降雨入渗模型具有一定的适用性.【期刊名称】《安全与环境工程》【年(卷),期】2017(024)001【总页数】5页(P22-25,32)【关键词】浅层滑坡;非积水降雨入渗模型;指数型;湿润锋;土体初始含水率【作者】简文星;蒋毅【作者单位】中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】X43;P642.22滑坡是一种常见且分布广泛的地质灾害,每年都造成巨大的经济损失[1]。

国内外大量统计资料表明[2- 3],60% ~ 80%的滑坡发生于雨季,可见降雨是诱发滑坡的重要外部因素。

降雨触发浅层滑坡一直是学者们关注和研究的热点问题,目前比较广为人知的观点是:降雨入渗引起非饱和边坡地下水位线变化和边坡土体含水率上升,造成孔隙水压力增大,基质吸力减小,导致边坡潜在危险滑动面抗剪强度不断减小,直到不能满足抗剪强度要求为止[4- 6]。

因此,非饱和边坡的降雨入渗计算是研究降雨诱发浅层滑坡的基础。

降雨入渗模型一直以来备受土壤学家的关注,但由于其研究对象是农田灌溉问题,故模型边界多为地表土体饱和,且一般将地表当作水平面处理,并不适用于斜坡的降雨入渗计算[7]。

近些年,一些学者们在农田土壤入渗模型的基础上,对适用于斜坡的降雨入渗模型进行了研究,归纳起来,现在普遍应用和较为成熟的一维瞬态流模型主要有三类[8- 10],即Green- Ampt入渗模型、Richards方程和Srivastava-Yeh入渗模型。

降雨作用下川东红层地区浅层土质滑坡稳定性数值分析

降雨作用下川东红层地区浅层土质滑坡稳定性数值分析

降雨作用下川东红层地区浅层土质滑坡稳定性数值分析杨戒;李绍红;吴礼舟【摘要】Based on unsaturated soil infiltration theory,a rainfall-infiltration model is developed for one shallow landslide in Nanjiang County in red-bed area of East Sichuan by COMSOL Multiphysics,and the changes of groundwater under rainfall are calculated after considering the boundary effect at the bottom of soil slope.The limit equilibrium method is used to analyze the relationship between soil slope stability over time under different rainfall intensities and examine the effect on relationship between factor of safety and duration due to different initial pressure heads.The results show that,(a) the infiltration effect of slope boundary at slope toe plays a significant role in water trapping in slope soil;(b) due to high rainfall intensity,the factor of safety begins to decline at an earlier stage and a faster speed,and the decline rate is slow first and then fast;and (c) when the absolute value of initial pressure head is smaller,the factor of safety will begin to decrease earlier.%基于非饱和土渗流理论,利用COMSOL Muhiphysics软件,对川东红层地区南江县某基岩面上的浅层滑坡建立均匀长坡的降雨入渗模型,考虑坡脚边界的不同透水效果,计算得到降雨作用下基岩面上地下水的变化.结合极限平衡法,分析上覆土质滑坡在低强度和高强度降雨下滑坡稳定性系数随时间的变化,以及不同初始压力水头对稳定性系数的影响.研究结果表明,坡脚处边界的透水效果对滑坡土体内积水变化影响是明显的;高强度降雨使稳定性系数开始下降时刻更早,下降速率更快,下降速率随时间的变化表现为先慢后快;初始压力水头绝对值越小,稳定性系数开始下降得越早.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2017(043)005【总页数】6页(P37-42)【关键词】浅层滑坡;稳定性系数;降雨入渗;红层地区【作者】杨戒;李绍红;吴礼舟【作者单位】成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059【正文语种】中文【中图分类】P642.22(271)四川盆地东部广泛分布砂泥岩交替的缓倾红色地层,由于倾角较缓,上覆土层较薄,理论上该地区发生滑坡的可能性较小。

四川南江某滑坡特征及形成机制分析

四川南江某滑坡特征及形成机制分析

四川南江某滑坡特征及形成机制分析
李园
【期刊名称】《四川建筑》
【年(卷),期】2008(28)3
【摘要】文章所研究的滑坡位于四川巴中市境内,为一近水平岩层的小型顺层岩质滑坡.鉴于该滑坡滑坡体主要由厚层、较完整的砂岩组成的特殊特征以及其危害性,对由降雨诱发的该滑坡的滑坡特征及成因机制进行了深入分析.归纳总结了促使滑坡稳定性降低的影响因素以及其滑动变形演化模式,以期为该滑坡的防治与治理提供科学依据.
【总页数】2页(P82-83)
【作者】李园
【作者单位】成都理工大学地质灾害防治与环境保护国家重点实验室,四川成都610059
【正文语种】中文
【中图分类】P642.22
【相关文献】
1.四川南江某滑坡形成机制及稳定性分析
2.四川地震灾区巴中市南江鹰嘴岩危岩形成机制分析
3.四川地震灾区巴中市南江县鹰嘴岩危岩形成机制分析
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5.四川宣汉特大型滑坡特征及形成机制分析
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降雨作用下缓倾堆积层滑坡渗流特性及其渐进性破坏过程研究

