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江蘇典型滑坡地質災害致災機理及防控技術(精) 版權信息
- ISBN:9787030712516
- 條形碼:9787030712516 ; 978-7-03-071251-6
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
江蘇典型滑坡地質災害致災機理及防控技術(精) 本書特色
基于滑坡基本理論,結合實際工程,從新的視角和理念揭示了江蘇省滑坡的誘發機理,并基于研究成果提出滑坡地質災害的防控技術。
江蘇典型滑坡地質災害致災機理及防控技術(精) 內容簡介
本書從滑坡地質災害的成因及破壞機理出發,以滑坡地質災害的防控技術研究為目標,采用資料收集、野外調查、取樣分析模型試驗、數值試驗、理論分析及工程應用相結合的方法,詳細分析江蘇省典型的寧鎮地區下蜀土滑坡,連云港地區含綠泥石片巖層滑坡、巖土交界面滑坡,蘇南低山丘陵區的軟弱夾層滑坡的形成機理和啟滑機制,從微細觀和滑帶土賦存環境的角度研究不同類型滑坡滑帶土的物理力學性質,提出滑坡破壞機理的基本理論,進一步提升了對江蘇省典型滑坡的認識,同時結合取樣提出滑坡軟弱夾層的參數表,并針對不同類型的滑坡提出相應的防控技術,為類似滑坡勘查和進一步研究提供了重要借鑒和參考。本書不僅集中了作者及所在團隊多年的科研成果,而且發展了從微細觀到宏觀角度開展滑坡地質災害滑動機理研究的方法。 本書可供地質、應急、礦山、市政、土木、交通、水利等行業從事地質工程、巖土工程的專業人員使用,也可作為高等院校和科研院所相關專業師生的參考用書。
江蘇典型滑坡地質災害致災機理及防控技術(精) 目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 國內外研究現狀 3
1.2.1 邊坡泥化夾層物理力學特性研究現狀 3
1.2.2 酸堿性環境下泥頁巖物理力學特性研究現狀 8
1.2.3 寧鎮地區下蜀土研究現狀 10
1.2.4 碎石土(土石混合體)研究現狀 11
1.3 江蘇省典型滑坡地質災害分布及特點 14
第2章 蘇南地區滑帶土形成與聚集的地球化學特征研究 16
2.1 試驗方案 16
2.1.1 試驗設計 16
2.1.2 試樣制備 17
2.1.3 試驗儀器 17
2.1.4 試驗步驟 18
2.2 試驗結果 19
2.2.1 X射線衍射分析 19
2.2.2 掃描電鏡觀察和能譜儀分析 23
2.2.3 反復剪切試驗結果分析 32
2.2.4 直剪試驗結果分析 35
2.3 工程實例 38
2.3.1 研究區工程地質條件 38
2.3.2 邊坡穩定性數值試驗 40
第3章 邊坡泥化夾層細觀漸進損傷破壞動態演變規律研究 47
3.1 試驗方案 47
3.1.1 試驗設計 47
3.1.2 試樣制備 47
3.1.3 試驗步驟 52
3.2 試驗結果 52
3.2.1 泥化夾層滑動帶模型數值試驗結果 52
3.2.2 定向排列泥化夾層模型數值試驗結果 57
第4章 酸堿性環境下泥頁巖物理性質變化的微結構響應與力學特性轉化機理研究 69
4.1 試驗方案 69
4.1.1 試#制備 69
4.1.2 試驗儀器及技術參數 71
4.1.3 試驗方案設計 74
4.1.4 試驗步驟 76
4.2 試樣礦物成分測定及浸泡溶液離子濃度分析 78
4.2.1 試樣礦物成分測定 78
4.2.2 浸泡溶液離子濃度監測與分析 82
