论文部分内容阅读
云南蒋家沟是世界著名的由降雨导致泥石流、浅层滑坡频发的沟谷之一。蒋家沟泥石流的形成与其所处的地质、地形、气候与水文条件等因素密切相关。本文以蒋家沟泥石流源区土体为对象，通过收集资料、现场调查与取样分析，掌握了不同地质成因土体基本的物理、化学与力学性质；利用自制土柱渗透仪，定量化研究了由于颗粒运移堵塞作用导致的土体渗透性的变化规律，并探讨了其力学机制；然后通过建立室内人工降雨物理模型，考虑雨水在不同入渗方式下泥石流源区斜坡的破坏形态与破坏模式，监测了斜坡破坏过程中流失固体物质量与泥石流流量的变化规律；最后探讨了在雨水入渗土体过程中，由于土颗粒运移堵塞效应影响土体渗透性而影响斜坡稳定的机理。主要的研究内容如下：
(1)组成蒋家沟斜坡表层的土体具有孔隙度高、级配宽、不均匀系数大等特点，级配曲线为上凹型，为内在不稳定性土。X射线衍射分析表明，粒径小于1 mm的细粒部分主要由绿泥石和伊利石等粘土矿物及次生石英组成。在环境电镜扫描中观测了原状土的微观结构，发现一种特殊的“桥式”胶结结构，胶结物联结强度较弱，在遇水条件下发生断裂，不仅降低了微弱粘聚力，而且土颗粒容易分离成粒径为数十微米的散微粒。此外土体颗粒之间普遍存在架空结构，在较低的应力水平下就能完成大部分变形量。
(2)在室内土柱自滤试验中，采用了两种分散性不同的土(强分散性和非分散性土)来研究在常水头渗流过程中，细颗粒运移与堵塞效应对土柱不同部位渗透性的影响，入渗液分别都先后采用了煮沸过的清水与浓度为1 g/L的悬浮液。在清水渗流过程中，两种土样的入口处土层渗透性随着时间而增大，出口处土层的渗透性先增大后减少。在悬浮液渗流过程中，两种土的各土层的渗透性都有下降趋势，但在入口处土层最为显著，强分散性土样下降了一个数量级以上，非分散性土样下降了近两个数量级，且后者所用时间较前者土短，即非分散性土的渗透性减少速率更加明显；两土柱中渗透流量都有显著减少。表明土体的分散性在颗粒运移过程逐渐占主导地位，即强分散性土自身颗粒的运移明显，能抵消一部分外来颗粒的积聚、堵塞作用。从试验结束后土柱的外观图像观察也发现，入渗的悬浮颗粒在土柱的各个位置都有分布，但主要沉积在入口处，这与土柱各层渗透性的变化相吻合。此外，两种土流失的颗粒都只是集中于渗流的开始阶段，流失颗粒粒径范围集中在数微米至数十微米之间。
(3)在向下入渗方式中，斜坡中上部土体首先发生块体流滑破坏后形成沟道，沟道形成后则改变了坡面流的形态，沟道侵蚀成为主要的破坏方式；松散固体物质流失量随着降雨持续而增长，其累积曲线上具有多个跳跃点；沟道形成的数量与规模、固体物质流失和雨强大小正相关；湿润峰位于破坏面下1～3cm，表明雨水难以渗透入土体深部，而试验采用的两种雨强大小都小于试验土体的饱和渗透系数，说明土颗粒的运移堵塞效应能显著降低土体的渗透性，并影响斜坡的稳定性；斜坡破坏后残余土体的饱和休止角大小约为18°。在向上入渗方式中，地下水流的渗流路径为土体与下卧基岩界面，坡脚土体首先向下发生滑动与塌陷，并与其后部土体之间形成了张裂缝，裂缝并逐渐向斜坡中后部扩展，形成渐进性的滑塌破坏。说明雨水的入渗方式与雨强大小对斜坡破坏模式与规模具有控制作用。(4)土颗粒的运移堵塞效应能显著降低土体的渗透性，有利于泥石流的起动和斜坡失稳，主要是因为当土体渗透性降低时，会增加地表径流的深度，改变土体中水流的渗流方向，会降低土体稳定的安全系数。