降雨作用下缓倾堆积层滑坡渗流特性及其渐进性破坏过程研究
4 结论
滑坡稳定性系数
图 6 滑坡不同位置和不同深度处的位移变化曲线
1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6
0 5 10 15 20 25 30 时间/d
图 7 滑坡的稳定性系数随时间的变化曲线
生降雨时,边坡前缘、中部和后缘的孔隙水压力均会出现孔 隙水压力增长峰值,但是在降雨完成后由于一个峰值回落的 过程,图中第 10 天 ~ 第 14 天、第 24 天 ~ 第 26 天是孔隙水 压力逐步消散的过程,同时土体也从饱和状态变为非饱和状 态。
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图 2 滑坡场区 2010—2022 年多年月平均降雨量
生态与环境工程
是从表面向深部、从后缘向前缘逐步渗透,导致前缘的最终 孔隙水压力约为后缘的最终孔隙水压力的 2.0 倍。在滑坡前 缘位置不同深度处的最终孔隙水压力存在较大差异,在 0.5m 处最终孔隙水压力为 54.64m,在 1.0m 处最终孔隙水压力为 43.71kPa,在 1.5m 处最终孔隙水压力为 39.34kPa。在 2.0m 处最终孔隙水压力为 39.34kPa,而在滑坡中部和滑坡后缘位 置,不同深度处的最终孔隙水压力相近。
对降雨过程中滑坡稳定性系数进行计算,结果如图 7 所 示。从图 7 中可以看出,随着时间增加,降雨过程导致雨水不
该文以何家坡大桥滑坡为研究对象,运用现场实测的手 段,观测缓倾堆积层滑坡内部的孔隙水压力,研究降雨条件 下边坡内部的渗流特性,并计算降雨过程中滑坡的稳定性系 数,以研究滑坡的渐近性破坏过程,得到以下 3 个结论 :1) 滑坡前缘、中部和后缘位置不同深度处的孔隙水压力表现为 较为一致的变化规律,孔隙水压力曲线均表现出先快速增加 后增速放缓的非线性变化趋势。2)在降雨条件下边坡土体的 饱和是由表及里,雨水的渗透场也是从表面向深部、从后缘 向前缘逐步渗透 ;在滑坡前缘位置不同深度处的最终孔隙水 压力存在较大差异,在滑坡中部和滑坡后缘位置,不同深度 处的最终孔隙水压力相近。3)在非雨季,滑坡天然状态下 处于非饱和状态,降雨对边坡具有一个饱和渗透的过程,当 发生降雨时,边坡前缘、中部和后缘的孔隙水压力均会出现 孔隙水压力增长峰值,但是在降雨完成后由于一个峰值回落 的过程,同时土体也从饱和状态变为非饱和状态。4)在滑 坡前缘的位移量增加速度较大,且明显大于滑坡后缘和滑坡 中部的位移,且滑坡中部和滑坡后缘的位移相近 ;降雨作用 下,缓倾堆积层滑坡的破坏是一个连续渐进的破坏过程,在 前期降雨饱和阶段,其稳定性系数降低较慢,在后期破坏阶 段,其稳定性系数降低具有突发性。