4.3 酸性環境下軟弱夾層的物理力學特性分析 89
4.3.1 酸性環境下軟弱夾層的基本物理性質變化 89
4.3.2 不同酸性環境浸泡下試樣三軸壓縮試驗研究 98
4.3.3 不同酸性環境浸泡下試樣無側限抗壓試驗研究 101
4.4 酸性環境下軟弱夾層微結構響應機理 104
4.4.1 酸性環境下軟弱夾層微觀結構觀測研究 105
4.4.2 軟弱夾層微觀結構參數統計與分析 108
4.5 蘇南地區含軟弱夾層邊坡滑坡地質災害防控技術 114
第5章 寧鎮地區下蜀土滑塌災害的成災機理及地域性規律研究 116
5.1 試驗方案 116
5.1.1 試驗設計及試驗儀器 116
5.1.2 試樣制備 118
5.2 酸堿腐蝕下蜀土試樣物理力學性質研究 120
5.2.1 酸堿腐蝕下蜀土試樣基本物理性質變化 120
5.2.2 酸堿腐蝕下蜀土試樣力學性質變化 129
5.3 酸堿腐蝕下蜀土試樣微細觀性質研究 134
5.3.1 酸堿腐蝕下蜀土試樣組分及含量觀測 134
5.3.2 酸堿腐蝕下蜀土試樣微細觀結構觀測 140
5.4 下蜀土邊坡滑移變形破壞機理研究 151
5.4.1 下蜀土工程地質特征 151
5.4.2 下蜀土滑坡發育特征 153
5.4.3 下蜀土抗剪強度試驗研究 157
5.4.4 下蜀土邊坡破壞模式和機理分析 163
5.5 工程實例 164
5.5.1 工程概況 164
5.5.2 工程地質條件 165
5.5.3 酸堿腐蝕下蜀土邊坡穩定性分析 168
5.6 寧鎮地區下蜀土滑坡地質災害防控技術 172
第6章 連云港變質巖地區綠片巖夾層力學特性及對工程時效變形機理影響研究 175
6.1 試驗方案 175
6.1.1 試驗設計 175
6.1.2 試樣制備 176
6.1.3 試驗步驟 177
6.2 試驗結果 178
6.2.1 綠片巖礦物成分分析 178
6.2.2 綠片巖微觀結構分析 178
6.2.3 綠片巖力學性質研究 186
6.2.4 基于PFC2D的微觀機理研究 192
6.3 工程實例 205
6.3.1 滑坡基本特征 205
6.3.2 數值模型建立及參數選取 208
6.3.3 數值結果分析 209
6.4 連云港含綠片巖夾層滑坡地質災害防控技術 212
第7章 碎石土邊坡力學強度參數識別及破壞機理研究 213
7.1 試驗方案 213
7.1.1 試驗設計 213
7.1.2 試驗儀器 213
7.1.3 試樣制備 214
7.2 碎石土直剪試驗結果分析 215
7.2.1 含石率對碎石土強度的影響 215
7.2.2 礫石粒徑對碎石土強度參數的影響 220
7.2.3 礫石形狀對強度參數的影響 223
7.2.4 碎石土的剪脹/剪縮效應分析 225
7.3 碎石土力學特性數值試驗研究 227
7.3.1 數值試驗方案設計 227
7.3.2 模型構建 228
7.3.3 含石率對碎石土力學特性的影響 229
7.3.4 粒徑對碎石土強度的影響 232
江蘇典型滑坡地質災害致災機理及防控技術(精) 節選
