灌溉條件下黃土階地斜坡區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)—以黑臺(tái)為例.pdf

1、中國是世界上黃土分布面積最廣的國家，黃土面積約占中國國土總面積的6.63％，在自然條件和人類活動(dòng)的相互作用影響下，黃土滑坡已成為制約中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的障礙，同時(shí)也已成為中國西北地區(qū)最嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。受構(gòu)造地應(yīng)力的作用，黃土塬邊高陡斜坡為黃土滑坡的孕育和發(fā)生提供了有利條件，在“塬-梁-峁”地貌演化過程中，受內(nèi)外地質(zhì)營力的共同影響，尤其黃土階地區(qū)人類灌溉行為誘發(fā)了大量的滑坡，其中以甘肅永靖縣黑方臺(tái)、寶雞-常興黃土塬南緣和涇河下游黃土塬滑坡發(fā)

2、育最為典型。黑方臺(tái)地區(qū)是黃土臺(tái)塬區(qū)典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，由于特殊的地質(zhì)構(gòu)造及人類活動(dòng)，以及黃土的疏松結(jié)構(gòu)和水敏性，黑方臺(tái)地區(qū)發(fā)育有大量的黃土滑坡，頻次高、規(guī)模大。自1968年以來共發(fā)生滑坡120余次，38人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失超4億元，間接經(jīng)濟(jì)損失超10億元。截止目前，黑方臺(tái)地質(zhì)災(zāi)害仍呈高發(fā)態(tài)勢(shì)，該地區(qū)已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)地區(qū)?，F(xiàn)有研究從黃土滑坡分類、滑坡發(fā)生機(jī)理、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、飽和及非飽和土力學(xué)、黃土滑坡防治措施等角度開展了大量的理論研究，

3、但缺少適用于該區(qū)區(qū)域斜坡三維穩(wěn)定性評(píng)價(jià)成果來指導(dǎo)黃土滑坡的預(yù)警及防治。因此，探查清楚該地區(qū)的工程地質(zhì)條件，獲得可靠的巖土力學(xué)參數(shù)及地下水流場(chǎng)信息可為后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)管控及災(zāi)害治理提供基礎(chǔ)條件和模型參數(shù)；開展區(qū)域斜坡三維穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，對(duì)黃土滑坡的危險(xiǎn)性分析及災(zāi)害治理具有重大的參考價(jià)值，同時(shí)將穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法從二維擴(kuò)展至三維，由單點(diǎn)至區(qū)域面實(shí)現(xiàn)了三維穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法從理論研究到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。
　　針對(duì)當(dāng)前斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的不足，本文以工程地質(zhì)學(xué)、

4、土力學(xué)、地理信息科學(xué)及計(jì)算機(jī)信息科學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，在綜合分析現(xiàn)有研究資料的基礎(chǔ)上，通過野外實(shí)地踏勘甄別及測(cè)繪獲得研究區(qū)準(zhǔn)確的工程地質(zhì)條件為后續(xù)的工程治理和模型計(jì)算奠定基礎(chǔ)；利用三維高密度電法及鉆孔試驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)合室內(nèi)外物理力學(xué)試驗(yàn)，在ArcGIS環(huán)境中，獲得模型需要的巖土體力學(xué)參數(shù)及地下水流場(chǎng)數(shù)據(jù)；實(shí)地調(diào)查獲得研究區(qū)滑坡的空間分布特征及分布規(guī)律；將所有數(shù)據(jù)歸一化，利用ArcGIS平臺(tái)及ENVI環(huán)境將數(shù)據(jù)處理成為能夠滿足軟件輸入需求的源數(shù)

5、據(jù)，在Scoops3D軟件中分別計(jì)算現(xiàn)狀條件下的區(qū)域斜坡穩(wěn)定性及在升降水位條件下的區(qū)域穩(wěn)定性，基于以上巖土體工程地質(zhì)條件、黃土物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)參數(shù)、灌溉區(qū)黃土滑坡的發(fā)育現(xiàn)狀及不同水位條件下的區(qū)域三維穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等方面的研究成果，提出適合該地區(qū)既能實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害防治，保障生命財(cái)產(chǎn)安全，社會(huì)安定等目標(biāo)，又能適合該區(qū)域可持續(xù)高收益的農(nóng)業(yè)發(fā)展路徑。研究得出的主要結(jié)論如下：
　　（1）黑臺(tái)發(fā)育5條性質(zhì)不同的斷層，北西向和北東向兩組節(jié)理。這些斷層和節(jié)

6、理不同程度的切穿黃土層、紅粘土層，導(dǎo)致塬面內(nèi)部出現(xiàn)大量的地裂縫；構(gòu)造裂隙、節(jié)理及地裂縫成為黃土層內(nèi)地下水向紅粘土層、卵石層徑流排泄通道，在黃土基巖滑坡分布區(qū)及黃土滑坡區(qū)下伏基巖已被入滲地下水浸潤軟化，強(qiáng)度參數(shù)衰減，適宜疏通潛在地下泉眼出露點(diǎn)治理群發(fā)性滑坡。
　?。?）利用室內(nèi)外試驗(yàn)獲得馬蘭黃土的基本物理力學(xué)參數(shù)。室內(nèi)環(huán)剪試驗(yàn)結(jié)果表明含水量對(duì)殘余抗剪強(qiáng)度具有顯著的影響，當(dāng)含水量增加時(shí)剪切阻力降低，粘聚力開始增加直到一個(gè)臨界值后快速降

7、低接近于0，殘余摩擦角降低到臨界值之后有輕微增加，剪切帶的厚度和水分遷移能力降低，內(nèi)摩擦角及粘聚力分別達(dá)到最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的含水量分別為5.2%，20%。
　?。?）綜合分析利用Scoops3D計(jì)算現(xiàn)狀條件下的區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果表明：黑臺(tái)區(qū)域不穩(wěn)定區(qū)的面積為145900m2、欠穩(wěn)定區(qū)面積為58375m2、基本穩(wěn)定區(qū)的面積為226850m2、穩(wěn)定區(qū)面積為19852025m2，面積占比分別為：0.72%、0.29%、1.12%、97.8

8、7%。黑臺(tái)地下水位上升會(huì)導(dǎo)致區(qū)域穩(wěn)定系數(shù)下降，降低水位能提高區(qū)域整體的穩(wěn)定性，當(dāng)現(xiàn)狀條件地下水位下降7m時(shí)，區(qū)域不穩(wěn)定區(qū)、欠穩(wěn)定區(qū)、基本穩(wěn)定區(qū)的面積占比分別降低至0.19%、0.001%、0.73%，穩(wěn)定區(qū)的面積占比提高至99.08%；現(xiàn)狀條件下地下水位升高7m，區(qū)域不穩(wěn)定區(qū)、欠穩(wěn)定區(qū)、基本穩(wěn)定區(qū)的面積占比大幅度增加至3.89%、0.75%、1.45%，穩(wěn)定區(qū)面積占比減少至93.91%。黑臺(tái)地下水位上升會(huì)導(dǎo)致區(qū)域穩(wěn)定系數(shù)下降，降低地下水