川东红层地区降雨入渗模式与岩质滑坡成因机制研究

川东红层地区降雨入渗模式与岩质滑坡成因机制研究

摘要 :川东红层地 区在强降雨条件下极易产生群发性平缓岩层滑坡,其成因一直存疑。采用现场 降雨入渗观察、
室内试验等手段重 点探讨川东红层岩质斜坡降雨入渗规律和滑坡成因机 制。研 究发现 :以裂缝 为主 的通道为降雨 入渗提供途径, 雨水进入潜在滑面后会对滑带土形成软化作用 。 室 内软化试验结果表明: 原状滑带土饱水软化 1 0 d后 , 黏聚力和内摩擦 分别由天然 时的 2 O . 7 6 k P a和 2 1 . 2 。 衰减至 1 1 . 3 9 k P a和 4 。 ,当泥化夹层重塑样含水率配至 5 0 %时, 其抗剪强度仅 为 1 . 2 8 k P a 和 1 . 2 4 。 。以此为基础归纳 2类滑坡失稳模式:蠕 滑 一拉裂 型是由于滑带土软化后强度降 低引起的,平推 一 滑移型则主要是在后缘静水压力 、底滑面扬压力和滑带土软化综合作用 下发生失稳 的。推导的 极限平衡 公式可为红层滑坡稳定性评价和防治工程提供有益参考 。
第 3 5卷
增 2
岩石 力 学与 工程 学报
Vo 1 . 3 5 S u p p. 2
Oc t . ,2 0 1 6
2 0 1 6 年 1 0月
C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g
川东红层 地 区降 雨入渗模式 与岩质滑坡
成 因机 制研 究
李 江 。 ,许 强 , 王
森 ,刘 汉香
6 1 0 0 5 9 :2 .四川 省地 质工 程勘 察 院, 四川 成都 6 1 0 0 5 9 ) ( 1 .成都 理工 大学 地 质灾 害防 治与 地质 环境 保护 国家 重点 实验 室 ,四』 成都

