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论文依托于自然科学基金项目《三峡库区顺层滑坡库水位与降雨耦合作用复活机理》,以三峡库区黄土坡滑坡为研究对象对黄土坡滑坡滑带土物理力学特征及水-土相互作用规律进行系统的试验研究。在对黄土坡地区进行踏勘、勘察设计资料收集分析以及滑带土取样的基础上,对取自黄土坡临江Ⅱ号崩滑体TP4平硐内的滑带土样的微观结构与矿物成分、物理力学特征、水理特性及水-土相互作用规律进行试验分析,从试验方面探讨滑带土的水-土相互作用规律,得出水-土相互作用下,滑带土的微结构、成分的变化,及其这些变化对力学强度性质产生的影响。
通过以上工作,主要得出以下结论:
(1)降雨量大且强度高、斜坡地段冲沟发育、三峡水库蓄水后水位的周期性升降、构造强烈发育以及易滑地层-三叠系中统巴东组地层的大面积出露是导致该区滑坡、泥石流等地质灾害较为发育的重要因素。
(2)对滑带土、滑带土中的粘粒部分以及新鲜泥灰岩角砾进行X射线粉晶衍射分析,滑带土和泥灰岩角砾的矿物成分相同,但两者的含量存在差异,主要表现为泥灰岩角砾中的方解石和石英含量较滑带土和粘粒部分的要高。滑带土形成过程中,在地下水的长期作用下,由于泥灰岩碎石颗粒的水解泥化和方解石溶解导致滑带土中方解石含量降低,粘粒部分增加,但由于滑带土中含有较多的泥灰岩碎石,导致滑带土测试样中含有较多的方解石:在电镜下观察,可以看到滑带土具有一定的定向排列,但定向性不是很明显,但能看到局部较为平整的微滑裂面与矿物局部定向性特征,这与该滑坡处于蠕滑阶段,未形成贯通滑动面的变形阶段相一致。
(3)该滑带土碎石含量较高,结合界限含水率试验与颗粒分析试验结果,该滑带土可定名为含碎石的粉质粘土;不同固结压力下滑带土的含水率与干密度符合二次曲线关系,且孔隙比随固结压力的增加而出现指数降低规律,液限状态下该滑带土的标准压缩系数a1.2为0.7MPa-1,属于高压缩性土。
(4)现场测定含水率和干密度时,未剔除泥灰岩角砾及碎块石,这与室内试验条件差别太大,现场实测值不能作为室内试验参数进行使用,因此采用现场实测值与击实曲线相结合以综合确定室内试验参数,后期试验参数为含水率13.7%,干密度1.916g/cm3。
(5)快剪、固结快剪和慢剪三种不同试验方法所得的抗剪强度指标相差很大,同时饱和状态下滑带土的抗剪强度降低较为明显,其中饱和状态下快剪试验的剪切强度指标C值和φ值均出现降低,降幅分别达63.8%和12.6%,且固结状态和剪切速率对该滑带土的抗剪强度均有一定的影响,其中饱和固结快剪的C值较饱和快剪降低55.4%,而φ值却升高15.8%,饱和固结慢剪的C值较饱和固结快剪降低24.5%,而φ值却升高10.1%:固结慢剪后样品的矿物颗粒在剪应力作用下出现错动架空现象,以及片状矿物拉长堆砌形成的叠瓦状结构,且剪切带出现片状矿物拉长并揉皱现象,显示出矿物沿一定方向定向排列现象,但方向是不断变化的,这与直剪试验样品在剪切过程中大主应力方向的不断变化有关。
(6)滑带土的渗透系数随干密度的增大呈现逐渐降低的趋势,但并非线性降低的关系,而是呈现近似S型曲线;随着基质吸力的增大,滑带土样的含水量、体积含水量和饱和度不断降低,但降低幅度逐渐减小并趋于一稳定值,且在基质吸力增加的初始阶段,体积含水量降幅相对较快,但其降低幅度与滑带土样的颗粒级配和孔隙特点相关;利用Van Genuchten(1980)模型对该滑带土的土-水特征曲线进行拟合,物理意义明确且拟合效果最好。
(7)泉水样SY1、江水样SY2以及雨水的方解石均处于非饱和状态,且雨水处于强烈的方解石未饱和状态,对方解石的溶蚀性最强,而泉水虽处于未饱和状态但其对方解石的溶蚀能力已经明显降低;水对滑带土的抗剪强度影响较为显著,在所试验的含水率范围内滑带土的抗剪强度指标C、φ值均随含水率的增大而线性降低,且C值随含水率线性降低规律较φ值更明显,且在控制干密度相同的情况下,滑带土的含水率从10.5%上升至16.0%,相对应的C值和φ值分别降低了84.2%和79.9%。
(8)浸水2天时滑带土由于饱水,各级压力下其抗剪强度急剧降低,随后随着时间的推移,抗剪强度总体呈降低趋势,且浸水30天后滑带土的抗剪强度值较抽气饱和状态低,因此浸水所造成滑带土强度的降低既有物理力学效应,同时还存在化学效应;Mg2+、Na++K+、SO42-浓度随着浸水时间的增加出现波动性升高,且30天时又以Mg2+的增幅最大,增大了2.40倍,而Cl-基本上随浸水时间持续增加,且30天时增大1.43倍;Ca2+、HCO3-浓度以及矿化度则在浸水时间内均低于泉水样SY1,但在浸水2天出现降低后,又随着时间的增加而持续增加但浸泡30天时未达到泉水SY1的浓度;采集的泉水的PH为6.76,呈中性偏酸性,而浸水30天后溶液呈中性偏碱性,不同的PH对水样溶解能力产生一定的影响,导致各离子浓度在不同浸水时间下出现波动起伏的变化。
(9)不同浸水时间下滑带土样由于水土化学效应而产生的抗剪强度的降低与泉水样中离子浓度的变化有关;由于土样中Mg2+、Na++K+、SO42-、Cl-等离子被溶解使得土颗粒变得疏松且孔隙率增大,土颗粒间的粘结力降低,从而导致滑带土的抗剪强度随着浸水时间出现持续性降低。
(10)泉水的溶蚀能力要大于蒸馏水,在泉水中浸泡30天的水样(SY1-30)大部分离子的浓度增加的绝对值均要大于在蒸馏水中浸泡30天的水样(SY0-30);水样成分及PH对这不同离子溶蚀的影响不同,且由于土颗粒与水样间的溶解吸附平衡,当其吸附作用大于溶蚀作用时就会出现离子浓度的下降;浸水30天的条件下,滑带土的溶蚀现象较为明显,溶蚀孔隙较为发育,这与水化学分析结果相一致。