黄土构造节理研究及其应用

作者发现大量不同力学性质的黄土构造节理后，识别了它们的区域性、系统性特征；认定其两组扭裂面代表新构造应力场最大剪切应力方向，利用黄土构造节理系及由其控制的土层沟槽网络恢复了相应地区Q3-4构造应力场；提出构造节理是黄土区地下水运移的主要通道和赋存的场所；发现构造节理是黄土区地裂缝、滑坡、崩塌和水土流失等地质灾害的构造基础之一，证实构造节理是黄土地层的软弱面，风化和继之而来的应力侵蚀就由此开始，进而逐步塑造黄土碟、穴、井、桥、柱、墙、沟等潜蚀地貌和部分侵蚀地貌。研究黄土构造节理对恢复新构造应力场、帮助预测地裂乃至地震活动、控制水土流失和滑塌灾害、进行工程乃至区域稳定性评价、重新认识黄土潜蚀地貌发育规律、指导干旱半干旱黄土区找水，既有理论意义又有实际意义。     

黄土斜坡最危险滑裂面的遗传算法确定及稳定性分析

黄土滑坡尤其是地震作用下的黄土滑坡历来是我国西部广大地区一种突出而严重的地质灾害。本文研究了一种采用遗传算法基本思想和原理确定黄土斜坡“最危险滑裂面”、并以此为基础进行稳定性分析的新方法。实例的验证表明,与传统方法相比,该方法更准确、更高效,具有较好的实用性。     

重庆市涪陵区厚层软硬相间岩体失稳模式

重庆市涪陵区厚层软硬相间公路高边坡的详细调查发现,不同的岩层产状,不同开挖方向其斜坡变形破坏模式不同。本文根据野外实例总结了不同岩层产状与开挖方向对应的破坏模式,平缓层状斜坡破坏方式有滑塌式崩塌、倾倒式崩塌和坠落式崩塌;中倾角层状斜坡破坏方式有顺层滑移和崩塌;高陡倾角层状斜坡坡破坏方式有滑移式崩塌和坠落式崩塌。表明斜坡变形破坏地质力学模式与斜坡岩体结构之间存在着密切的成生联系。通过对不同倾角的斜坡岩体破坏方式研究,可以达到系统评价预测斜坡稳定性的目的;通过公路开挖对不同产状岩层可能造成灾害的预期,可以采用不同的预防措施,避免大型灾害的发生。     

原状黄土显微结构特征与湿陷性状分析

基于原状黄土的显微结构扫描电镜及室内湿陷性试验,分析了黄土的微结构特性和不同压力不同含水量下黄土的湿陷性状及其之间的内在联系,结果表明:随着埋藏深度的增加,由支架大孔微胶结结构逐渐变为镶嵌微孔半胶结结构,支架大孔孔隙发育逐渐变为粒间孔隙发育,再为微孔孔隙发育;黄土在增湿情况下其湿陷系数-压力关系曲线由三部分组成,初始压缩变形阶段,是结构强度发挥阶段,变形较小,黄土微结构没有遭到破坏;曲线第一转折点δs=0.015后,原有结构破坏,微结构发生变化,颗粒重新排列,湿陷速率增大,是湿陷变形主要阶段;达到峰值后,颗粒间形成了新的结构,湿陷变形幅度减小;随着骨架颗粒连接逐渐变为非架空的镶嵌排列,湿陷起始压力及峰值湿陷压力值随着埋藏深度的增加而增加,而峰值湿陷系数和湿陷变形量的压力范围随着埋藏深度的增加而变小;骨架颗粒特征和孔隙特征是黄土湿陷性的内在影响因素,而胶结物的多寡及胶结状态是黄土湿陷性强弱的主要影响因素之一。     

