巴东组含泥岩类夹层斜坡的工程地质演化及其孕灾早期识别研究

It has been consistently found that the rock formations of Badong are slippery slopes, however, not all slopes in Badong formation represent instability. Applicants of the present project hypothesize that the key factors leading to this phenomenon are the different forms of ramp structure and siltized intercalation status in them. Therefore, the present project will investigate the engineering geological models and status of siltized intercalation based on Badong Slope formation distribute in western Hubei, Yudong. Combined with the structural characteristics of statistical typical landslides, the present project will firstly construct the engineering geology generalized model of slopes by examining the differences in geology, structure, mechanics of slip zone soil in landslide and slopes containing siltized intercalation. Secondly, it will explore the engineering geological deformational characteristic of the stress and strain law during the processing of such ramps through analyzing gravity changes. Thirdly, for slopes having been formed, it will investigate the impact of water on siltized intercalation on the basis of distinct groundwater distribution, so that it can reveal the deformational characters of geology, structure, and mechanics of siltized intercalation during the evolutional processing of slopes. Furthermore, it will report the early identification information which will be used to evaluate slope stability by considering the geology and mechanics of siltized intercalation on structure of ramps. We expect that the present project will provide important theoretical and application basis for improving slope stability evaluation and the predicted levels.

巴东组岩组是易滑地层，以此构成的斜坡并非均会失稳。申请者认为导致此现象的关键因素在于该类斜坡结构及其泥岩类夹层性状的不同。基于此，本项目以鄂西、渝东分布的含泥岩类夹层巴东组斜坡为例，重点研究泥岩类夹层的工程地质特性。通过对比研究滑坡的滑带土与斜坡泥岩类夹层间的地质、结构、力学上的异同，结合统计典型滑坡的斜坡结构特点，构建该类斜坡工程地质概化模型；再从成坡过程研究该类斜坡应力、应变规律，从重力作用变化角度研究此过程中泥岩类夹层工程地质性状变化特点；针对成坡后的斜坡，在探明斜坡地下水分布特征基础上，研究其泥岩类夹层在以水为主导因素作用下的响应规律，从而揭示泥岩类夹层在该类斜坡孕灾演化中地质、结构、力学方面的变化特点。再在斜坡结构层次上结合泥岩类夹层的地质与力学指标提出该类斜坡孕灾早期识别信息，预测斜坡稳定性。研究成果对提高斜坡稳定性评价与预测水平具有重要理论意义和应用价值。

巴东组岩组是易滑地层，以此构成的斜坡并非均会失稳，导致此现象的关键因素在于该类斜坡结构及其泥岩类夹层性状的不同。基于此，项目系统总结了鄂西-渝东地区107例典型巴东组滑坡及其所在斜坡的地质特征信息，选择顺/逆向坡、坡度、坡高等地质结构因素和地质层位、岩性结构、岩层倾角等岩组特征因素作为斜坡模型构建的参量因素，依据各因素不同组合构建出该地区四类易滑斜坡结构地质模型。基于典型泥岩类夹层的室内单轴和三轴压缩试验、原位剪切试验、以及蠕变试验获得了该类夹层在不同含水率状态下瞬态与长期力学性质，并以环剪试验和扫描电镜等手段揭示了夹层所演化的滑带土力学特性及其微观机制。接着，再以该地区河谷下切过程最明显的三峡库区内28例典型巴东组滑坡特征信息，采用主成分分析法确定滑坡形成的内部主控因素并据此概化出其中的两类巴东组滑坡模型，据此模型开展河谷下切成坡数值模拟，揭示了在重力场持续影响下的顺向坡卸荷回弹大于逆向坡等应力应变调整规律。针对成坡后的斜坡，通过室内试验重点阐明了地下水特征与泥岩类夹层的物性指标、强度指标关联性：夹层内地下水分布越少的部位碎屑矿物含量越少、抗剪强度越大，而地下水分布越多的部位黏土矿物含量越多、抗剪强度越小，其峰值内摩擦角最大差异可达27%。基于此，开展典型实例的含泥岩类夹层巴东组斜坡孕滑物理模型试验和数值模型试验，揭示了开挖坡脚与夹层软化对斜坡孕滑的差异性作用：随着开挖坡脚的进行，坡体的变形量持续扩大并主要集中在前缘部位，当夹层遇水软化后坡体在短时间内会产生显著大位移而滑动，表明滑坡形成。本项目提出了斜坡孕灾早期识别要点：以独立斜坡单元为对象，采用工程地质原理分析的模型识别方法来发现与判别是否为地质灾害隐患；在巴东组斜坡所在区域的地质灾害易发程度高低前提下开展其识别过程：斜坡孕育灾害易发性高低评判、灾害地质模型及其类别识别、变形标志特征识别、灾害稳定状态与变形阶段识别、危险性等级与危害空间识别；针对典型滑坡工程地质模型类型提出了早期孕灾识别特征：1）对于缓坡（坡度<30°），斜坡后缘泥岩类夹层处水平位移增大；2）对于陡坡（坡度>30°），斜坡中前部泥岩类夹层处水平位移增大和孔隙水压力降低。最后，结合三处巴东组含泥岩类夹层斜坡典型实例总结与验证了本项目所提出的孕灾早期识别原理与过程。验证了所提早期识别方法的有效性。项目研究成果对提高斜坡稳定性评价与预测水平具有重要理