国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

三峽庫區(qū)青石-抱龍段順層灰?guī)r庫岸坡變形破壞機(jī)理

2019-07-08 09:26:02張枝華黃波林胡明軍
關(guān)鍵詞:青巖庫岸順層

余 姝,張枝華,黃波林,胡明軍,王 健

(1.重慶市地勘局208水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)(重慶市地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計(jì)院),重慶 400700;2.三峽大學(xué)防災(zāi)減災(zāi)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 宜昌 443002;3.湖北長(zhǎng)江三峽滑坡國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站,湖北 宜昌 443002)

0 引言

世界上一些巨型災(zāi)難性滑坡大都是順層滑坡[1],例如意大利的瓦伊昂滑坡[2-3]。在長(zhǎng)江三峽庫區(qū),順層滑坡也是災(zāi)難性滑坡的主要類型之一。例如2004年9月5日發(fā)生的萬州吉安滑坡,體積約為7.00×106m3,摧毀了一個(gè)集鎮(zhèn)和高速公路,滑坡形成的堰塞湖給下游的人民生命財(cái)產(chǎn)帶來了極大威脅[4]。

三峽庫區(qū)的巖性除了壩址區(qū)為花崗巖外,其他區(qū)域都為沉積巖。三峽庫區(qū)發(fā)育的基巖順層滑坡大多以砂泥巖互層或泥巖與泥灰?guī)r互層為主,發(fā)生機(jī)制主要以滑移-剪切或滑移-拉裂為主[5-7]。它們的滑帶一般為原生巖石經(jīng)過層間剪切改造而形成[8]。例如涪陵五中滑坡的滑動(dòng)帶為泥巖改造形成的泥化夾層[9],千將坪滑坡滑床上則明顯可見層間剪切留下的方解石結(jié)晶和擦痕[10]。

在三峽地區(qū)灰?guī)r(順層)滑坡較少發(fā)生,很少見到相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,少量被報(bào)道的滑坡發(fā)生機(jī)制也非常特殊。例如武隆雞尾山的視傾向滑動(dòng)機(jī)制,滑坡主要受重力、巖溶和采礦影響,側(cè)向擠壓滑動(dòng)[11]。武隆雞尾山滑坡的發(fā)生與關(guān)鍵阻滑塊體的壓碎密切相關(guān)[12]?;?guī)r順層滑坡還存在一些彎曲或潰屈等特殊的機(jī)制,尤其是當(dāng)其產(chǎn)出傾角較大時(shí)。例如雅礱江金龍山變形體主要巖性為玄武巖和灰?guī)r,它是一個(gè)受控于軟弱層間擠壓帶的“滑移-彎曲”變形體[7]。

本文首先描述新近在三峽庫區(qū)發(fā)現(xiàn)的青石-抱龍段順層灰?guī)r斜坡變形特征,進(jìn)而采用數(shù)值法分析其滑移-彎曲機(jī)制,討論了灰?guī)r順層庫岸的演化階段,為該類型庫岸防治提供技術(shù)支撐。

1 三峽庫區(qū)青石-抱龍段順層灰?guī)r庫岸坡變形特征

青石-抱龍一帶順層庫岸位于三峽庫區(qū)巫山縣青石社區(qū)點(diǎn)下游長(zhǎng)江右岸,沿長(zhǎng)江至上游的巫山縣城約16 km,沿長(zhǎng)江至下游的巴東縣城約32 km(圖1)。該段庫岸起始于青石社區(qū)下游300 m,止于下游抱龍河口,沿長(zhǎng)江約有3.7 km長(zhǎng)。庫岸中分布有20條沖溝,將庫岸分割為21個(gè)自然庫岸,分別命名為青巖子1#斜坡-青巖子21#斜坡。

