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阶跃型滑坡是指滑坡累积位移-时间曲线在降雨、库水位及爆破等外界作用下出现明显的变形增长,加速蠕变后,变形并没有继续发展而破坏,相反随着外部影响因素作用的消失,变形逐渐恢复平稳,整个变形曲线表现为阶跃型演化特征。这种累积位移-时间曲线随外界影响因素做周期性波动、出现阶跃型变形曲线的滑坡,在三峡库区及露天矿区分布尤为广泛,如三峡库区的新滩滑坡、卡子湾滑坡、八字门、卧沙溪和白水河滑坡,露天矿区的红旗露天矿滑坡、锡别山露天矿滑坡等。该类型的滑坡已经造成了严重的经济损失和一定的人员伤亡,而目前对于具有这种特征的滑坡的研究却比较少。因此系统的开展阶跃型滑坡的变形破坏特征、变形破坏机理及变形破坏的数学力学模型的研究工作,对即将发生的滑坡进行早期预警预报研究工作,具有重要的理论研究价值和实际工程指导意义,同时对保护人民群众生命财产的安全,减轻灾害损失具有重要科学和现实意义。
本文以具有阶跃型累积位移-时间曲线的阶跃型滑坡为主要研究对象,在总结分析阶跃型滑坡的基本变形破坏特征的基础上,系统阐述了形成此类滑坡的滑体、滑带(面)特征、水文地质特征及外界影响因素的作用特征,指出大气降雨是导致阶跃型滑坡产生的最重要的外界影响因素;揭示阶跃型滑坡在大气降雨的周期性作用下阶跃变形产生的机理,指出大气降雨的周期性作用、滑带土强度随着含水量的改变而发生衰减-强度恢复-衰减的循环过程是该类滑坡产生阶跃变形的根本原因;据此,得到阶跃型滑坡的变形破坏的数学力学模型,分析阶跃型滑坡达到极限平衡状态的条件和时间。接着根据牛顿第二运动定律,得到阶跃型滑坡累积位移的预测模型,并据此得到阶跃型滑坡蠕滑变形启动和停止的判据,揭示了该类滑坡累积位移-时间曲线产生周期性阶跃的本质。
针对白水河滑坡的基本特征,分析滑带土含水量、滑带(面)处潜水面在大气降雨的周期性作用下的时空分布,运用所建立的数学力学模型,分析滑坡阶跃变形的过程,得到滑坡启动、停止蠕滑的时间和达到极限平衡的时间,接着运用累积位移预测模型,得到滑坡该滑坡的一个降雨周期的累积位移-时间曲线,并与监测数据进行对比验证。对比分析表明所建立的阶跃型滑坡的数学力学模型基本上反映了此类滑坡阶跃变形的本质。