多年冻土退化区山体滑坡形成规律及对路基稳定性影响

发布时间：2017-04-23 20:01

  本文关键词：多年冻土退化区山体滑坡形成规律及对路基稳定性影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：公路往往需要跨越众多的地形、构造、地质单元,经常受各类地质灾害的影响。北安至黑河高速公路在孙吴县境内与小兴安岭相交,该区域处于我国高纬度多年冻土区南缘,具有典型冰缘地貌特征。近年来,这一路段路域山体滑坡现象不断增多,威胁路基稳定与运营安全；并且滑坡的分布与形态特征以及运动规律与其它地区滑坡具有显著差异。为探索多年冻土退化区滑坡的分布特征、发育规律、触发因素、破坏方式、运动特征与影响因素,研究有效的滑坡勘探技术、岩土测试以及边坡稳定性分析方法,保证公路工程质量与运营安全,丰富和完善寒冷地区地质不良路段高等级公路修筑技术成果,保护寒冷地区地质环境和人类生命财产安全。以北黑河高速公路扩建工程穿越小兴安岭的K177+300～K179+200段路域为研究区,对路域内的山体滑坡进行了系统的研究。从研究区环境地质条件分析入手,结合区域多年冻土分布特征与长序列气温变化数据,对区域气候变化与冻土退化以及浅层滑坡成因的关系进行了研究。结果表明：气候变化引起研究区内气温逐年升高、多年冻土逐年退化。分布于沟谷上游山坡地带且其下发育有衔接多年冻土层的浅层低角度滑坡,其形成与发展受冻融循环作用与多年冻土退化的影响；随着区内气候变化进程的演化,多年冻土上限不断下降,滑坡滑动深度不断加深,风险逐渐增大。通过多次对滑坡区域进行高密度电阻率法勘探,得到不同时期地下空间电阻率的分布,结合地质勘察结果、场地条件与监测数据,对岩土体电阻率的分布规律及影响因素进行了研究。结果表明：第三系孙吴组砾砂岩呈高阻分布；白垩系嫩江组泥岩呈低、中、高阻分布,随其风化程度的提高而增大；白垩系嫩江组粉砂岩呈低、中阻分布,随其风化程度的提高而减小。岩土体电阻率随其含水率的升高而减小、随其内部水分的冻结而增大、随其结构出现损伤而增大、随其密实度的增大而减小。岩质滑坡错动过程中滑带岩体受剪切破坏,结构出现损伤,电阻率显著增大；土质滑坡形成时滑带土体含水率升高,达到饱和状态,电阻率显著减小。结合气象站气象数据、实际工况以及地温、地表位移、岩土体水平位移、含水率与孔隙水压力监测数据,对滑坡体的变形特征及其失稳的触发与影响因素进行了研究。结果表明：K177+550段滑坡为间歇式滑动的旋转型滑坡；连续且强度较低降水的持续入渗和冻土融化水渗流是导致坡体失稳的主要原因。K178+530段滑坡为间歇式滑动的平移型滑坡；集中强降水的快速入渗和冻土融化水渗流是导致坡体失稳的主要原因。区域气温和大气降水的变化与地温、岩土体含水率、地下水位、滑坡运动具有密切相关性。随着滑坡运动势能的降低以及区域多年冻土逐年退化、补充岩土体水分的能力下降,滑坡的运动速率逐年降低。采用有限元法,依据滑坡地层分布和试验得到的岩土物理力学指标建立数值分析模型,计算不同时期岩土体饱和度与变形的分布状况以及坡体的安全系数,进而对滑坡的形成与失稳原因进行了研究。结果表明：K177+550段滑坡水分由地表透水能力强的砾砂岩与残积土入渗,浅层非饱和孔隙水下渗受泥岩层阻隔在砾砂岩层底形成第三系孔隙潜水、在古滑坡后缘坡积填土层形成第四系孔隙潜水,透水能力较强的浅层和滑带泥岩受潜水浸润达到饱和状态形成白垩系孔隙潜水。随着外部水源的补给、浅层非饱和孔隙水的下渗以及深层饱和孔隙水的下渗与侧渗,潜水位上升,深层岩土体饱和度增大。滑带泥岩饱和度增大,强度与抵抗变形能力逐渐下降,导致坡体水平位移与塑性应变逐渐增大；直至滑带泥岩后部已基本达到饱和状态,塑性区贯通至地表,滑坡体后部残积土失稳并挤压前部岩土体变形。K178+530段滑坡水分通过地表透水性好的含砾砂岩与残积土入渗,砾砂岩以下为透水能力较强的泥岩,浅层非饱和孔隙水下渗受透水能力较差的粉砂岩、粉质粘土阻隔在泥岩层形成白垩系孔隙潜水、在残积土层底形成第四系孔隙潜水。随着外部水源的补给、浅层非饱和孔隙水的下渗以及深层饱和孔隙水的下渗与侧渗,潜水位上升,深层岩土体饱和度增大。层底残积土饱和度增大,强度与抵抗变形能力急剧下降,导致坡体水平位移与塑性应变急剧增大；直至滑坡体后部的残积土半数达到饱和状态,塑性区贯通至地表,滑坡体中后部残积土失稳并推挤前部土体变形。
【关键词】：多年冻土退化区 山体滑坡 形成规律 高速公路扩建 稳定性
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U416.1;P642.22
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 1 绪论15-28
• 1.1 项目背景及研究意义15-19
• 1.2 国内外研究现状19-26
• 1.2.1 冰川退化导致山体滑坡研究现状19-21
• 1.2.2 多年冻土退化导致山体滑坡研究现状21-23