喜马拉雅山东南地区地质灾害发育规律初步研究

利用遥感手段,结合MapGis,研究了喜马拉雅山东南地区地质灾害的发育情况,发现本区发育的主要地质灾害有滑坡、崩塌、泥石流、冰湖以及堰塞湖。其中崩塌、滑坡、泥石流斜坡地质灾害是本区最重要的地质灾害类型,占到总灾害数量的95.3%。在此基础上对喜马拉雅山东南地区地质灾害发育规律初步研究,发现本区地质灾害的发育在空间上的分布并非均匀,而是具有丛集性的特点。滑坡灾害主要发育在隆子和朗县。泥石流灾害比较严重的有米林、隆子和洛扎3县,而崩塌则主要集中在隆子县。研究发现,本区滑坡发育与地层、地形坡度以及土地类型关系密切,其中修康群、日当组和念青唐古拉群是本区的"易滑地层"。涅如组由于面积大,其中发育的滑坡较多,但是滑坡的发育率只略高于本区的平均水平。统计表明,16°～30°的坡度范围是滑坡最容易发生的。大于45°以上的坡段很少发生滑坡。灌木林和天然草地这两种土地类型滑坡发育率最高。对于泥石流,研究表明,涅如组中泥石流发育面积最大,发育率也最高。泥石流发育的最适宜坡度也是16°～30°这样一个坡度范围。冰川和永久积雪区则最易发生泥石流。崩塌发育与地层类型、坡度的关系较为密切,崩塌主要发育在涅如组中,并且集中在坡度大于60°以上的陡坡段中。这些初步成果的取得,是以后进行该区地质灾害空间预测的基础。     

黄土边坡剥落病害的发育特征及其发育程度评价

黄土边坡剥落病害影响黄土边坡的坡面稳定及环保美观。以黄延高速公路黄土路堑边坡剥落病害为背景,采用现场调查结合理论分析的方法,研究了黄土边坡剥落病害的发育特征; 将发育特征与可拓工程方法相结合,实现了黄土边坡剥落病害发育程度的评价。研究结果表明:(1)黄土中节理裂隙分布密度大于6条 ·m^-1 时,极易发生剥落,小于2条 ·m^-1 时,基本不发生剥落。黏粒含量大于15%时,剥落病害越易发生,小于5%时,不易发生剥落。黄土边坡开挖量越大、剥落产生的厚度越大。黄土边坡坡体节理裂隙促使剥落病害的发生。当黄土边坡单级坡高大于10m、坡度大于60°时,容易出现重力型剥落病害; 而单极坡高小于4m、坡度小于50°时,边坡坡面很少出现剥落病害。(2)针对影响黄土边坡剥落病害发育因素的复杂性和模糊性,重视实践中的经验,将可拓工程方法与黄土边坡剥落发育程度评价相结合,提出了黄土边坡剥落发育程度的物元关联函数及物元关联度的计算方法。建立了适合可拓学理论的黄土边坡剥落发育程度的分类标准,实现了定性与定量评价结合。     

汶川地震极重灾区地质背景及次生斜坡灾害空间发育规律

5·12汶川大地震造成大量的次生斜坡灾害,本次研究区域为汶川大地震的11个重灾区,包括汶川、北川、青川、安县、平武、茂县、江油、彭州、什邡、绵竹、理县等市县。通过对重灾区航片、卫片、雷达图像的解译研究发现,重灾区次生斜坡灾害的主要灾种表现为崩塌、滑坡以及崩塌、滑坡高速运动解体形成的碎屑流（个别地方由于水的参与表现为泥石流）以及它们堵江形成的堰塞湖。研究发现地震次生斜坡灾害的发育具有明显的丛集性规律。从区域上看,次生斜坡灾害明显呈带状,沿龙门山断裂带展布,并主要受北川—映秀断裂控制。各灾种的发育在不同地段发育的规模、频率差别较大。以灾害分布面积来排序,汶川县灾害面积最大,为131.55km2,其次为北川县,为45.57km2,其余9个县（市）灾害面积相差不大,均介于6~17km2,其中理县灾害面积最小,为6.25km2。各灾种的发育在不同地段发育的规模、频率差别较大。青川县、平武县灾种主要为滑坡,汶川县、茂县、安县、理县灾种主要表现崩塌转化的碎屑流,北川的主要灾种则为碎屑流,其次为滑坡,什邡、彭州、绵竹、江油等地主要灾种为崩塌。
灾种发育的这种地域性差别主要受控于地层岩性,除此而外,还与构造特征、地形地貌等因素紧密相关。研究表明：岩性对灾害种类的展布有决定性控制作用。统计发现,岩性越坚硬,崩塌、碎屑流发育率越高,滑坡则在软岩地区、较软岩地区和较坚硬区发育率最高,泥石流则在软岩地区最为发育。地形地貌对次生斜坡灾害的发育有重要影响,统计表明,崩塌、碎屑流以及泥石流在1200～2000m坡段范围内发育率最高,其次为800～1200m坡段;而滑坡则在800～1200m坡段范围发育率最高。对坡度而言,除11°~20°坡度范围外,崩塌和碎屑流的发育率总体具有随坡度增高而增大的特点;而滑坡和泥石流的发育率呈现典型的单峰特征,在1°~20°范围内发育率最大。坡向对地震次生斜坡灾害的发育影响不明显。
地震次生斜坡灾害的发育规律表明,地震斜坡灾害的发生主要受控于活动构造本身,并沿活动构造呈带状展布,同时受场地条件如岩性、地形地貌等因素的强烈控制。     

