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在人类社会展的过程中,随着人口的不断增加,人类活动范围的不断增大,工程活动对地质环境扰动程度也不断加大,加之受到全球气候变化等因素的影响,滑坡灾害发生率越来越高,所造成的经济损失和人员伤亡也不断加大。我国山地占国土面积的三分之二,这些地区地质构造复杂,地质构造活动频繁,气象条件在时间、空间上的差异很大,这样的自然条件决定了我国是地质灾害多发国家,其中滑坡就占很大比重。2009年1-7月,全国共有24个省(区、市)发生7888起地质灾害,其中滑坡占4380起,其中7月全国共发生地质灾害5994起,其中滑坡3337起(占55.67%)。随着经济发展,滑坡已经越来越引起各国重视,研究滑坡的形成机理及防治措施对保护民众生命财产安全有其重要意义。
吊钟坝滑坡群位于钟坝河的上游,滑坡体前沿由于河水的不断冲刷,形成较高临空面,历年来滑坡体都有下滑的迹象,直接威胁到滑坡体上及下游几百户居民的生命和财产安全。虽然经过滑坡体前沿的护坡及滑坡体上减载和排水的处理,但效果不明显,仍然有下滑的迹象。因此研究该滑坡体的形成机理、影响因数并进行稳定性分析,提出合理防治措施迫在眉睫。
本文以吊钟坝滑坡为背景,在充分利用前人的研究成果的基础上,通过现场的地质调查、野外勘探,对吊钟坝滑坡所处区域的自然地理、工程地质条件及水文地质条件进行了更为深入的分析,对滑坡群的规模、变形特征、影响因素以及滑坡的形成机理有了更为清晰的认识。此外,通过一系列现场及室内试验,获得了滑坡体、滑床及滑带土的物理力学参数,在此基础上采用数值模拟及数值计算的手段对滑坡体稳定性进行了研究,最后对滑坡的防治进行了研究。其具体研究内容如下:
1)滑坡区域工程地质条件、水文地质条件及滑坡体空间几何特征的研究。论文在充分收集区域地质资料与水文气象资料的基础上,综合采用了区域地质调查、地面地质测绘、工程物探、钻探与探井等多种方式,对滑坡区地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、气象特征及滑坡体的空间几何特征等进行了深入研究。
2)滑坡体变形破坏特征、运动机理及其影响因素研究。其具体内容包括研究滑坡体形态特征(规模和典型微地貌特征)、滑体物质和结构特征、滑动面发育特征、滑坡分级分块滑动特征、滑坡的滑动过程与变形动态等。
3)滑坡体稳定性研究。论文结合现场及室内试验有关滑坡体物理力学参数的成果,针对滑坡体稳定性,分别进行了基于FLAC3D的应力、应变场模拟以及基于传递系数法的稳定性系数计算。
4)抗滑桩设计及其异形结构设计。抗滑桩设计涉及到的最主要的问题就是抗滑桩桩型的选择和内力的计算。在滑坡稳定性分析的基础上,对滑坡体相对危险的Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3滑坡进行了抗滑桩设计,设计过程中采用了弹性地基法中的“K”法进行计算,并针对抗滑桩截面应力分布特征提出了空心截面异形设计。
针对上述几个方面的研究内容,主要取得了以下几个方面的结论:
1)滑坡区所处的特殊构造部位(干井背斜核部、次级构造强烈、岩体相对破碎)及特殊的岩性组合(须家河组与雷口坡组地层岩性软硬相间)造就了该区特殊的河谷形态;同样提供了广阔的第四系物质赋存空间,并进而演化形成了现有的崩塌体空间形态和变形表象。可见,吊钟坝滑坡的形成是河谷演化过程的必然,也是河谷演化过程中的中间产物。
2)降雨是诱发滑坡变形破坏的主要因素,天然状态下滑坡体处于基本稳定状态,在持续降雨条件下,Ⅰ号滑坡的危险区域主要集中在Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3滑坡,主要是局部沉降伴随水平位移,该滑坡群不会形成统一的滑动面,不会发生整体滑动;变形区主要集中在靠近钟坝河的河谷地带和滑坡中部基岩阶梯变化处:变形破坏模式以牵引式破坏(比如Ⅰ-1滑坡)和推移式破坏(Ⅰ-5滑坡)为主。
3)通过FLAC3D数值模拟软件对72h降雨条件工况下的模拟以及不同工况下滑坡体稳定性验算,结果表明,降雨条件下滑坡体变形较大,其稳定性系数变化也有很大,特别是Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3滑坡,其稳定性系数分别从1.2、1.13、1.33变为0.93、0.90、0.96。
4)通过对抗滑桩截面内力分布的分析可以看出,在抗滑桩截面内实际上有部分混凝土基本没有发挥作用,通过抗滑桩中空的异形设计可以在保证抗滑桩效用的前提下节约治理成本。通过计算表明,异形设计后抗滑桩的内力变化很小,变化相对较大的弯矩仅改变0.6%,不会影响抗滑桩安全。抗滑桩的异形设计在实际工程实践中具有推广价值。