第1章緒論 1.1研究背景 江蘇省經濟發達,人口密集,地質環境條件脆弱,人類工程活動頻繁、強烈,地質災害總體呈現易發、多發態勢。“十三五”期間,江蘇省共發生崩塌、滑坡地質災害46起,截至2020年底,滑坡崩塌地質災害隱患點為905處,威脅人數近萬人。這些滑坡主要分布在南京、鎮江、連云港、蘇州、無錫、常州等經濟發達、人口密集區域,其突發性強、危害性大,一直以來都是江蘇省突發性地質災害防治的重中之重。江蘇省滑坡地質災害分布發育具有一定的地區性,如寧鎮地區下蜀土滑坡,連云港地區含綠泥石片巖(簡稱綠片巖)層滑坡、巖土交界面滑坡,蘇南低山丘陵區的軟弱夾層(粉砂質泥巖、泥巖為主)滑坡等,而同一地區地質環境條件相似,滑坡的分布發育規律、成因機理、啟滑誘發機制也具有相似的特征。 (1)寧鎮地區下蜀土滑坡。下蜀土滑坡是寧鎮地區*為典型的滑坡災害,主要分布在寧鎮地區的低山丘陵區。下蜀土垂直裂隙發育,具有膨脹性,遇水易軟化,受降雨影響非常大,每年的夏季6月、7月、8月三個月的滑坡發生率占85%以上,此種類型滑坡具有破壞變形時間短、突發性強及時空變異性等特點,具有很大的破壞性和危害性。由于其特殊的工程地質特性,無雨狀態下下蜀土邊坡可以像巖質邊坡一樣在坡度陡立甚至反傾的情況下保持較長時間的穩定,而在降雨尤其是連續降雨的情況下(圖1-1),即使坡度在25°左右的下蜀土邊坡也會產生較大規模的滑動變形,對下蜀土邊坡的穩定性難以參照現行規范給定的穩定坡比進行判斷,這給實際調查評價工作中下蜀土邊坡的穩定性評價帶來了很大困難,只有深入開展下蜀土滑坡的成因機理以及工程地質特性研究,尤其是水敏性特征研究,才能更好地進行下蜀土滑坡穩定性判斷,提高下蜀土滑坡地質災害調查評價和防治水平。 (2)連云港地區綠片巖層滑坡、巖土交界面滑坡。連云港地區滑坡以云臺山地區*為典型,巖質滑坡以綠片巖層滑坡為主,多分布在采石宕口,滑坡規模總體以中小型為主,個別滑坡規模可以達到大型以上,綠片巖為基性巖脈變質形成,一般呈條帶狀、透鏡狀夾于其他變粒巖中,其礦物成分中,綠泥石含量達80%~90%,次為綠簾石、陽起石、角閃石、石英、蛭石及少量磁鐵礦,具鱗片狀結構,片狀構造。綠片巖物理、水理及力學性質均較差,飽和單軸抗壓強度小于20MPa,遇水易軟化,軟化系數一般為0.4~0.6,為易軟化巖石。在遭受長期風化剝蝕后,干燥狀態下云母等片狀礦物,很容易剝離成碎片狀,遇水后綠泥石等礦物吸水,強烈軟化或呈軟塑狀態(圖1-2),而云母等片狀礦物增加了層面的光滑度,降低了巖體抗滑力,因此軟弱片巖夾層是導致本區巖質滑坡的重要內在因素。巖土交界面滑坡主要為殘坡積和沖洪積碎石土滑坡,本區東南坡坡麓地帶多分布一定厚度的第四系殘坡積層,總體表現為上土下巖二元結構,殘坡積層巖性多為碎石土、黏土夾碎石,結構松散,孔隙率高,抗剪強度較低,在雨季降水發生后,雨水及坡面流水易沿沉積物中的孔隙入滲,入滲后地下水沿基巖面流動,增加了基巖面的滑動性,因此,基巖面是研究區土質滑坡非常重要的結構薄弱面。根據調查和資料分析,研究區內土質滑坡滑動面均為土巖分界的基巖面,并大多在土體內部形成次一級的滑動面,表現為多滑動面特征,使滑坡呈現階梯狀特征。 圖1-2連云港地區綠片巖夾層 (3)蘇南低山丘陵區的軟弱夾層滑坡。在蘇南地區(特別是蘇錫一帶)志留系及泥盆系的地層中,廣泛分布著軟硬相間的地層,巖性為石英砂巖夾泥、頁巖或泥質粉砂巖(圖1-3),通過對該地區軟弱夾層的分布范圍、顏色及結構等特征進行現場調查,查明該地區軟弱夾層具有以下特點:根據其含有不同的礦物成分而呈現灰白色一白色、紫紅色一紅色、褐色等多種不同的顏色;“白泥”狀的泥化夾層強度非常低且分布廣泛;“紫泥”層分布較厚,廣泛分布在泥盆系的地層中;紫紅色一紅色的軟弱夾層在志留系和泥盆系地層中均有出現,層厚不均,多呈互層狀,分布*為廣泛。軟弱夾層的物理、化學及力學性質對該地區巖體的工程性質及穩定性產生重要的影響。 圖1-3蘇南地區粉砂質泥巖夾層照片 江蘇省滑坡地質災害隱患點占全省隱患點的比重較大,其危害嚴重。