“双溪堆积体”的成因及其主要工程地质特征

双溪堆积体”是大宁河上游广泛发育的、钙质胶结的碎石土堆积体,其成因与大宁河流域新近系不同时期发育的崩塌、滑坡和泥石流有密切的关系。在大宁河沿岸的双溪、中坝、神基坪一带,志留系泥岩粉砂岩等易风化软弱碎屑岩构成斜坡下部相对较缓的部位,二叠系或三叠系相对坚硬的灰岩则形成斜坡上部高陡的崖坡,坡脚则广泛分布着这种钙质胶结的“双溪堆积体”。     

斜坡地质灾害的空间预测问题

结合典型实例阐明斜坡地质灾害的空间预测是灾害防治工作的前提条件与成败关键。继而讨论了“斜坡地质灾害空间预测”的内涵与工作程序,以及与斜坡稳定性评价预测相关的斜坡破坏型式,斜坡结构类型,斜坡破坏的环境条件和人类活动的影响等问题。在斜坡地质灾害空间预测的定义中,笔者将预测时段仅限于“工程年代”之内,且前提是保持现有斜坡结构和环境条件,以及可预料的人类活动影响;预测程序是先进行斜坡稳定性预测,然后再对稳定性差或较差的坡段进行灾害危险性(度)预测。关于斜坡破坏型式的划分,一是从它的影响范围和“量”与“质”的关系看都需重视其单次规模;二是要与斜坡的成因结构类型相结合,才能对现场地质调查与研究具有指导意义。为了展示斜坡的成因结构类型对稳定性的控制意义,本文提供了长江三峡工程库区和西部大开发中总结出来的碎屑岩和副变质岩斜坡的新类型系统,并对三类土质斜坡的典型结构特征和稳定性进行了简要比较。关于环境条件对斜坡稳定性影响的量化研究,笔者更看重多个非自体(非本坡段)天然模型观测和滑坡反算的成果。同时建议在全面准确的现场调研的基础上建立确定性地质模型并应用基础学科的相关原理进行单要素的量化分析和单元分析,以便进一步揭示斜坡变形破坏机理。     

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。     

基于风险理念的黄土滑坡调查与编图研究

滑坡风险管理在国外已成为缓减地质灾害损失的重要手段,我国(香港地区除外)在滑坡风险管理方面起步较晚,尚处于探索阶段,目前正在开展的地质灾害详细调查项目尚没有很好地采用国际上流行的风险管理的理念和技术方法。本文以国土资源大调查部署实施的延安市宝塔区地质灾害详细调查示范项目为例,借鉴国际滑坡和工程边坡联合技术委员会制订的《土地利用规划滑坡易发性、危险性、风险区划指南》^[1] 及相关最新文献^[2~7],剖析了《滑坡崩塌泥石流灾害详细调查规范》和地质灾害详细调查项目实施中存在的问题及其与风险管理之间的差距。认为我国目前开展的地质灾害详细调查总体上属于中比例尺,还没有达到详细比例尺; 调查精度包括了高精度、中精度和低精度3种精度层次。提出了基于GIS、DEM、RS、地面调查等技术方法的黄土滑坡调查与编图的工作思路和技术路线。从1 :5万滑坡调查与风险编图、1 :1万滑坡调查与风险编图、村镇及重要基础设施滑坡调查与风险评估、典型滑坡点风险调查与评估4个方面,总结了基于风险管理理念的延安市宝塔区黄土滑坡调查与风险编图实例,旨在为《滑坡崩塌泥石流灾害详细调查规范》的修编和地质灾害详细调查项目更好地实施提供借鉴。     

