论文部分内容阅读
汶川强烈地震诱发大量的滑坡和崩塌,致使在震区形成了规模庞大的滑坡堆积体,这些堆积体在降雨、地表径流、地震等外动力作用下,产生了诸如堆积体滑坡、崩塌、坡面侵蚀等新生水土流失及其他次生地质灾害,有些甚至形成典型地震诱发次生山地灾害链。堆积体土石物质一旦产生新生水土流失进入江河,势必淤塞河道,抬高河床,刨蚀岸坡,对正常的行洪安全及下游居民生命财产安全造成严重威胁;由此伴随而至的次生地质灾害,毁坏城镇、道路、农田和水利设施,直接威胁着震区群众的生命财产及生产安全,同时也严重制约着震区经济发展与生态环境建设。因此,通过开展实施滑坡堆积体的调查与研究,对实现震区生态水文环境安全恢复与重建、保障基础设施正常运营、确保人民生产生活安全以及因地制宜选择有效堆积体新生水土流失和次生地质灾害防治措施提供科学的指导与依据。本研究在汶川震区岷江上游典型小流域—草坡河流域及汶川境内映秀—汶川旧213国道岷江沿线全面调查勘测的基础上,选取了12处极具代表性的典型滑坡堆积体作为研究对象。利用野外调查勘测与室内模拟分析研究相结合的方法,首先,调查分析了震区滑坡堆积体物质组成及分布特征;其次,探讨分析了堆积体物质组成中碎石粒径及土石体积含量比对堆积体休止角的影响,并通过统计分析方法对室内堆积体休止角模拟方法的可靠性和合理性进行了评价;最后,建立在现场调查勘测的基础上结合上述研究结果,实现了对震区现有针对堆积体新生水土流失及次生地质灾害防治措施的归类与评价,最终比选出了各类型下最优防治措施方案。本研究对堆积体的认识和模拟研究,可为进一步的分析获取堆积体特征、揭示相关参数之间关系,深入研究堆积体坡面侵蚀过程与机理提供可靠的基础数据和理论指导,同时也为震后防灾减灾措施的逐步实施提供技术支撑,从而促进震区经济社会生态的全面可持续发展。主要研究结果如下:(1)震区滑坡堆积体在空间分布上多沿地震带分布,堆积体坡面倾角大的中央断裂带附近的滑坡堆积体的数量要高于倾角小的前山逆冲断裂附近的堆积体;在带状分布上,由于河道山坡坡度低,切割深,因此当斜坡产生滑坡后,呈现出了多沿主河及其支流河谷发育和分布的规律;堆积体物质组成中的砂石粒径主要集中在2-40mm范围内。在坡面分布上,表现为上坡主要以小粒径的砂石为主,坡中中间偏大粒径的碎石居多,坡面下部至坡脚区域以较大粒径的碎石为主;堆积体坡面相邻侵蚀沟沟沿之间形成的凹槽部位,是大粒径碎石的主要沉积地带,这一区域小粒径碎石及砂粒上的含量较少,其中侵蚀沟两侧沟沿部位主要以小粒径碎石和沙粒土为主,这些砂石粒径分布也较为均匀,多数集中在2~40mmm之间,这也是沟蚀最为严重的区域。侵蚀沟道中主要集中分布着处于中间粒径的不均匀砂石。在垂直分布上,堆积体表层集中了较大粒径的碎石,表层以下60cm的范围内,随深度的增加沙粒土的含量有略微增加趋势,碎石的分布则呈现出无规律性,即各个粒径范围内的碎石在不同深度内均有。(2)震区堆积体原自然坡坡度多介于36°~46°之间,堆积体休止角则介于39°~50°之间,其中多数处于45°左右,堆积体所在原自然坡坡度要略大于堆积体休止角。堆积样物质组成中粒径大于40mm碎石的最小体积含量分数仅达0.62%,最高达20.61%,这一粒径碎石平均体积含量分数为6.13%。粒径处于10-40mm碎石的体积含量分数较高,最高达66.27%,最小也达到14.92%。粒径介于7~l0mm与5~7mm碎石体积含量分数相差较小,且同一试验样中两种粒径的碎石体积含量分数变幅也较小,其中粒径介于7~l0mm之间碎石平均体积含量分数为9.52%,粒径介于5~7mm之间碎石平均体积含量分数为7.17%。介于2-5mm的小粒径碎石体积含量分数变幅较大,其中这一粒径碎石体积含量分数最小为7.87%,最大为22.95%,平均体积含量分数为14.46%。各试验样中砂粒土体积含量分数差异较大,有的甚至几乎不含任何砂粒土,而砂粒土的体积含量分数最大高达63.38%,平均体积含量分数为31.85%。