圖1 青石-抱龍順層灰?guī)r庫岸位置圖Fig.1 The bedding limestone bank from Qingshi to Baolong

地貌上,這些庫岸斜坡由臨江的平直斜坡、中部懸崖或馬鞍狀斜坡和山頂巖溶淺丘平臺(tái)構(gòu)成。巖溶淺丘平臺(tái)為夷平面,最高高程約820 m。構(gòu)造上,該斜坡處于官渡口向斜的南翼和楠木園背斜的北翼,地層穩(wěn)定,無斷裂通過。出露基巖為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組三段和二段地層,巖性主要為淺灰色薄層夾中厚層泥?;?guī)r及中薄層白云巖夾泥質(zhì)灰?guī)r。平直斜坡段巖層產(chǎn)狀為340°~350°∠40°~55°,馬鞍狀斜坡段(一些庫岸的中部為陡立懸崖段)產(chǎn)狀開始變緩,至巖溶淺丘平臺(tái)處產(chǎn)狀近水平,為楠木園背斜的核部。因此這些平直斜坡段順層灰?guī)r庫岸后緣高程在300~400 m不等,前緣插入長(zhǎng)江。長(zhǎng)江在該區(qū)域河床高程約40 m,江水水位在145~175 m波動(dòng)。

由于兩側(cè)沖溝并不等間距發(fā)育,后緣高程也不盡相同,青巖子各順向斜坡的寬度和縱向長(zhǎng)度不一。145 m水位時(shí),青巖子各順向斜坡順長(zhǎng)江寬約100~300 m,縱長(zhǎng)約250~350 m,總體坡向?yàn)?40°~360°。由于坡度略小于巖層傾角,坡面由多個(gè)巖層面組成,平均坡角約為40°,為典型的順向巖質(zhì)岸坡。

這些順向岸坡坡面上一般發(fā)育2組結(jié)構(gòu)面,產(chǎn)狀分別為270°∠80°和34°∠70°。這兩組結(jié)構(gòu)面延伸一般非常小,傾向偶爾有一些變化,在表面巖層中發(fā)育。斜坡區(qū)沖溝應(yīng)是從結(jié)構(gòu)面演化發(fā)育而來,這些沖溝都近平行,走向近南北向。

在大量斜坡裸露的巖層面上發(fā)現(xiàn)了大量方解石擦痕。例如在6#斜坡上發(fā)現(xiàn)的擦痕走向325°,傾角約48°。經(jīng)過詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查,青石-抱龍一帶21個(gè)順層斜坡中有9個(gè)斜坡巖層在消落帶區(qū)域(由于周期性水位變動(dòng),該區(qū)域基本沒有植被,而其他區(qū)域植被非常發(fā)育)發(fā)現(xiàn)了淺層巖體波狀彎曲。這9個(gè)斜坡具有一定的隨機(jī)性,并不相連。這種彎曲現(xiàn)象在空間上不連續(xù),彎曲程度不一致,不具有區(qū)域性。因此,它們不是地質(zhì)構(gòu)造作用造成的,而是后期重力作用造成的。

有些彎曲變形發(fā)育在斜坡的沖溝內(nèi),深度方向上大量巖層均出現(xiàn)了起伏不一的彎折(圖2),這些彎曲區(qū)近似在一條線上。有些波狀彎曲的巖層則在斜坡面上被發(fā)現(xiàn),呈非常不規(guī)則形狀產(chǎn)出(圖3)。這種波狀彎曲大多沒有跨沖溝發(fā)育,且即便緊鄰的斜坡都發(fā)育這種現(xiàn)象,它們?cè)谄旅嫔系母叱桃嗖幌嗤@缜鄮r子3#斜坡彎曲區(qū)域在坡面上的高程為150 m附近,而青巖子6#斜坡彎曲區(qū)域在坡面上的高程為165 m附近。這種波狀彎曲的轉(zhuǎn)折端多為角礫巖或角礫填充的裂縫。在彎曲巖層的層間可見隆起現(xiàn)象,角礫巖填充或中空。

圖2 彎曲變形在青石-抱龍一帶岸坡中的分布情況圖Fig.2 Distribution of bending deformation at the bank slope from Qingshi to Baolong

圖3 青巖子3#斜坡沖溝內(nèi)的巖層彎曲現(xiàn)象Fig.3 Strata Bending in the gully 3# of Qingshizi slope