黄土填方高边坡变形破坏机制分析

本文依据西北某油田倒班基地黄土填方高陡边坡工程勘察, 研究了该边坡的变形破坏机制, 通过对边坡工程地质条件及变形破坏分析, 建立FLAC^3D地质模型, 采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制。研究结果表明, 主要变形区或破坏区为陡坎周围至其沿坡面向下20～25m 的范围之间, 其破坏深度底界为全新世填土层Q4与原状黄土Q3接触面, 但要重点控制沿坡面向下20～25m 的范围之间的变形。数值模拟结果表明, 该边坡目前整体稳定性较好, 不会发生整体变形破坏。     

汶川大地震触发地质灾害的断层效应分析

“5·12”汶川大地震(Ms=8.0)触发了数以万计的崩滑地质灾害,分布范围约10万km2。这些地质灾害的空间分布固然受地形地貌、地层岩性和人类工程活动等因素的影响,然而主要还是受到发震断层的控制,沿发震断裂呈带状分布。通过都(江堰)—汶(川)路、北川—安县、马公—红光3个地质灾害集中发育区的研究,发现汶川地震地质灾害具有以下断层效应：（1）由于属逆断型发震,地质灾害的分布表现出了明显的"上/下盘效应",发震断层上盘较下盘地质灾害分布密度高、范围广、规模大;（2）断层上盘0~7km范围为地质灾害强发育区,断层上盘7～11km范围和下盘0～5km范围为地质灾害中等发育区;绝大多数的大型滑坡都分布在距断层5km范围内;（3）断裂的转折和错列部位是地质灾害集中发育部位,大型地质灾害也往往发生在这些部位;（4）滑坡滑动的优势方向为NW-SE, 与映秀—北川断裂的空间展布方向基本垂直,这与地震波垂直于断层方向传播有密切的关系;（5）地震地质灾害主要集中发育在Ⅸ度及其以上烈度的区域。其中,Ⅺ度区发育密度与Ⅹ度区的基本相当,Ⅸ度区灾害密度只有前两者的1/3,而Ⅷ度区发育密度只有Ⅺ度区或Ⅹ度区的1/10。     

陕西宝鸡地区千阳县塌山黄土滑坡稳定性分析

通过对宝鸡塌山黄土滑坡详细调查和钻探结果表明：具有特殊性的黄土为塌山黄土滑坡形成提供了物质基础;斜坡地形地貌、顺向斜坡结构、黄土节理等为塌山黄土滑坡提供了边界条件;人类活动、降水等是塌山黄土滑坡形成的主导诱发因素;多种因素相辅相成,导致塌山黄土滑坡发生发展。其次,采用SARMA法和FLAC法对滑坡稳定性进行了计算和模拟分析,通过对滑坡体土体应力的分析与滑坡安全系数计算表明,在天然状态下塌山黄土滑坡现今整体稳定,局部(滑坡前缘左侧)有失稳可能,这与野外调查塌山黄土滑坡现今变形特征以及整体稳定局部可能失稳的结论基本一致。而在饱和状态、天然状态＋地震、饱和状态＋地震3种工况下,塌山黄土滑坡整体失稳的可能性较大。     

万州近水平地层区堆积层滑坡成因与变形破坏特征

近水平地层区堆积层滑坡作为一类典型的滑坡,有其特殊的成因与变形破坏特征。文章在研究万州近水平地层区堆积层滑坡的基础上,详细分析了其物质来源、结构成因、形成模式以及变形破坏特征。通过总结万州堆积层滑坡的滑体和滑床特征,得出了近水平地区堆积层滑坡的物质来源和结构成因为:崩塌堆积为主,冲、洪积为辅;形成模式为:后部陡壁形成,滑床形成,滑体底部物质形成,滑体土石混合体形成,滑体表层物质形成,滑动解体等6个阶段。变形破坏特征为:滑动多沿堆积层和基岩接触面滑动,同时也会沿软弱夹层发生滑动;滑体存在多层剪切带,并在不同位置的剪切带其变形速率和累计变形量差别较大,滑体存在着差异变形,对此文章结合实例进行了分析。     

