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2008年1月10日以来,我国南方等地19个省(区、市)先后经历了罕见的大范围持续性低温雨雪冰冻极端天气灾害,具有范围广、强度大、持续时间长、灾害影响重的特点,很多地区为50年一遇,部分地区百年一遇,属历史罕见。极端天气与地质灾害的发生具有有密切的关系。统计显示,2008年春季地质灾害发生次数较往年同期明显增多,地质灾害类型主要为滑坡、崩塌、泥石流,灾害规模以小型灾害为主,地质灾害发生时间提前,且在小到中雨下就能引发地质灾害。
冰雪灾害对边坡稳定性的影响,是一个复杂的作用过程。在冰雪灾害的影响下,边坡经历了冰雪荷载加荷卸荷过程、岩土体冻融过程、接受冰雪融水入渗的过程,在这些作用的影响下,其岩土体的物理力学性质必定发生了一些列变化。
为了探讨极端冰雪灾害对边坡稳定性的影响,本文主要做了以下工作:
首先,对2008年极端天气事件的天气特征进行了总结,根据温度,降雨降雪,积雪厚度等将此次极端天气过程分为3个阶段,分别为持续低温期、温度回升期、恢复正常期。
其次,在分析极端冰雪天气的基础上,分析了同时期及冰雪灾害后全国地质灾害事件,并总结在极端冰雪条件下的地质灾害发育特点及其发生机制,具体为:
(1)冰雪融水入渗,改变了入渗层岩土体的物理力学性质,如造成松散的滑坡物质含水量增大,土体逐渐饱和,容重发生改变,在水的软化作用下,强度会降低,抗滑力下降,尤其是土体冰冻作用下,岩土体体积会发生收缩,再坡体上形成裂隙,使坡体产生裂隙,这些裂隙形成了入渗通道,增加了入渗量,并使融水渗入坡面以下的某一位置,在这一位置岩土性质将变差,坡体容易沿此处延展成为滑面,形成滑坡灾害。这种情况最容易发生,因此,形成的地质灾害事件以滑坡为主。
(2)当某段时间内,温度升高幅度较大,冰雪融水量很大,融雪强度大于边坡饱和入渗系数,不能入渗的融雪水在地表汇流,遇到堆积松散的坡体,容易形成泥石流。但是当温度缓慢升高时,冰雪融化将是一个长期而缓慢的过程,某一时段内冰雪融水量不大,融雪强度相对于边坡饱和入渗系数要小得多,即坡体的实际入渗能力较大,冰雪融水入渗速度较快,不容易在地表形成径流。因此,冰雪灾害泥石流灾害相对较少。
(3)经历了第一阶段的持续低温冰冻和第二阶段的温度回升,边坡岩土体必定经历冰冻体积收缩和升温体积膨胀的作用,而水分入渗使裸露基岩风化速率加快,容易使边坡体尤其是岩质边坡产生裂隙,极有可能形成崩塌灾害。
冰雪融化量的计算采用了度一日融雪模型,该模型具有输入要素少,计算简单的优点。计算得到2月4日到2月22日的总融化量为315mm,日均融化量为16.58mm/d。
对重塑土样做直剪试验,测得土体在非冰冻和和冰冻后的强度参数,土体在冰冻状态下,体积收缩;冰冻之后,土体粘聚力提高,而内摩擦角减小。
最后,利用Geo-SLOPE软件模拟边坡在极端冰雪条件下的稳定性。稳定性系数的计算包括天然状态,冰雪荷载作用,冰雪融水入渗3种情况。就算结果显示,冰雪灾害确实对边坡稳定性造成了不利影响,表现为稳定性系数的下降。冰雪荷载对稳定性影响较小,一般情况下,考虑表层冻土存在与否,对结果影响不大。冰雪融水入渗降低了稳定性系数,对于具不同渗透系数的边坡,影响不同。