高原地区公路红土层边坡滑坡成因及处治措施分析

高原地区公路红土层边坡滑坡成因及处治措施分析

高原地区公路红土层边坡滑坡成因及处治措施分析一、引言高原地区作为我国重要的交通枢纽,公路建设已发展到了一个新的阶段。

由于高原地区地形复杂,地质条件特殊,公路建设所面临的挑战也随之增加。

红土层边坡滑坡问题成为了制约公路建设的一大难题。

本文将对高原地区公路红土层边坡滑坡的成因进行分析,并对处治措施进行深入讨论,旨在提供理论支撑和技术指导,为解决该问题提供参考。

二、高原地区公路红土层边坡滑坡成因分析1.地质构造影响高原地区常常受地质构造影响,地层结构复杂,地形起伏大。

在公路建设过程中,地质构造对边坡稳定性造成了不可忽视的影响。

特别是在红土层地区,红土层具有较强的侵蚀性和不稳定性,易受地质构造作用,导致边坡滑坡的发生。

2.气候因素影响高原地区气候变化幅度大,降水量较大,易导致地表水分渗透到边坡内部,增加了边坡的重量,降低了边坡的稳定性。

尤其是在夏季暴雨季节,降雨引发的滑坡频率大大增加,成为了边坡稳定性的主要威胁因素。

3.人为活动对边坡的影响高原地区的公路建设和采矿活动使得地表和边坡土壤遭到了破坏,导致了地质破坏带的扩大,进一步削弱了边坡的稳定性。

无序的采挖和乱堆放地层物质,加速了边坡的侵蚀和崩塌。

4.地下水位变化高原地区的地下水位受季节性降水和融雪的影响,存在较大的波动。

当地下水位上升时,将会增加边坡的重量和洪积棕土的润湿度,降低边坡的稳定性。

当地下水位下降时,边坡中的岩石和土壤将会变得干燥,从而降低了其自身的黏聚力和内摩擦力,也是边坡滑坡发生的重要原因之一。

三、高原地区公路红土层边坡滑坡处治措施分析1.加强地质勘察和评估在高原地区公路建设前,应对地质情况进行深入勘察和评估,制定相应的地质工程设计标准。

特别是针对红土层地区,应加强边坡地质勘察和灾害评估,提前发现潜在的边坡滑坡隐患。

2.合理设计和施工在公路设计和施工过程中,应针对地质情况采取合理的设计措施和施工技术,避免对边坡的进一步破坏。

采用合理的边坡坡度和排水系统,利用植被和防护网等措施加固边坡,提高边坡的稳定性。

高原地区公路红土层边坡滑坡成因及处治措施分析

高原地区公路红土层边坡滑坡成因及处治措施分析

高原地区公路红土层边坡滑坡成因及处治措施分析随着我国经济的发展和社会的进步,高原地区公路建设已成为我国交通建设的重点。

由于高原地区地质条件复杂,红土层边坡滑坡成为了公路建设所面临的重要问题。

本文将从高原地区红土层的特点、边坡滑坡的成因和治理措施等方面进行分析。

一、高原地区红土层的特点高原地区的红土层主要由石英、长石和黏土等松散颗粒组成,这种松散的土壤在受到外力的作用下,容易出现边坡失稳和滑坡等地质灾害。

高原地区气候多变,日照充足,温差大,这些因素也会加剧红土层的侵蚀和破坏。

在高原地区进行公路建设时,必须充分考虑红土层的特点,合理设计边坡结构,采取有效措施防止边坡滑坡发生。

二、边坡滑坡的成因分析1. 地质结构:高原地区的地质构造复杂,常常存在断裂带、褶皱带等地质构造,这些地质构造的存在使得岩层不稳定,容易发生滑坡。

2. 降雨因素:高原地区降雨量较大,降雨时长也较长,降雨会导致边坡土壤饱和和泥浆流动,从而加剧了边坡滑坡的危险性。

3. 地下水位:高原地区地下水位较高,地下水的排泄和强大的季节性波动使得边坡土壤水分含量发生剧烈变化,从而引发边坡滑坡。

4. 人为因素:高原地区公路建设、开采矿产和城市扩建等人类活动使得地表植被破坏、土地开垦,加速了地表土壤的侵蚀和破坏,增加了边坡滑坡的风险。

通过以上分析可以看出,高原地区红土层边坡滑坡的成因是多方面的,包括地质结构、降雨因素、地下水位和人为因素等。

在进行公路建设时,需要研究地质特征,合理规划和设计,采取有效的防治措施,以减少边坡滑坡的风险。

三、处治措施分析1. 加强边坡支护结构:对于易发生滑坡的边坡,可以采用加固和支护等措施,例如设置护岸、挡土墙、钢丝网等,以增强边坡的稳定性。

2. 控制地表径流:在高原地区适当排水,控制地表径流是预防边坡滑坡的有效方法。

可以通过设置排水管道、渠道等设施,将地表水及时排除,减轻地下水位的压力。

3. 植被保护:植被的根系能够固化土壤,减少土壤侵蚀和流失。

降雨对斜坡稳定性的影响

降雨对斜坡稳定性的影响

本科毕业论文(设计)题目:降雨对斜坡稳定性的影响——以南平市斜坡为例姓名:刘莹学号:2114481院(系):环境学院专业:地下水科学与工程指导老师:湖沉职称:讲师评阅人:赵锐职称:2014 年 06 月本科生毕业论文(设计)原创性声明本人以信誉声明:所呈交的毕业论文(设计)是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果,论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及为获得中国地质大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

毕业论文作者(签字):签字日期:年月日摘要斜坡失稳破坏是多山地区常见的一种自然灾害,而降雨是斜坡失稳破坏最重要的触发因素。

降雨通过以下方式影响斜坡的稳定性:降雨时,雨水入渗使原本的非饱和土变成饱和土,孔隙水压力增大也即基质吸力减小,使斜坡的抗剪强度降低;其次,雨水入渗会增加土壤的重度,加大下滑力;同时,长时间的雨水入渗会抬高地下水位,当地下水位达到或超过潜在滑动面时,地下水会软化滑面从而降低斜坡的抗剪强度。

在此文中,利用Geostudio2007软件主要分析降雨条件下,孔隙水压力的变化(也即基质吸力的变化)对斜坡稳定性的影响。

本文以福建省南平市西芹镇兴华街道后山比较有代表性的Ⅲ区房后斜坡为例,首先对其进行斜坡变形的宏观分析及敏感性因素的分析并计算得到天然条件下的斜坡稳定性系数。

后取Ⅲ区房后斜坡28-28’号地质剖面,使用Geostudio2007软件建立了边坡饱和非饱和降雨入渗有限元计算模型,得到不同降雨条件下雨水入渗时孔隙水压力的变化情况,并计算得到不同降雨强度和不同降雨历时下的斜坡稳定性系数,进而分析降雨对斜坡稳定性的影响。

经过分析得到如下结论:(1)Ⅲ区房后斜坡受降雨或者其他不利因素影响时,中上部岩土体仍存在崩塌或滑坡的可能。

计算结果表明,在天然情况下,此斜坡能基本保持稳定,稳定性系数为1.294。

长江三峡地区花岗岩坡面土壤水分入渗特性初步研究

长江三峡地区花岗岩坡面土壤水分入渗特性初步研究

长江三峡地区花岗岩坡面土壤水分入渗特性初步研究
张洪江;解明曙
【期刊名称】《北京林业大学学报》
【年(卷),期】1994(0)S3
【摘要】本文应用Horton基本理论,通过野外特定强度的人工模拟降雨,研究了长江三峡坝区花岗岩坡面马尾松林地、板栗疏林地和农耕地的土壤水分入渗过程(f)
及入渗量(F)。