青巖子5#斜坡上的彎曲現(xiàn)象非常強(qiáng)烈,巖層彎曲后出露的巖層傾角十分平緩,并以類似“逆斷層”方式接觸其下部巖層(圖4)。青石至抱龍一系列岸坡上波狀彎曲繼續(xù)擠壓都會(huì)形成這一“逆斷層”現(xiàn)象(圖5)。通過對(duì)青巖子6#斜坡的剖面測(cè)量、坡面和沖溝內(nèi)巖層調(diào)查,形成了地質(zhì)剖面圖,主滑面主要結(jié)合沖溝內(nèi)薄層泥灰?guī)r夾層的位置和地貌形態(tài)來確定。這一典型剖面基本可以代表青石-抱龍一帶的順層灰?guī)r岸坡的剖面形態(tài)。

圖4 青巖子5#斜坡坡面上的巖層彎曲現(xiàn)象Fig.4 Strata Bending at the slope surface of slope 5#

圖5 青巖子滑坡剖面圖Fig.5 The profile of the Qingyanzi Landslide

2 青石-抱龍順層滑坡變形破壞機(jī)理

在重力作用下斜坡巖體沿層狀結(jié)構(gòu)面滑移可以產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。這種滑移-彎曲機(jī)制很早就被一些研究者報(bào)道過[7,13-14]。它主要發(fā)育在中-陡傾角的層狀斜坡中,尤以薄層狀巖體及延性較強(qiáng)的碳酸巖中為多見[7]。葡萄牙的阿爾加維西海岸陡立層狀巖體也存在明顯的潰屈現(xiàn)象[15]。彎曲一般發(fā)生在邊坡表層,屈曲形式受控于邊坡的滑動(dòng)變形[16]。物理模型試驗(yàn)表明順層滑坡發(fā)生滑移-彎曲需要具備一定的條件,也有一定的變形失穩(wěn)特征[17]?;?彎曲的滑坡滑面一般為兩段線的滑面,上段提供軸向的下滑力,下段為被動(dòng)段或阻滑段[18]。

為了深入理解這一重力造成的彎曲現(xiàn)象及今后發(fā)展趨勢(shì),采用UDEC進(jìn)行數(shù)值分析。非連續(xù)力學(xué)方法范疇的UDEC程序基于離散的角度來對(duì)待物理介質(zhì),它可將巖體的兩個(gè)基本組成對(duì)象——巖塊和結(jié)構(gòu)面分別以連續(xù)力學(xué)定律和接觸定律加以描述。結(jié)構(gòu)面是連續(xù)體(巖塊)的邊界,單個(gè)的連續(xù)體在進(jìn)行力學(xué)求解過程中可以被處理成獨(dú)立對(duì)象,并通過接觸和其他連續(xù)體發(fā)生相互作用,其中連續(xù)體可具有可變性、或剛性受力變形特征[19]。就具備可變形能力的單個(gè)連續(xù)體分析環(huán)節(jié)而言,介質(zhì)受力變形求解方法完全遵從FLAC快速拉格朗日定律。UDEC被廣泛應(yīng)用在巖質(zhì)邊坡的變形破壞機(jī)理研究中,例如可利用UDEC研究不同傾角對(duì)切坡引起的傾倒破壞的影響[20]。

根據(jù)青巖子6#斜坡的工程地質(zhì)特征,構(gòu)建了一個(gè)二維的UDEC數(shù)值模型。模型中巖體采用連續(xù)介質(zhì)的Morh-Coulomb本構(gòu)模型,層面為不連續(xù)介質(zhì)的Coulomb slip 模型。采用的青巖子滑坡巖石、結(jié)構(gòu)面的相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)見表1。數(shù)值模型長(zhǎng)約400 m,高約400 m,采用的層厚不等,層厚范圍為0.4~2.8 m。

經(jīng)過1 200 000時(shí)步的計(jì)算后,在170 m高程附近出現(xiàn)了明顯隆起現(xiàn)象。從力學(xué)機(jī)制上來看,斜坡中上部的順層滑移巖體為主動(dòng)傳力段,高程170 m附近彎曲-隆起巖體為被動(dòng)擠壓段。主動(dòng)傳力段的自重下滑力驅(qū)使巖層沿結(jié)構(gòu)面滑移,后緣出現(xiàn)下錯(cuò)。高程160 m以下斜坡坡度變緩,滑移巖層在高程160 m以下出現(xiàn)急劇增厚的覆蓋巖層,滑移嚴(yán)重受阻。主動(dòng)傳力區(qū)傳遞的力在此部位不能沿層面以滑移的形式傳遞/耗散,而產(chǎn)生被動(dòng)擠壓。擠壓產(chǎn)生了垂直于層面的變形,即彎曲-隆起。從應(yīng)力上來看(圖6),主應(yīng)力跡線有明顯偏轉(zhuǎn),最大主應(yīng)力方向由垂直過渡到傾斜;在淺表層,最大主應(yīng)力方向平行坡面。由于受力狀態(tài)不一樣,平直滑移段巖體以拉破壞為主,彎曲-隆起段巖體則存在拉張破壞和剪切破壞。