• 1.2.3 融雪导致山体滑坡研究现状23-24
• 1.2.4 季节性冻融导致山体滑坡研究现状24-26
• 1.3 研究的主要内容与技术路线26-28
• 2 研究区自然地理环境与工程地质条件28-47
• 2.1 研究区自然地理环境28-33
• 2.1.1 地形与地貌28
• 2.1.2 气候与气象28-29
• 2.1.3 地质构造与地壳稳定性29-31
• 2.1.4 地层与岩性31-32
• 2.1.5 水文地质32-33
• 2.2 研究区气候变化与多年冻土退化33-37
• 2.2.1 东北高纬度多年冻土南界与演变33-34
• 2.2.2 气候变化与多年冻土退化34-36
• 2.2.3 多年冻土退化与浅层滑坡成因关系36-37
• 2.3 山体滑坡研究路段工程地质条件与地基稳定性37-45
• 2.3.1 K177+480～K177+580山体滑坡路段38-41
• 2.3.2 K178+510～K178+550山体滑坡路段41-45
• 2.4 本章小结45-47
• 3 山体滑坡区域岩土体电阻率分布与变化47-69
• 3.1 高密度电阻率法的理论与方法47-55
• 3.1.1 岩土体电阻率与各种因素的关系47-49
• 3.1.2 电阻率法的基本原理49-50
• 3.1.3 岩土体视电阻率50-51
• 3.1.4 高密度电阻率法测量方法51-53
• 3.1.5 高密度电阻率法数据处理方法53-55
• 3.2 K177+480～K177+580山体滑坡路段高密度电法勘探55-61
• 3.2.1 滑坡区域电阻率分布55-57
• 3.2.2 滑坡区域电阻率变化57-61
• 3.3 K178+510～K178+550山体滑坡路段高密度电法勘探61-68
• 3.3.1 滑坡区域电阻率分布61-64
• 3.3.2 滑坡区域电阻率变化64-68
• 3.4 本章小结68-69
• 4 山体滑坡路段岩土物理力学性能试验69-91
• 4.1 K177+550山体滑坡路段岩土物理力学性能试验69-80
• 4.1.1 岩土基本物理指标测试69-70
• 4.1.2 岩土颗粒组成测试70-71
• 4.1.3 岩土渗透系数试验71-76
• 4.1.4 岩土抗剪强度试验76-79
• 4.1.5 岩土弹性模量试验79-80
• 4.2 K178+530山体滑坡路段岩土物理力学性能试验80-89
• 4.2.1 岩土基本物理指标测试81
• 4.2.2 岩土颗粒组成测试81-82
• 4.2.3 岩土渗透系数试验82-85
• 4.2.4 岩土抗剪强度试验85-88
• 4.2.5 岩土弹性模量试验88-89
• 4.3 本章小结89-91
• 5 山体滑坡路段地基变形特征与影响因素监测91-109
• 5.1 现场监测项目、设备91-94
• 5.2 监测期内区域气温、地温、降水与多年冻土地温94-97
• 5.2.1 监测期内区域气温、浅层地温与降水94-95
• 5.2.2 多年冻土地温监测95-97
• 5.3 K177+550山体滑坡路段地基变形特征与影响因素监测97-102
• 5.3.1 监测设备布设97
• 5.3.2 地表位移、岩土体水平位移监测结果与分析97-100
• 5.3.3 岩土体含水率、孔隙水压力监测结果与分析100-102
• 5.4 K178+530山体滑坡路段地基变形特征与影响因素监测102-107
• 5.4.1 监测设备布设102-103
• 5.4.2 地表位移、岩土体水平位移监测结果与分析103-105
• 5.4.3 岩土体含水率、孔隙水压力监测结果与分析105-107
• 5.5 本章小结107-109
• 6 基于含水条件变化的山体滑坡路段地基稳定性数值模拟109-135
• 6.1 地下水渗流模型109-114
• 6.1.1 孔隙水的压强和水头109-110
• 6.1.2 饱和与非饱和孔隙水流动达西定律110-113
• 6.1.3 非饱和孔隙水流动水力特征函数与相对渗透率函数113-114
• 6.2 岩土体弹塑性本构模型114-122
• 6.2.1 岩土的应力应变特征114-117
• 6.2.2 屈服条件与流动法则117-120
• 6.2.3 岩土体弹塑性本构关系120-122
• 6.3 K177+550山体滑坡路段地基稳定性数值模拟122-129
• 6.3.1 数值分析模型的建立122-123
• 6.3.2 数值模拟结果分析123-129
• 6.4 K178+530山体滑坡路段地基稳定性数值模拟129-133
• 6.4.1 数值分析模型的建立129-130
• 6.4.2 数值模拟结果分析130-133
• 6.5 本章小结133-135
• 结论135-137
• 参考文献137-147
• 攻读学位期间发表的学术论文147-148
• 致谢148-149

【参考文献】

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本文编号：322908