结果表明;(1)土壤前期含水量越高,产生地表径流的时间间隔t_p越短。

(2)相同林分的地表土壤水分渗透过程呈现出随地面坡度变陡,稳渗率(fc)逐渐变小
的趋势。

(3)由于砂砾化面蚀及耕作的影响,农耕地上土壤水分的稳渗率(fc)大于林地。

【总页数】9页(P80-88)
【关键词】人工模拟降雨;渗透;土壤水分;林地;农耕地
【作者】张洪江;解明曙
【作者单位】北京林业大学水土保持学院
【正文语种】中文
【中图分类】S152.7
【相关文献】
1.中国长江三峡地区花岗岩坡面管流运动特性 [J], 张洪江;史玉虎;程云;盛前丽;肖
辉杰;陈宗伟;常丹东
2.长江三峡花岗岩坡面管流产流特性研究 [J], 张洪江;程云;史玉虎;盛前丽;王玉杰;
常丹东;北原曜
3.长江三峡花岗岩坡面林地土管特性及其对管流的影响 [J], 张洪江;程云;史玉虎;王玉杰;盛前丽;陈宗伟
4.间歇降雨和多场次降雨条件下黄土坡面土壤水分入渗特性 [J], 李毅;邵明安
5.长江三峡花岗岩地区坡面产沙及沟道输沙规律 [J], 陈奇伯;解明曙;张洪江
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降雨诱发缓倾角红层岩质滑坡机制分析

降雨诱发缓倾角红层岩质滑坡机制分析

Construction &DesignForProject工程建设与设计【作者简介】文敏(1977~),男,四川仪陇人,工程师,从事地质环境监测研究。

1引言红层是由陆相沉积物组成的,在相对干燥的地质年代由于古盆地、湖泊地带等沉积形成,因外表呈红色而称之为红层[1]。

白垩系地层、侏罗系地层、三叠系地层是我国红层主要出露地层,大多分布于秦岭以南以及部分西北地区。

四川地区的红层大都出露于侏罗系地层和白垩系地层,而第三系地层则少有红层[2]。

大量红层滑坡发育于川东地区。

川东地区地貌以低山、丘陵为主,构造作用较强烈,岩质边坡数量较多,同时川东雨水偏多,综合导致川东地区地质灾害频发[3]。

缓倾角(10°~20°)红层岩质滑坡常发育于砂泥岩互层的红层,这种滑坡与其他滑坡的一个显著差异是由重力提供的下滑力较小,只由重力作用形成滑坡非常难。

而红层的特殊物理力学性质和强降雨条件是产生滑坡的重要原因。

红层滑坡对四川盆地人民的生命财产安全构成极大威胁。

因此,对缓倾角红层岩质滑坡的研究将进一步揭示红层滑坡的成因机制,对防灾减灾具有重要意义。

2红层岩质滑坡影响因素缓倾角红层岩质滑坡的启动跟强降雨以及地质条件联系密切。

因此,强降雨以及地质条件是分析缓倾角红层岩质滑坡形成机制的入手点。

地质条件的影响因素可从区域的地形地貌、地层岩性及岩体结构分析,降雨影响可从水对红层岩体的物理化学作用和力学作用分析。

2.1地质条件影响因素2.1.1地形地貌四川盆地红层区缓倾角岩质滑坡的形成与地形地貌有密切关系,四川盆地内的缓倾角岩质滑坡多发育于缓倾角单面降雨诱发缓倾角红层岩质滑坡机制分析Analysis of the Mechanism of Rain-Induced Slow-Inclination Red Bed Rock Landslide文敏1,陈安强2,董瑞2(1.南充市地质环境监测站,四川南充637000;2.成都理工大学,成都610059)WEN Min 1,CHEN An-qiang 2,DONG Rui 2(1.Nanchong Geological Environment Monitoring Station,Nanchong 6370000,China;2.Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)【摘要】四川红层主要出露于侏罗系地层、白垩系地层,第三系地层出露相对少一些。

鸭塘水库红层顺层缓倾滑坡形成机制分析与稳定性评价

鸭塘水库红层顺层缓倾滑坡形成机制分析与稳定性评价

鸭塘水库红层顺层缓倾滑坡形成机制分析与稳定性评价作者:朱鹏程,徐昊,李中明,吴少飞来源:《国土资源导刊》2021年第03期摘要红层在我国分布广泛,其边坡稳定性是工程建设中经常面临的问题。

