学术前沿 | Landslide 降雨诱发的粤北花岗岩残积土滑坡事件的变形演变及破坏机制

学术   2024-11-29 08:03   陕西  

降雨引发的滑坡在粤北省花岗岩残积土覆盖的地区是一个重大危险。为研究花岗岩残积土滑坡对降雨的响应,以 2022 年 6 月和 2024 年 4 月洪涝期间受灾最严重的区域为研究区。开展地质调查和现场人工降雨试验,探究连续强降雨作用下花岗岩残积土边坡的变形演化特征,揭示降雨诱发滑坡事件的破坏机理。结果表明:花岗岩残余土可分为两层,从地质角度看,边坡结构可细分为三种模式;鉴于三种模型之间地表滑坡的变形和破坏特征高度相似,因此可以将三种模型合并为一个由花岗岩残余土和风化花岗岩组成的模型。降雨的强度和持续时间是该地区滑坡的主要触发因素。滑坡主要以地表滑移为特征,呈牵引滑移破坏模式,主要涉及花岗岩残积土层厚度约1-3 m。含水率的增加和孔隙水压力的范围可以作为边坡变形和破坏的主要指标。此外,边坡运动过程中的剪切剪剪变形有效地减轻了变形率。此外,泥石流被确定为山体滑坡导致的次生灾害,山体滑坡沉积物是泥石流的潜在来源。
研究区地理位置及地形特征
粤北灾后无人机图像(拍摄于 2024 年 4 月 22 日)
佛冈花岗岩的分布特征
具有不同风化程度的花岗岩风化壳。岗岩残余土的红土层 (LL) 和砂土层 (SSL)。b 风化花岗岩
a-e 山体滑坡特征。f 实验场地
花岗岩残积土粒度分布曲线
实验地点的布局。3D 原理图。b 现场照片
现场模型实验的监控布局。a 立体声布局。b 型材布局
每个测量点降雨的土壤含水量变化。a-d 1#-4#
每个测量点的孔隙水压力随降雨的发展。a-d 1#-4#
随降雨而在测量点产生位移
比较每个测量点的位移和含水量的同时变化。a-d 1#-4#
边坡位移与含水率变化率的关系。a-d 1#-4#
孔隙水压力与位移之间的关系。a-d 1#-4#
af 降雨条件下的边坡变形和发展过程
泛化后的边坡变形和渗流路径。a 阶段 1.b 阶段 2.c 阶段 3.d 第 4 阶段

根据滑坡事件频繁发生的粤北地区的地质调查结果,对监测花岗岩残积土边坡进行了一系列人工降雨试验。可以得出以下结论:

研究区属于风化侵蚀景观,花岗岩残余土分为 LL 和 SSL 两层。这些层之下是风化花岗岩,它与基岩呈交错结构。从地质角度来看,研究区的边坡结构可以细分为3种模型。鉴于三种模型之间地表滑坡的变形和破坏特征高度相似,因此可以将三种模型合并为一个由花岗岩残积土和风化花岗岩组成的模型。

  1. 强降雨条件下边坡的变形破坏过程可归纳为四个阶段:(1)由于降雨强度明显高于花岗岩残积土的渗透速度,容易形成边坡径流。风化花岗岩在水中容易软化和崩解,导致斜坡侵蚀和斜坡脚下坍塌。(2) 随着降雨的渗透,平台上形成张拉裂缝。雨水渗入岩土界面,导致滞留,然后沿界面渗透到边坡的自由表面,导致边坡表面溢出。随后,在岩土界面处的上部花岗岩残余土层中形成局部饱和带,最终导致斜坡表面局部坍塌。(3) 随着降雨继续渗入边坡内部,张拉裂缝成为水流的主要通道。含水量的快速增加导致孔隙水压力急剧上升,最终导致斜坡上的地表滑坡。(4) 滑坡在斜坡脚下堆积,随后在持续降雨的影响下转化为短期泥石流。

  2. 含水率和孔隙水压力的监测结果,结合边坡变形和破坏过程的分析,表明花岗岩残积土中含水率的增长速率和孔隙水压力增加的程度是评价此类边坡变形和破坏的首要标准。边坡变形导致剪切带内孔隙水压力不平衡。剪切变形消散孔隙水压力,通过剪切剪胀增强恢复土体抗剪强度,从而抑制局部边坡变形。然而,在持续强降雨等外部条件下,导致孔隙水压力进一步上升,如果这种增加超过剪切剪胀增强导致的孔隙水压力降低,边坡退化将持续存在。

  3. 降雨强度和持续降水是花岗岩残积土边坡滑坡的主要触发因素。降雨的存在导致残余花岗岩土壤中的细颗粒得到润滑和软化,同时土壤有效应力降

  4. 低,从而导致抗剪强度的持续减弱和随后的边坡失稳。雨水渗入花岗岩残余土层和风化花岗岩层之间的界面,为主要滑动面的形成创造了有利条

  5. 件。滑坡的破坏机制通常涉及小规模的牵引滑移和表面破坏,滑移体主要由花岗岩残余土组成,厚度通常为 1-3 m。此外,泥石流是滑坡的次要后

  6. 果,滑坡沉积物是泥石流的潜在来源。



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