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2008年1月12日~3月,我国南方出现了1954/1955年冬季以来最严重的大范围持续低温、雨雪、冰冻天气,引发了多起次生地质灾害。南方中低纬度地区,冰雪作用导致或者加剧的斜坡变形破坏案例尚不多见,亦未引起足够的重视,目前针对我国南方中低纬度地区冰雪作用下斜坡变形失稳理论研究基本为空白。随着全球气候变化的日趋复杂,针对目前南方中低纬度地区斜坡变形失稳现象研究的空白现状,对南方中低纬度地区斜坡变形破坏类型及其机理展开研究已经迫在眉睫。
对南方中低纬度地区斜坡变形破坏类型及其机理的研究,需要根据南方中低纬度区冰雪气象和地质背景的特点,分析此环境与常温和高寒地区的差异,充分借鉴现有研究理论进行探讨。
本文依托国家科技支撑计划课题“极端冰雪气候与地质灾害相关性研究”的子课题“极端冰雪灾害条件下地质灾害类型与特征研究”。在对广西省、江西省、湖北省和湖南省四省2008年冰雪灾害期间引发地质灾害资料收集的基础上,选择代表性地质灾害点进行了野外详细地质调查。参考冰雪作用和斜坡变形破坏相关理论,讨论了南方中低纬度区冰雪作用下地质灾害类型及其特点,分析了斜坡变形破坏的机理,提出了南方中低纬度区斜坡地质灾害防治建议。主要包括以下几个方面的内容:
(1)通过冰雪作用对斜坡影响机制的系统分析,总结了冰雪作用对斜坡的影响,主要体现在两个方面:①温度波动过程中岩土体颗粒与水在热膨胀效应差异、相变热、冰胶结强度共同作用下,导致斜坡的岩土体物理力学性质发生变化,从而使坡体内部出现应力集中分布区。质点迁移效应是斜坡沿滑面向下运动的直接动力之一。②由于降雨和降雪过程,产生对斜坡的雪荷载和动水压力荷载等,促使斜坡变形失稳。
(2)借鉴地貌学的划分方法,将冰雪对斜坡作用类型划分为:冻胀作用、寒冻风化作用、雪蚀作用、雪压作用、热融作用和冻融蠕流作用6种类型。
(3)将冰雪气候下斜坡稳定性影响因素总结为斜坡形态、地层岩性、地质构造、气象条件、植被和人类工程活动几类,探讨了冰雪条件下各影响因素的作用方式(有没有什么新的认识,应该说明)。
(4)分析了南方中低纬度区与高寒区斜坡稳定性影响因素的差异,认为南方中低纬度区在冰雪气象条件下存在气温波动影响相对较小,影响深度较浅,而降雪作用影响显著的特点;在地质背景方面,由于永久冻土层缺失,滑动面存在多样性。在此基础上,初步探讨了南方中低纬度区冰雪作用的特征,认为在南方中低纬度区冰雪作用主要以雪蚀作用为主,个别斜坡受到雪压作用较为明显,同时对于桂林等地区节理裂隙发育的高陡斜坡,寒冻风化作用也非常强烈,是冰雪作用下岩崩发生的重要原因之一。
(5)建立了冰雪作用下斜坡的水、热、力三场耦合理论模型,并对典型斜坡在冰雪气候下的变形失稳过程进行了数值模拟分析。结果表明,冻胀力存在并迫使土体表层质点产生向上的位移。南方冰雪气候条件下,短时冻结对斜坡体影响深度较浅,与地温监测数据结果一致。
(6)根据2008年初冰雪灾害诱发和加剧的地质灾害点统计资料和现场调查情况,将南方中低纬度区冰雪作用下,斜坡变形破坏类型划分为正冻、正融和复合型三大类,并根据冰雪作用的特点划分亚类,包括雪蚀坍裂、寒冻劈裂型崩塌、融雪入渗型滑坡、雪蚀滑坡、雪蚀崩塌、雪蚀滑塌-泥流、雪压-雪蚀型表皮泥流等7种类型。
(7)总结归纳了冰雪作用下斜坡变形破坏特点,包括以下几个方面:①受冰雪作用的影响,冰雪期间地质灾害数量显著增大;②灾害规模以小型为主,类型以滑坡、崩塌等斜坡类地质灾害类型为主,且浅层滑坡、岩崩及老滑坡复活较为常见;③冰雪气候过程中降雨和降雪的外部营力是地质灾害产生的重要原因,地形影响作用明显(低角度滑坡不发育),与温度相关性不显著;④植被对斜坡稳定性具有正反两方面的作用;⑤具有明显的地域性特点。
(8)提出了极端冰雪气候下,斜坡地质灾害的防护和治理建议。对于广西桂林等节理裂隙发育受到寒冻风化作用显著而易发生岩崩的地区,应该加强监测和预警预报,及时撤离避让;对于湖南、湖北和广西等地,主要受到雪融水入渗和影响,其作用与降雨作用相似。斜坡的保护,应该以修筑排水工程为主,护坡为辅。