红层通常孕育顺层缓倾滑坡地质灾害,具有规模大、隐蔽性强、成灾机理多样等特点。

本文以醴陵市鸭塘水库滑坡为例,对其形成机制进行了分析,对其稳定性进行了评价。

评价结果表明水库长期渗水是该滑坡发展的一个重要因素,其稳定性与后缘裂隙贯通率、滑带泥化率及后缘裂隙充水高度密切相关,超过临界值,坡体将会失稳。

对以后红层区库区选址、设计蓄水位确定、防渗处理工作具有一定指导意义。

关键词水库;缓倾滑坡;红层;形成机制;稳定性评价中图分类号:P644.22 文献标识码:AFormation Mechanism Analysis and Stability Evaluation of Slow-inclination-bedding Landslide in Red-beds of Yatang ReservoirZhu Pengcheng, Xu Hao, Li Zhongming, Wu Shaofei(Team 214 of Hunan Nonferrous Metals Geological Exploration Bureau, Zhuzhou Hunan 412007)Abstract: Red beds are widely distributed in China, and slope stability is often faced in engineering construction. The red beds usually leads to geological disasters of bedding gentle slope landslide, with the characteristics of large scale, high concealment and various disaster mechanisms. Yatang reservoir landslide in Liling City was taken as an example, formation mechanism was analyzed and its stability was evaluated. The results show that the long-term water seepage of the reservoir is an important factor in the development of landslide. The stability is closely related to penetration rate of trailing edge cracks, argillization rate of sliding zone and water filling height of the trailing edge cracks. When the parameter exceeds the critical value, the slope will lose stability.Keywords: reservoir; slow-inclination landslide; red beds; formation mechanism; stability evaluation紅层是指中生代以来的湖相、河流相、河湖交替相或是山麓洪积相等陆相碎屑沉积地层,多以软硬岩互层出现,以砂岩、泥岩、粉砂岩以及泥质岩、砂质岩为主[1]。

自然降雨条件下扰动地表土壤入渗性能变化特征

自然降雨条件下扰动地表土壤入渗性能变化特征

2015年1月灌溉排水学报Journal of Irrigation and Drainage 第34卷第1期 文章编号:1672-3317(2015)01-0091-05自然降雨条件下扰动地表土壤入渗性能变化特征黄祺1,何丙辉1,秦伟2,左长清2,姚云1,贺小容1,李天阳3(1.西南大学资源环境学院三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715;2.中国水利水电科学研究院泥沙研究所,北京100038;3.南充市农牧业局,四川南充637000)摘 要:通过野外径流小区试验,在自然降雨条件下,研究了扰动20、40、60m三种坡长地表的土壤入渗性能变化特征。

结果表明,扰动地表可降低土壤水分入渗能力,表现为人为扰动坡面>自然坡面。

土壤入渗特征模拟结果为:通用经验模型比较适合描述不同坡长受扰地表雨季的土壤入渗特征,考斯加柯夫(Kostiakov)模型次之,菲利浦(Philip)模型较差。

相关分析表明:降雨作用下,土壤体积质量、总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、有机质的变化会对土壤渗透性产生显著影响,并建立了主导因子方程。

关 键 词:扰动地表;雨季;土壤渗透性中图分类号:S157.1;S152.7+2 文献标志码:A doi:10.13522/j.cnki.ggps.2015.01.019黄祺,何丙辉,秦伟,等.自然降雨条件下扰动地表土壤入渗性能变化特征[J].灌溉排水学报,2015,34(1):91-95. 紫色土是三峡库区的主要土壤类型之一,其土层浅薄,矿质养分丰富,土壤肥沃,但因库区山地特殊地形,极易发生水土流失,威胁着水库的运营与安全;同时,重庆市政建设、生态农林旅游业的开发造成大面积的地表扰动,因此,研究紫色土土壤侵蚀有重要意义。

影响水土流失的因子较多,其中包括降雨、坡长以及植被覆盖度等[1]。

然而,土壤水分入渗性能作为土壤水源涵养能力的重要因素,是地表径流形成的基础,可将降雨后地表水分进行再分配,减少地表径流对土壤的冲刷,因此入渗与土壤侵蚀具有密切联系[2]。