目前,雖然針對部分地區典型滑坡災害開展過部分研究工作,但尚未對全省典型地區滑坡地質災害特征進行全面對比總結,而且整體研究深入程度也不夠。對控制滑坡的關鍵巖層的微觀結構、力學特征、地球化學特征、成災機理及地域性規律、關鍵參數的經驗取值等方面還缺乏較全面、細致的數據和研究支撐,因此,須通過多種手段加強典型地區滑坡地質災害成因及啟滑誘發機制的系統研究,全面提升地質災害防治水平,切實保障受滑坡地質災害影響的人民群眾生命財產安全。 1.2國內外研究現狀 1.2.1邊坡泥化夾層物理力學特性研究現狀 泥化夾層的形成是一個十分復雜的過程,針對泥化夾層的成因,目前己有許多研究成果。金德濂[1]分析了各類泥化夾層的成因,對泥化夾層進行了系統的分類,并根據大量試驗給出了泥化夾層設計計算指標。王幼麟[2]分析了葛洲壩代表性泥化夾層的礦物成分,認為泥化夾層的形成需要以黏土礦物等高分散性物質作為物質基礎,還需經過長期構造作用和物理化學作用綜合作用。譚羅榮[3]在研究葛洲壩泥化夾層的分布規律時發現,泥化夾層一般出現在黏土含量較高的部位,也能出現在巖性變化較大的界面處。肖樹芳等[4]曾根據泥化夾層的泥化機制,將其分成泥化型和蝕變-泥化型。泥化型泥化夾層是指原巖為含黏土礦物等高分散物質的原有軟弱巖層的泥化夾層,這類泥化夾層在泥化過程中黏土礦物的類型和組成沒有明顯變化;蝕變-泥化型泥化夾層是指原巖并不含黏土礦物等高分散物質的泥化夾層,在泥化過程中,原巖中的原生礦物在地下水作用下發生蝕變轉化為黏土礦物。易靖松等通過研究西南紅層地區泥巖-泥化夾層的礦物成分、化學元素以及微結構的變化規律,將泥化夾層形成過程中的水巖作用分成離子交換吸附階段、易溶性礦物溶解階段和軟化崩解階段,并分別描述了三階段泥化夾層微觀特征的變化。綜合眾多學者的研究結果來看,在泥化夾層形成過程中,上硬下軟的巖層是泥化夾層形成的物質基礎;構造作用破壞了原巖的結構,打通了地下水接觸泥化夾層的通道,是其形成的必要條件;地下水的長期作用改變了軟巖的性質,是泥化夾層形成的主導因素[6-8]。 泥化夾層的形成條件決定了它的分布特點,雖然其形成條件具有復雜性,但由大量的調查資料表明,泥化夾層的分布仍表現一定的規律性。在軟硬互層的巖層中,軟硬巖層間彈性參數相差越大,接觸面上的應力越高,軟巖越容易破壞。另外,軟層厚度增大,應力將逐漸衰減;軟層厚度較小時,應力集中大,更易形成泥化夾層。馬國彥和高廣禮[9]在研究黃河小浪底頊區泥化夾層的分布規律時,將較厚的砂巖和較薄的軟巖組成的互層稱為易泥化互層,而且其中抗剪強度越低的軟巖夾層泥化作用越強。他們還發現泥化夾層多分布在大斷層附近或厚度較薄的軟巖夾層上部,而且全泥型泥化夾層僅分布在厚度小于10cm的軟巖夾層上部。因為,砂巖剛度大,易于傳遞應力;軟巖剛度低,不易傳遞應力,兩者交界部分應力更高,易發生泥化。軟巖夾層厚度越小,應力集中越大,泥化程度越高。這也證明了地質構造活動誘導產生的剪切應力,是泥化夾層形成的必不可少的條件之一。 泥化夾層的成分復雜多樣,地區不同,原巖成分不同,形成的泥化夾層成分也有很大差別。從總體來看,黏土礦物通常在泥化夾層礦物成分中占到較大比例。侯建華通過化學、X射線、電子探針分析蘭營采場邊坡鉆孔巖心得出,該邊坡泥化夾層主要成分為高嶺石、埃洛石、滑石、綠泥石、蒙脫石,少量黃鐵礦。但仍有部分泥化夾層不含黏土礦物或黏土礦物含量很低,熊亞萍等[11]取了三段三峽庫區巴東組泥化夾層,并采用X射線粉晶衍射分析其礦物成分,發現三段中黏土礦物均不占優勢,其具體成分如表1-1所示。