长期冻融循环引起黄土强度劣化的试验研究

以陕西杨凌地区黄土为研究对象,进行了不同含水率、不同干密度的黄土在不同冻融循环次数作用下的直剪试验,探索出进行黄土反复冻融循环试验的方法和控制标准,探讨了封闭系统下黄土在反复冻融循环作用下的抗剪强度劣化特性规律。试验结果表明:黄土在反复冻融循环作用下,表面破坏比较严重; 随着冻融次数的增加,黄土的黏聚力先减小后增大,最低值发生在10次冻融循环之内; 内摩擦角基本不变; 反复冻融循环作用在3～5次对黄土强度有较大的影响,会导致黄土强度的劣化现象发生,但长期冻融作用则会主要体现在对黄土表面的变形破坏等其他方面。     

大跨度采空影响顺倾构造山体侧向变动的复合机理

采空区地表山体侧向变动,不同于一般天然山坡,也与采空区一般上覆岩层的变形破坏有异;它是二者复合机理的效应。本文在分析考察了毗邻电厂的横山顺倾构造山体,剖析了地下采空情况后认为,山体侧向变动中,软弱夹层有决定性作用;变动范围、速率与规模,与地下采空有关。从而又利用地质力学模型试验和数值模拟,探索了采动引起山体应力场及变动规律。结果表明,山体岩层的变形、位移、破坏,由直接顶板向地表发展;采空坍陷诱发了软弱夹层的蠕滑,则产生山体侧向滑移;电厂区地表隆起变形是山体侧向滑移挤压地基土的反映。通过现场实际调究、变形观测资料分析与数值模拟和模型试验的对比研究,提出了“坍落拱梁”的成生效应、挤压蠕滑效应、失稳效应;揭露了顺倾构造山体在采空影响下,具有地表、地下的“复合临空面”的“复合应力场”中“复合变动”的“复合机理”;并提出这种山体侧向变动机理的典型地质模式,借以论证山体稳定性。     

金沙江下虎跳滑石板滑坡破坏机理及稳定性分析

1996年10月28日发生在金沙江下虎跳峡口的滑石板滑坡,因堵塞金沙江、摧毁公路而引起高度重视。野外调查发现,滑石板滑坡是典型结构面控制的顺层基岩滑坡,层面和两组近于垂直层面的节理将边坡厚层灰岩切割成不同规模的菱形块体,长期的风化作用、重力、降雨、人工开挖公路等因素作用下,这些菱形块体从顺层稳定状态演化为稳定性较差的“悬挂”体,受河谷边坡斜向割切影响,表现为梯级叠次“悬挂”,最外边的“悬挂”体稳定性最差,最容易发生快速滑动。因此,该滑坡每次发生破坏滑动的体积不会很大,但是具有多次重复发生的特点,值得高度注意。     

关于滑坡预测预报方法的思考

滑坡是世界上十大自然灾害之一 ,容易造成极大的经济损失和人员伤亡 ,对社会危害很大。目前有关它的预测预报的效果还不甚理想。滑坡灾害的诱发因素包括自然因素和人为因素 ,而人为因素主要与人类工程活动有关 ;在一定的地质地形条件下 ,自然诱发因素则主要是降雨 ,特别是暴雨。通过对滑坡预测预报方法的哲学思考 ,作者认为今后应该加强“由天预报地” ,即以降雨预报结果来推测区域滑坡发生的概率方法的研究。将该方法与单点滑坡的监测预报法结合起来 ,可望进一步提高滑坡预测预报的水平     

四川凉山州美姑县“6·1”泥石流灾害研究

四川凉山州美姑县“6.1”泥石流灾害实例研究表明,该泥石流约为20年一遇的中小规模的泥石流。流域上游短历时强降雨和冰雹天气过程是这次泥石流暴发的诱因,流域内退化的生态环境和中下两岸不稳定边坡以及沟道内大量的松散堆积物为这次泥石流提供了丰富的固体物质来源。泥石流堆积物具有典型的多峰型粒度特征,且有较高的粘粒含量。巨大的泥石流漂砾、石背石现象、龟裂现象、侧积堤和龙头堆积证实了这次泥石流为粘性泥石流。危险度评价表明,采莫洛沟属于高度危险的泥石流沟,危险度为0.67;乃托沟属于中度危险的泥石流沟,危险度为0.58。风险评估结果可知,两沟都属于泥石流高风险区风险度分别为0.52和0.45。高风险区的泥石流灾害给当地的经济社会造成了严重影响并直接造成了较大的人员伤亡和财产损失。