重力边坡变形转化为边坡破坏的可能性探讨.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 21 日 作者简介:姜宏亮(1977),男,汉族,本科,高级工程师,研究方向为水利工程施工、监理;李中原(1987),男,河南郑州人,汉族,本科,中级,研究方向为水利工程施工、监理。-133-重力边坡变形转化为边坡破坏的可能性探讨 姜宏亮 李中原 黄河水电工程建设有限公司,河南 郑州 450003 摘要:摘要:本文探讨边坡滑坡变形的可能性以及其与边坡崩滑的关联性,并以河南南寨镇某处山体滑坡作为研究案例,该滑坡可能为因重力边坡变形所引致的顺向坡滑动,经野外地质调查显示该区域具有边坡滑坡变形、滑坡破坏的迹象。本文首先重新推导,提出修正
2、临界滑坡方程式,再进行相关参数探讨。参数探讨结果发现影响边坡滑坡变形的主控因子为岩层厚度、弹性模数以及边坡坡度,而剪力强度参数弱面凝聚力及弱面摩擦角则较为不敏感。再者,岩层细长比对于滑坡变形亦有影响,细长比愈长的情况下边坡长度对于滑坡变形愈不敏感。关键词:关键词:重力边坡变形、滑坡、参数;边坡破坏;边坡滑坡变形 中图分类号:中图分类号:U417 0 引言 我国山坡地常可见重力引致层理、劈理的变形,而此边坡变形的存在性以及进一步转化为边坡崩滑的可能性,是否为我国山区分布甚广的老崩积层形成原因是需要进一步被探讨的。因此,本文以重力变形转化为边坡破坏的可能类型-滑坡进行探讨。1 研究的目的 综合地质
3、调查结果、地质钻探岩心判释及数值高程地形发现研究河南南寨镇某处山体可能存在至少两阶段的滑坡事件发生,以及近期的一处可能因为滑坡变形的边坡滑动事件发生。最终,本研究以临界滑坡方程式的计算结果推估该滑坡区域并以近期边坡滑动事件,并说明重力引致的边坡滑坡变形与边坡崩滑的间的关联性1。(1)以弹性滑坡理论探讨岩层形成滑坡的几何与力学条件。(2)探讨老崩积层形成原因(崩滑)是否与重力边坡变形有关。2 山体滑坡的原因分析 经过微地形判释,依照地形特征因子将划分为中、高风险潜势区的形成机制区:(1)具重力变坡变形的地形特征的潜势区。(2)因重力边坡变形引致 buckling 或 toppling 而转化崩滑
4、后堆积的潜势区。(3)纯岩坡破坏后堆积的潜势区(落石、顺向坡)。(4)因坑沟下切、扩宽及向源侵蚀两侧及源头边坡破坏后的潜势区共四种,并针对其中的(2)、(3)及(4)三种类型的潜势区绘制可能的演育过程2。除了建立潜势区可能的形成机制外,判释结果与因子(坡度、高程差、边坡型态、纵横剖面坡型、微地形特征及崩崖比与主崩崖比)作为依据,针对中、高风险潜势区,记录其崩滑的种类与崩积层分布,该区域崩塌类型为因重力边坡变形所引致的顺向坡滑动,而崩积层主要分布于坡腹与坡址。3 使用软件介绍 本研究为了有效进行参数敏感度分析以及后续抗滑稳定区域的推估、古崩滑地质衍育模型建立,于软件上使用了由美国 The Mat
5、hWorks 出品的商业数学软件 MATLAB 以及美国 ESRI 公司所开发的地质信息软件系统-ArcGSI,能更加快速且大量的处理数值运算,而地质信息系统搭配空间资料的汇入,能不同于传统地图,更加快速、直接且有效处理各种空间信息问题3。3.1 商业数学软件 MATLAB MATLAB 是一种用于算法开发、资料视觉化、资料分析以及数值计算的进阶技术计算语言。除了矩阵运算、绘制函数及资料图像等常用的功能外,MATLAB 还可以用来建立使用者界面与呼叫其他编写的程序,而本研究所使用的版本为 R2018a,主要使用的功能为数值运算以及绘制函数与视觉化资料。3.2 地质信息软件系统 ArcGIS A