表1 離散元模擬所需巖體和結(jié)構(gòu)面參數(shù)表Table 1 Rock mass and joint parameters for discrete element simulation

圖6 1 200 000時(shí)步下模型主應(yīng)力跡線和運(yùn)動(dòng)速度矢量圖Fig.6 The principal stress trajectory and velocity vector of the model at 1.2 million time steps

根據(jù)圖7位移圖可見,主動(dòng)滑移段的位移值基本一致,不同層可能有差異,主動(dòng)滑移段長(zhǎng)度約200 m。而在被動(dòng)彎曲-隆起段的位移則急劇下降,被動(dòng)彎曲-隆起段僅約30 m長(zhǎng)。被動(dòng)彎曲段約占總變形長(zhǎng)度的13.0%。這種主動(dòng)傳力區(qū)的滑移和被動(dòng)擠壓的彎曲-隆起構(gòu)成了一個(gè)完整的變形體系,控制協(xié)調(diào)著整個(gè)斜坡的變形破壞現(xiàn)象。彎曲顯著后,巖層會(huì)隆起,出現(xiàn)架空或充填,地面也會(huì)出現(xiàn)隆起(圖7)。層狀體較薄時(shí),滑移彎曲變形加劇后,彎曲的巖層形成褶曲的彎曲形態(tài)。

圖7 1 200 000時(shí)步下模型位移云圖Fig.7 The displacement nephogram of the model at 1.2 million time steps

3 青石-抱龍順層斜坡所處演化階段

青石-抱龍的灰?guī)r順層庫岸長(zhǎng)約3.7 km,同時(shí)其他地段也還有很多這種灰?guī)r順向斜坡,探討他們的演化進(jìn)程及其對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象很有意義。根據(jù)青巖-抱龍順層斜坡調(diào)查、數(shù)值分析和其他研究者的成果,可將灰?guī)r順向斜坡的變形分為三個(gè)典型階段:輕微彎曲階段、強(qiáng)烈彎曲-隆起階段和潰屈貫通階段[7]。

(1)輕微彎曲階段(圖8-a)。坡面輕微隆起,巖體輕微松動(dòng),彎曲部位僅出現(xiàn)局部壓碎和類似褶曲現(xiàn)象。彎曲隆起部位通常出現(xiàn)在坡腳或地形凹處。

(2)強(qiáng)烈彎曲-隆起階段(圖8-b)。地面顯著隆起,巖體松動(dòng)加劇,彎曲-隆起區(qū)內(nèi)拉應(yīng)力的增強(qiáng)導(dǎo)致緩傾滑移面出現(xiàn)。由于彎曲部位巖體強(qiáng)烈擴(kuò)容,往往剪出口附近出現(xiàn)局部的崩落或滑落。

(3)潰屈貫通階段(圖8-c)。當(dāng)下滑力大于彎曲-隆起區(qū)滑移面巖橋強(qiáng)度時(shí),彎曲板梁潰曲破壞,滑移面貫通,形成大規(guī)模的滑動(dòng)。

圖8 滑移-彎曲型滑坡演化過程(修改自文獻(xiàn)[7](Zhang et al. (1993))Fig.8 Evolution process of slid-bending type landslide

