黄土地区高速公路隧道洞口滑坡变形机理分析

黄土地区修建高速公路隧道时,时常会遇到由于隧道洞口的施工造成上覆黄土发生蠕滑,使隧道因滑坡滑动而产生变形、开裂等病害,造成隧道无法正常运行。基于上述问题,通过收集黄土地区已发生的隧道洞口滑坡资料,选取6组典型案例分析该类型滑坡的诱发因素与形成条件,结合地质结构模型对隧道洞口滑坡的变形发展过程和运动特征进行了理论分析,并利用数值模拟方法研究隧道洞口开挖对上覆黄土的影响规律,确定隧道在滑坡体中的受力模式,结合典型工程实例对该规律进行验证。研究结果表明:黄土地区隧道洞口滑坡多发生于黄土塬梁地区,坡脚常有冲沟存在,滑坡体主要为第四系风积黄土与马兰黄土,其中人工扰动与降雨入渗为滑坡主要诱发因素。诱发机理为隧道施工坡脚出现邻空面,坡体内部开挖,造成坡体应力重分布,同时坡体在降雨条件下降低了岩土体的力学性质。根据诱发原因,滑坡的破坏机理与形成过程分为4个阶段:隧道开挖应力调整、蠕滑剪切与拉裂、变形加速阶段和坡体失稳。有限元数值模拟案例也很好地反映了滑坡体内的变形场、应力场及破坏区分布,且隧道与滑坡的空间位置关系控制滑坡的性质和规模,研究结果可为后续类似的隧道洞口滑坡提供实践经验与理论指导。

地下资源开采诱发的一种滑坡模式研究——以采空触发滑坡为例

矿山开采必然会带来一系列地质灾害问题,采动滑坡作为其主要灾害之一,严重影响着人类生产活动。然而,凭借笔者多年的工程实践经验,对山西煤矿区发生的滑坡灾害进行调查研究后发现,有一类滑坡从发育位置、变形特征、形成机理等方面均有异于传统意义上的“采动滑坡”,但又受采动间接影响,兹称其为“采空触发滑坡”。通过对山西煤矿区此类型滑坡的典型案例进行研究分析,总结该类型滑坡特征,区分其与传统采动滑坡的异同点,主要有以下4个方面:采空触发滑坡通常发育在采空沉陷影响区以外的一定范围内;其变形一般在采空沉陷结束后才开始显现,且变形通常持续时间较长;开采沉陷并非滑坡形成最直接的影响因素,而是由坡体内部软岩蠕变破坏所致;采空触发滑坡的发生是一个能量逐渐累积的过程,即具有聚能效应。结合笔者前期研究成果,最后对采空触发滑坡的形成过程和成因机理进行了初步分析发现,该类型滑坡形成机理分为4个破坏阶段,分别为应力调整阶段、蠕动变形阶段、变形加速阶段与斜坡失稳阶段,与其对应的破坏模式为采空沉陷结束—坡体内部岩体应力松弛—软岩蠕变—蠕变作用向坡顶发展—坡体挤压变形、破坏。

黄土丘壑区大型素填场地滑坡的孕滑机理分析

以山西省柳林县焦化厂大型素填黄土滑坡为例,在现场调查的基础上,结合钻探资料对滑坡的形成条件与变形破坏特征进行了分析,揭示了该滑坡的演化过程和形成机理,分为4个阶段,分别为应力重分布、拉张裂缝形成、地下水渗流诱发启动和滑面贯通破坏阶段。并且通过数值模拟分析泉渗流和场地荷载综合因素下的渗流场变化、渗流过程中不同应力环境下边坡的变形特征及其稳定性,将其分析结果与有渗流无荷载、有荷载无渗流条件下边坡的模拟结果进行对比分析,再现了泉渗流场变化特征及一级、二级滑坡在时序上的变形特征。其分析结果表明坡脚为滑坡的变形启动源,坡脚处距地面高程-4 m水位线为安全水位线,地下水高于安全水位线后变形启动源致使剪切带向上牵引发展,场地荷载加剧了边坡的变形、破坏,且地面大荷载的分布部位控制着剪入口的发育位置。

水平软弱夹层黄土滑坡形成机制及启动角度

人工坡脚开挖引发不少滑坡地质灾害,当含有水平软弱夹层时将会进一步加快坡体失稳。为了研究具有此类地层结构黄土边坡在坡脚开挖后变形破坏形成机制和失稳破坏启动角度,以山西省吕梁市临县“5·3”大型黄土滑坡为研究对象,采用现场调查、理论分析和数值模拟等手段展开研究。研究结果表明,实际滑坡主要由坡脚工程开挖导致关键阻滑块体缺失所引发,坡体沿近乎水平软弱卵石夹层滑动破坏;具有水平软弱夹层地层条件的黄土滑坡形成机制主要表现为:①水平软弱夹层应力集中;②牵引沉陷后缘拉裂;③裂缝滑面贯通失稳破坏。该类地层结构黄土边坡坡脚开挖失稳破坏启动角度介于35°~40°,数值模拟结果与实际滑坡案例结果一致。研究结论为类似地层结构黄土边坡的防治提供基础理论。

基于水化学特征的矿区填土地基水害水源分析

目前大部分的矿区建设是基于回填丘陵沟壑区整平场地,对于这种人造特殊地质结构,易受到水害侵蚀破坏,且水害水源往往多元且不易确定。以山西某一矿区地基水害为例,通过详细的现场调查与水文钻探,确定研究区填土地基毛细水带与稳定水位位置,初步判断水源。在此基础上取水样28件,其中沉降区目标水样14件,可能水来源水样14件,对采取的水样进行水质全分析测试,采用数理统计、Piper三线图、相关性分析、水质类型对比分析法、层次聚类法、离子比例系数等方法对矿区填土地基下地下水的化学特征、水质类型与化学成因进行综合分析,确定地基填土水害具体来源。结果表明:沉降区目标水样与可能水源水样阳离子都以K^(+)+Na^(+)为主,其中沉降区目标水样中,阴离子都以HCO_(3)^(-)为优势阴离子,水质类型为HCO_(3)·Cl-Na·Mg,HCO_(3)-Na与HCO_(3)·SO_(4)·Cl-Na,可能水源水样中除砂岩裂隙水主要阴离子为HCO_(3)^(-),其余样品以Cl^(-)为优势阴离子,根据综合对比分析,沉降区地下水特征与砂岩裂隙水最接近,其主要来源为砂岩裂隙水补给,其次来自煤矿污水、雨水的入渗。研究结果可为该类型填土地基水害问题判别提供理论方法,并为后续相似填土地基前期处理起到预警作用。