震区滑坡堆积体物质组成中,总体上碎石体积含量要略高于砂粒土的体积含量,特别地在堆积体表层物质中,砂石的体积含量要明显高于砂粒土的体积含量。在0~30cm的滑坡堆积厚度层中,堆积样容重为1.50g·cm-3左右,较震区未破坏土壤的平均容重1.00g·Cm-3高出了50%。震区未受影响土壤的平均初始含水率高达16.00%左右,远远超过了堆积体物质的初始含水率。(3)在不考虑其他影响因素的前提下,纯砂粒土堆积样休止角远大于单一粒径碎石堆积样休止角,并且单一粒径碎石堆积样休止角与碎石粒径之间呈现出了显著负相关性,随碎石粒径的增大休止角呈减小趋势,其中这种变化趋势回归方程拟合度最高的为一元二次曲线,拟合度达0.9823,不同碎石粒径变化范围内休止角增加的梯度不尽相同,小粒径下休止角变化梯度较大。不同土石体积含量比对单一粒径碎石与砂粒土配合下堆积样休止角的影响结果表明:在2-5mmm,5-7mm,7-10mm,10-20mm四种粒径碎石与砂粒土配合下,随土石体积含量比的增大,堆积体休止角均表现出了增大的趋势,且土石比与休止角呈较显著正相关性,回归方程拟合度最好的均为对数曲线,其中四种不同粒径碎石与砂粒土配合下其拟合度分别为:0.9351,0.9586,0.9389,0.9388。当堆积样土石体积含量比在1:9-1:1范围内变化时休止角变化梯度最大,当土石比超过1:1时呈现出了逐渐变小的趋势,这说明堆积样中砂粒土与碎石在体积含量相差较小时对堆积样休止角的影响作用较大,并且堆积样物质组成中碎石粒径对休止角的影响作用远远低于堆积样土石体积含量比的影响。在不同粒径碎石与土的配合中,同一土石体积含量比下模拟得到的休止角之间在数值大小上差异较小。(4)土石体积含量比对不同粒径碎石混合样休止角影响分析结果表明:对于粒径比较接近的碎石堆积样,体积含量比几乎不会对堆积样休止角产生影响;同只含有不同粒径碎石的堆积样相比,碎石与土配合下堆积样的休止角要大很多,并且随堆积样土粒含量的增加,休止角也呈明显增大趋势。混合堆积样土石体积含量比对休止角影响分析结果表明:五种混合碎石样与土粒的配合下,随堆积样土石体积含量的增大,堆积样休止角也都呈现出了增大的趋势;不同土石体积含量比变化范围内,堆积样休止角增加的趋势也有所差异,其中当土石体积含量比在1:9-1:1范围内变化时,这种增加趋势较大,当超过1:1时变化趋势明显平缓很多,这说明当土粒体积含量相比碎石体积含量较低时,堆积样的土石体积含量比对休止角的影响比较大,对于震区典型滑坡堆积体,当堆积体物质组成中土石比较低时,堆积体坡角可能更易维持相对稳定状态。土石比对堆积样休止角的影响作用远大于各粒级碎石体积含量的影响;五种类型下堆积样休止角回归方程拟合曲线拟合度最高的均为一元二次多项式方程曲线,其中拟合度分别为:0.9122,0.8717,0.9635,0.8829,0.9047。通过统计学分析并借助相对误差、标准差、极差、标准误四个评价指标对堆积样休止角模拟结果进行评价,结果表明:本研究中所采用的室内堆积体休止角模拟试验方法还是比较可靠的,模拟获取的休止角并非仅是偶然得到的,而是存在某种必然性。(5)滑坡堆积体土石物质产生溜动的动力因素定性分析表明,尽管包括重力作用、风动力作用、河流冲刷作用、植被作用以及其他外荷载作用在内的诸多因素均会对堆积体土石物质溜动甚至堆积坡面失稳产生重要影响,但各动力因素影响作用原理却不尽相同,在工程实践中应在调查研究的基础上有针对性综合分析。经过多次深入震区考察勘测,基本摸清了震区现有针对包括滑坡堆积体坍塌、滑移、坡面侵蚀在内新生水土流失及次生地质灾害防治措施类型,并且通过对各类型防治措施实施效果的综合分析与评价,从而比选出了不同堆积体成灾特点下最优防治措施方案,主要包括以生态自我修复或人工栽植植被为主体的防治方案;以工程挡拦防护措施为主体,配合比要的堆积坡面排水、植被防护等辅助措施的防治方案;以直接就近利用堆积体土石物质的防治措施方案。