6、rcGIS 其 中 包 含 了 ArcCatalog、ArcMap、中国科技期刊数据库 工业 A-134-ArcGlobe 及 ArcScene 等子软件,但由于本研究只使用到 ArcMap,因此以下将针对 ArcMap 做介绍。利用ArcMap 将研究区域的地质图、LiDAR 坡度阴影图及LiDAR DEM 数值高程地形汇入软件,并使用软件当中的 ArcToolbox-Interpolate Shape 功能来针对数值高程地形(LiDAR DEM)进行剖面切割,此有助于建立后续的分析剖面。4 地质概述 根据 1:50000 地质图,崩塌潜势区所涵盖地层由老至新分别为砂岩、页岩、脚层、断层。4
7、.1 砂岩(Tn)下部砂岩段:以平行纹理的厚层细粒砂岩为主,夹薄至中层的细砂岩与粉砂质页岩互层。偶见圆丘状交错层理,平行纹理与低角度交错层理,侵蚀面等颇为普遍。砂岩顶部常有对称波痕及明显的生物扰动。中部砂岩段:块状砂岩,强烈的生物扰动。上部粉砂岩段:粉砂岩与细粒砂岩互层。粉砂岩厚度由数公分至两米,沈积构造已完全被生物活动所破坏;而细砂岩厚度约数公分至五十公分不等,层面虽也受生物扰动影响,但仍可见一些残余的水道构造交错纹理,爬升波痕,平行纹理,以及少数的小型圆丘状交错层理。4.2 页岩(Ys)该层以巨厚、块状的页岩为主,受强烈的生物扰动,偶夹黄灰色砂岩或泥质砂岩,常呈凸镜状向两端尖灭。砂岩多半具
8、有平行层理,偶有波痕和交错层理。4.3 脚层(Al)该层主要由薄层的页岩和粉砂岩所组成的带状互层。以页岩中时夹不规则的叶状砂岩体的纹层构造(laminated structure)为其特征。砂岩含碳质物碎片,偶有波成波痕、水流波痕交错层理与水道构造等。4.4 断层 该断层的走向呈北北西,断面向西南倾斜约 60 度,为一具有明显左移特性的走向斜移断层。4.5 向斜 东南方,向斜轴的走向约呈北 30 度东-南 30 度西,为一向南倾没且东陡西缓的不对称向斜。向斜东翼地层的倾角约为 50 度左右,西翼地层的倾角则在 15-35 度的间。由判释结果显示出位于右侧内的区域,其崩积层覆盖面积相对较少,坡趾
9、位于旗山溪攻击坡位置,并有多条蚀沟侵蚀,岩层裸露面明显仅有薄层岩石碎屑覆盖;而位于左侧黄框内的潜势区内大面积受崩积层覆盖,惟坡顶有顺向层面残坡出露,坡趾为古旗山溪的河阶地,并有蚀沟冲积扇堆积于坡趾;两个潜势区坡腹皆有大面积平坦地,尤其于坡腹平台的缓坡度有别于上下边坡面的陡坡度,而该平坦地为由崩积岩块组成的崩积层厚度约 20 米,并且其下方疑似有滑动岩体,厚度大于 20 米,推测此应是早期滑动岩体堆积于坡腹,形成较为平缓的堆积区。此外,两处潜势区内存在数十条大小不一的蚀沟,右侧范围内的下边坡蚀沟大多以向源侵蚀至平台下缘,而左侧蚀沟延伸较长,部分蚀沟已侵蚀至坡顶,但经现地查核后发现多数蚀沟沟渠已被
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