當(dāng)前,青巖子系列斜坡的整體隆起和彎曲并不是很明顯,沒有達(dá)到長(zhǎng)距離的彎曲或大的隆起。從旁側(cè)斜坡和本段庫岸的巖體松動(dòng)現(xiàn)象來看,盡管局部有巖體劇烈彎曲,但在斜坡的整體彎曲-隆起區(qū)并沒有明顯的巖體松動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)斜坡層狀灰?guī)r巖體為硬度較大的脆性巖體時(shí),要形成這種破壞小的似柔性彎曲變形,必須在極低的應(yīng)變速率下長(zhǎng)時(shí)間的累進(jìn)變形。因此,青巖子庫岸的滑移-彎曲應(yīng)變速率較低,造成了當(dāng)前巖體彎曲類似“流變”,應(yīng)力增加較小,松動(dòng)破壞較少。這些都說明了當(dāng)前青巖子庫岸處于滑移-彎曲變形的早期階段,主要以累進(jìn)性變形為主。

由于水位周期性變動(dòng)在彎曲隆起帶重疊,而水位周期性變動(dòng)會(huì)加速巖體的劣化(黃波林 等,2016),這造成了彎曲隆起帶更易破壞。水位周期性變動(dòng)會(huì)加速青石-抱龍一帶順向灰?guī)r庫岸的演化進(jìn)程。

4 結(jié)論與建議

通過對(duì)三峽庫區(qū)新發(fā)現(xiàn)的灰?guī)r順層庫岸開展大量的野外調(diào)查和數(shù)值模擬分析,得到了以下結(jié)論和建議:

(1)青石-抱龍段順向庫岸坡有21個(gè)斜坡,由灰?guī)r、白云巖組成,巖層產(chǎn)狀為340°~350°∠40°~50°,在9個(gè)斜坡的坡面和沖溝內(nèi)發(fā)現(xiàn)了巖層的波狀彎曲,巖層面上存在大量擦痕。分析顯示該段斜坡變形破壞的機(jī)制為滑移-彎曲機(jī)制。

(2)采用UDEC軟件開展的典型剖面應(yīng)力應(yīng)變分析表明,在自重下滑力驅(qū)使下,約200 m長(zhǎng)的巖層產(chǎn)生大位移的滑移;受下部急劇增厚的覆蓋巖層阻擋,高程170 m附近約30 m長(zhǎng)的巖層被動(dòng)擠壓彎曲隆起,該段位移量相對(duì)滑移段急劇減小。

(3)當(dāng)前,青石-抱龍段順向庫岸的整體隆起和彎曲并不是很明顯,巖體松動(dòng)破壞也較少,尚處于滑移-彎曲變形的早期階段,主要以累進(jìn)性變形為主。

(4)鑒于水庫區(qū)灰?guī)r順層庫岸潰屈失穩(wěn)將產(chǎn)生高速滑坡及較大的涌浪災(zāi)害,建議對(duì)青石-抱龍灰?guī)r順向庫岸開展長(zhǎng)期專業(yè)監(jiān)測(cè),進(jìn)一步的調(diào)查和研究工作也是非常必要的。

猜你喜歡
青巖庫岸順層
Design of three-dimensional imaging lidar optical system for large field of view scanning
新疆BEJ山口水庫近壩庫岸HP1滑坡體穩(wěn)定性分析
晚晴(2021年3期)2021-05-17 13:12:03
Dynamic measurement of beam divergence angle of different fields of view of scanning lidar?
基于三維數(shù)值模擬的含軟弱夾層順層巖質(zhì)邊坡開挖穩(wěn)定性研究
預(yù)應(yīng)力錨索在公路順層巖質(zhì)邊坡中的應(yīng)用
紅砂巖順層邊坡監(jiān)測(cè)及變形破壞探究
青巖古鎮(zhèn)
恰甫其海水庫庫岸侵蝕坍塌及其防護(hù)措施
某水庫庫岸主要工程地質(zhì)問題和塌岸預(yù)算
静宁县| 平利县| 邻水| 体育| 拉萨市| 新密市| 公安县| 新河县| 丘北县| 三门峡市| 铅山县| 兴海县| 沁源县| 虞城县| 鹤岗市| 进贤县| 夹江县| 永宁县| 沽源县| 定兴县| 通州区| 武邑县| 玛曲县| 乐山市| 桐梓县| 沧源| 渭源县| 沐川县| 嘉善县| 桑日县| 海伦市| 泸水县| 嵊泗县| 长顺县| 海林市| 平罗县| 桦南县| 郑州市| 石首市| 黎川县| 中牟县|