平缓细粒土岸坡水库塌岸机理研究

平缓细粒土岸坡水库塌岸机理研究

平缓细粒土岸坡水库塌岸机理研究张景顺;张世殊;周光明;徐旭;冯建明【摘要】Engineering practice and statistics show that reservoir bank collapse usually occur in loose accumulation when slope is greater than 1 5 degrees.Reservoir bank collapse is small possibility when bank slope is 1 0 degrees or so.But it happens in Qiaoqi hydropower station reservoir area on Sichuan Baoxing River.As an factual example, the Mahuang valley 5 # accumulation body is composed of gravelly clay.Particle size of less than 0.075mm is accounted for about 60%.The collapse mode of reservoir bank is slow creeping deformation after impoundment. Deformation range gradually expands backward.After more than nine years,deformation continues.This paper takes Mahuang valley 5 # accumulation body as an example.It is on the basis of exploration and test work about soil structure and soil particle composition,reservoir operation mode and deformation monitoring results,and coupling analysis of finite element analysis of transient seepage and stability analysis.It studies the collapse mechanism of gently inclined slope on reservoir bank.The results show that fine-grained soil structure and weak water permeability are the main causes of accumulation of creep deformation in Qiaoqi reservoir area.The gently inclined slope stability and the periodical change of water level have an obvious correlation.With the rise and fall of water level change, the reservoir bank presents different steady states and the creep deformation rate differently.%大量工程实践和统计数据表明,水库塌岸多发生在自然坡度15°以上的松散堆积层岸坡。