曹運江等[12]在研究某工程泥化夾層時,對煤系地層作地質鑒定,發現僅含有少量的次生黏土礦物。但即使黏土礦物在泥化夾層中不占優勢時,也能表現出明顯的控制作用,特別是親水的黏土礦物更應該引起重視。 目前國內外學者提出的泥化夾層的分類方案有很多種。林天健等提出的LCL分類法是個較好的分類方案,不足的是,他將含水量作為分類的主要依據,而含水量是隨著天然濕度變化而變化的狀態指標,并不能反映泥化夾層本質特征。肖樹芳將泥化夾層按粒度成分分為全泥型、泥夾碎屑型、碎屑夾泥型和泥夾粉砂、粉砂夾泥型,其具體分類如表1-2所示。李青云和王幼麟[13]曾采用模糊數學對泥化夾層進行工程分類,該分類綜合考慮了天然含水量、粒度特征、比表面積、抗剪強度、地質賦存狀態五種因素,較好地考慮了泥化夾層本身性質和賦存條件對工程的綜合影響,在一定程度上克服了泥化夾層分類中存在的片面性和非定量性。 在研究泥化夾層結構時,有學者從宏觀角度出發,對泥化夾層進行結構分帶。徐國剛[14]在研究磧口水利樞紐泥化夾層時根據其宏觀結構將泥化夾層分成節理帶、劈理帶和泥化錯動帶,分帶研究泥化夾層特征(圖1-4)。陶振宇[15]認為這三個部位不僅構造破壞程度不同,所受地下水的影響不同,三者的結構特性、物理化學性質、力學性質均有明顯不同。節理帶受構造影響較輕,在微觀上仍然保持著原巖的結構特征;劈理帶的原巖結構已經受到較嚴重的構造破壞,出現了與構造應力相適應的“新”結構,裂隙和微裂隙極其發育;泥化錯動帶中原巖結構被徹底改造,顆粒受到剪損,黏粒含量增高,并且與地下水形成了一種動態的平衡,化學成分和性質基本上保持穩定。泥化錯動帶和劈理帶“巖性”基本喪失,具有近似于土的特征。泥化夾層所處的物理化學狀態在很大程度上影響了它的物理、力學性質,其不同部位亦是如此。物理化學活性越強,吸附能力就越大,親水性就越顯著,含水量和流塑限便越大。因此,泥化錯動帶的天然含水量、黏粒含量、流塑限*高,劈理帶次之,節理帶*低。天然干重度和抗剪強度則剛好相反。 也有學者根據微觀結構特征,來研究泥化夾層結構和強度。王先鋒等[16]認為不同類型夾泥具有各向差異的宏觀與微觀結構形式,表現出各自不同的變形性質和強度特征。他們將泥化夾層微結構分為非均粒團聚基底結構、塊狀架空填充結構等7種結構,并分別作了闡述。肖樹芳[17]認為砂巖、頁巖、泥巖中的泥化夾層受構造層間錯動,結構一般可分為表面層、定向帶和非定向帶三帶(圖1-5),表面層礦物團粒多呈點-面、邊-面接觸,粒間聯結較弱;定向帶礦物團粒呈面-面、邊-面接觸,粒間聯結弱;非定向帶中礦物團粒呈邊-面接觸,聯結強度較高。將碳酸鹽、泥灰巖中的泥化夾層分成表面淋溶層、泥化層、沉積膠化層和片狀層。這類分帶考慮了泥化夾層的地質賦存狀況,更系統且更貼合實際。 在對泥化夾層的剪切特性進行研究時,徐國剛[18]發現泥化夾層的抗剪強度不僅取決于泥化夾層自身的性質,地層結構、試驗方法等因素也會影響其抗剪強度。應釆取能限制泥化夾層膨脹的大型原位抗剪試驗來測試抗剪強度,釆用固結慢剪指標來測試有效應力。柳群義和朱自強[19]在研究常吉高速公路上的紅砂巖泥化夾層時發現,其內摩擦角隨著泥化夾層含水量的增加而減小,黏聚力先增大后減小。李桂平研究了砂巖中泥化夾層的膨脹性和剪切強度,提出了針對泥化夾層的處理措施。劉少華等[21]在研究下溪水利樞紐引水隧洞中泥化夾層時,將泥化夾層看
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