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基金项目:国家重点基础研究发展计划(编号:2013CB733200)、中国地质调查局地质调查项目(编号:水[2014]02-028-004)、 川国土资(科)(编号:KJ-2015-18)
generally only about 50cm. The atmosphere influence depth is 5.37m in the study area, in the atmosphere influence depth range the rain easy infiltration, but with the increase of depth, the weathering degree of the soil gradually weakened, the pore ratio and permeability gradually decreased, infiltration gradually difficult, until the bedrock, the rainfall infiltration depth is the main cause of the typical landslides presenting shallow slide. Under the condition of rainfall, when the depth of infiltration peak is less than the thickness of soil layer and the potential sliding surface is in the infiltration peak surface, the slope stability. When the depth of infiltration peak is equal to the thickness of soil layer and the potential slip surface is located on the base cover interface, generating at the interface of stagnant water, the water level rise, the pore pressure increases, and the interface produce softening and lubrication, the interface effect is the main cause that slow-inclination soil landslides bedding slided along the bedrock cover interface which is a smooth surface. Key words: Slow-inclination soil landslides; Atmosphere influence depth; Rainfall infiltration depth; Formation mechanism 研究,但并没有清晰地揭示该类典型滑坡为什么总是 发生在 1~5m 的浅层区域,且普遍沿下覆基岩顺层滑 动这一特殊发育分布特征。本文从降雨入渗深度和界 面效应两方面对缓倾角浅层土质滑坡成因机理进行深 入研究, 国内外学者从这两方面对土质滑坡探讨甚少。 该研究为缓倾浅层土质滑坡形成机制及防灾减灾提供 一定的理论基础和技术支撑。
( 1.Sichuan Province Geological Enviromental Monitoring Station , Chengdu, Sichuan 610081,China; 2.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chhnology, Chengdu, Sichuan 610059, China; 3. Institute of mineral exploration technology, Chinese Academy of Geological Sciences, Chengdu, Sichuan 611734, China)
(1.四川省地质环境监测总站,四川 成都 610081; 2.成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059; 3.中国地质科学院探矿工艺研究所,四川 成都 611734)
摘要 2011 年“9.16”特大暴雨诱发四川省南江县发生数以千计的缓倾角浅层土质滑坡,该类典型滑坡具有滑体 厚度集中在 1~5m 区域,且总是沿呈“光面”的基覆界面顺层滑动的特殊性。本文通过设计室内降雨入渗试验、 建立 G-A 入渗模型及考虑大气对土坡的影响计算得大气影响深度,分析滑坡降雨入渗深度,研究滑体厚度分布 成因;并根据非饱和土强度理论分析天然状态下及降雨条件下浸润峰分别位于土层中与基覆界面时的斜坡稳定 性,研究滑坡沿基覆界面滑动成因。结果表明:南江县红粘土渗透性极低,短时间的强降雨下降雨入渗深度十 分有限,一般仅入渗 50cm 左右。研究区的大气影响深度为 5.37m,在该深度范围内,雨水易入渗,但随着深度 的增加,土体风化程度逐渐减弱,土体孔隙比、渗透性逐渐降低,入渗逐渐困难,直至下覆基岩,降雨过程中 雨水入渗深度是导致缓倾角浅层土质滑坡厚度主要集中在 1~5m 的原因。在降雨条件下,当浸润峰深度小于土 层厚度,潜在滑面位于浸润峰处时,斜坡保持稳定,当浸润峰深度等于土层厚度,潜在滑面位于基覆界面时, 界面滞水,水位上升,孔压产生,同时界面岩土体发生软化和润滑作用,界面效应是导致滑坡沿基覆界面这一 “光面”顺层滑动的主要原因。 关键字:缓倾角浅层土质滑坡;大气影响深度;降雨入渗深度;成因机理 中图分类号:P642.2 文献标识码:A 作 者 简 介 : 张 群 (1988 – ) , 女 , 硕 士 , 主 要 从 事 地 质 灾 害 预 测 评 价 及 防 治 处 理 等 方 面 的 研 究 工 作,E-mail:782961232@。
Abstract:Lots of slow-inclination soil landslides were triggered by rainfall on September 16th in Nanjiang. The typical landslides with thickness of sliding body concentrated in 1~5m, and they always bedding slided along the bedrock cover interface which is a smooth surface. In this paper, through the design of rainfall infiltration test, the establishment of G-A infiltration model and the calculation of atmosphere influence depth considering the effect of atmosphere on the slope, analyzing the rainfall infiltration depth of landslide, and researching the distribution causes of sliding body thickness; The slope stability was analyzed through the unsaturated soil strength theory when infiltration peak is located in soil layer and the base cover interface under the natural and rainfall conditions. Results show that the permeability of red clay in Nanjiang is extremely low, the rain infiltration depth will be very limited in1 short and heavy rainfall, it is
1 南江县缓倾角浅层土质滑坡基本特征
1.1 南江县基本环境条件 四川省巴中市南江县单面山、似单面山发育,多 沿岩层倾向方向发育成层状顺向坡,斜坡坡度较缓, 坡体表面被大量开垦为耕地和水田,坡面形态多呈阶 梯状;县内主要分布中生代白垩系、侏罗系地层,为 一套湖、河相沉积的红色碎屑岩系红层,红层软岩强 度低、遇水易软化、抗风化能力弱、易崩解,具有一 定的收缩膨胀性[8]。 1.2 南江“9.16”特大暴雨特征 2011 年 9 月 6 日起, 南江县滑坡区内开始降起中 到大雨, 期间一直断续持续到 9 月 15 日, 前期过程累 积雨量达到 268.1mm。9 月 16 日晚上 8 点左右,区内 突降特大暴雨, 至 9 月 18 日晚上 8 时, 两天日均降雨 强度分别达到 250.4mm、179.1mm,13 天过程累积雨 量达 698.6mm(如图 1),而研究区 9 月份历年来月 平均降雨量才 182.6mm。充足的前期雨量为降雨入渗 及对潜在滑面浸润软化提供了有利的先决条件,而 “9.16”两天的特大暴雨是导致滑坡失稳的关键因素[8]。
0 前言
2011 年“9.16”特大暴雨诱发四川省南江县发生 数以千计的群发性缓倾角浅层土质滑坡,该类滑坡滑 体厚度集中在 1~5m 浅层区域,滑坡坡度分布在 10~30°之间,且总是沿呈“光面”的基覆界面顺层 滑动,按照传统力学平衡观点,斜坡上覆土层薄,岩 层缓倾,沿滑动面倾向方向的重力分力很小,在天然 状态下的稳定性较好,但在强降雨条件下南江县却发 生大面积的缓倾角浅层土质滑坡,其发育分布特征与 成因机理十分特殊。单个缓倾角浅层土质滑坡危害不 是很大,但这种群发性、大范围的滑坡发生在人类密 集居住的村落,值得高度关注。 目前国内外学者,对降雨入渗诱发的土质滑坡进 行了一系列研究。 Montomery[1]等通过研究美国某土质 斜坡, 认为降雨在边坡某一土层深度处积聚产生滞水, 导致该土层深度处局部壅水, 斜坡失稳; Dai[2] (1999) 研究香港群发性滑坡,得出土坡残坡积层内的上层滞 水、孔隙水压力的升高而导致土质滑坡产生;黄润秋 等(2002)[3-4]认为基质吸力对非饱和岩土体的抗剪强 度有较大影响,进而影响土边坡稳定性;王运生等 [5-6] (2009) 认为大多数滑坡的滑带土物质属于一些亲 水性的粘土或泥状物质,遇水易于软化,是导致滑坡 发生的直接诱因;刘龙武等(2008)[7]研究表明浅层 滑坡的破坏深度与大气影响深度密切相关。但是目前 国内外学者研究的滑坡对象往往都是均匀土质滑坡, 这与发生在南江县具有特定滑体厚度,且沿基覆界面 顺层滑动的缓倾角浅层土质滑坡存在本质上的差别。 胡泽明(2013)[8]、张群等(2014)[9]、李江等 (2014)[10]以南江县为例对缓倾角浅层土质滑坡的发 育环境、分布规律、影响因素及成因机理进行了一些
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