黄土阶地斜坡的稳定性分析研究 - - 以兰州地区为例

黄土高原西部主要大城市，如兰州，西宁，天水等，均坐落在不同级别和高度的黄土阶地上，随着城市化过程的加快，不合理的人类活动导致黄土阶地斜坡失稳、发生滑坡的频率不断增加，危害十分严重。由于对区域性黄土阶地斜坡稳定性评价研究尚处于初级阶段，尤其是对如兰州地区数百米高的阶地斜坡稳定性尚未进行适宜的定量化评价，更未进行在不同条件下的模拟计算与分析，不能真正起到预防灾害的效果。本研究拟以兰州地区黄土阶地斜坡为例，借助先进的分析手段和设备，在实地工程地质勘查和室内外土工试验基础上，在GIS环境下研究并建立基于物理基础的、分布式的稳定性评价模型，获得兰州地区阶地斜坡稳定性评价图，量化诱发因子及其组合对斜坡稳定性的影响，弥补黄土阶地斜坡稳定性评价研究的不足，深化对黄土阶地滑坡的形成机理的理解，促进滑坡灾害数值模拟手段的应用和发展，为黄土高原普遍存在的阶地滑坡防治提供理论依据。

受青藏高原隆升和河流下切影响，黄河及其支流在黄土高原西部形成一系列河流阶地，其具有典型的“二元”地层结构，且不同级别阶地之间形成了高达数十米至数百米的高陡阶地斜坡。我们关于黄土高阶地斜坡区的稳定性评价方法，开展不同情景下的区域斜坡稳定性分析的研究成果，可为兰州地区绿化灌溉方式的优化、削方减载工程以及降雨型滑坡和地震防灾避险规划提供实际指导和科学依据。本研究共取得了如下四个主要研究成果：.（1）本研究基于系统分类方法，不仅考虑了上覆不同地质年代形成的黄土和冲洪积相粉质粘土的土力学性质，也考虑下伏基岩的岩体结构特性，同时考虑斜坡所处的地形地貌特征，能更好的反映坡体的实际物理情况。在此基础上将兰州市区的高阶地斜坡以及皋兰山斜坡（厚层黄土覆盖在冲洪积相上）在GIS环境下进行边坡单元的划分和重分类，共计16类典型阶地斜坡，3636个。.（2）本研究系统总结了已有的各时期形成的黄土在不同含水量条件下的抗剪强度参数，并针对各级阶地上的粉质粘土进行了8组不同含水量条件下的非饱和环剪实验，分别获得其对应含水条件下的残余黏聚力和内摩擦角。在兰州阶地区，黄土的入渗深度一般小于5 m，而当有裂缝和落水洞等优势通道存在时，其入渗过程对土体含水量的影响则将变得较为复杂。.（3）本研究利用3种极限平衡法分别计算16个典型斜坡单元在不同含水量、不同坡度以及地震荷载条件下的稳定性系数。进一步将所获得的各类阶地斜坡的稳定性系数与坡度、含水量以及地震条件下进行拟合得到回归方程，拟合效果较好，R2均接近或超过0.8。在GIS环境下，将回归方程推广到全区域的阶地斜坡，获得现状条件下（现有坡度和含水量），不同削坡条件（不同坡度），不同灌溉、降水条件下（不同含水量）和地震荷载下的兰州地区阶地斜坡稳定性定量评价图。.（4）利用卫星雷达干涉结果与现状下三种不同方法计算的区域阶地斜坡稳定性进行比较，并将因绿化灌溉和人工削坡导致的新滑坡与不同含水量和不同坡度计算下的区域稳定系数进行比较。针对现状的阶地斜坡稳定性计算，三种极限平衡的计算方法精度不一，MP法的准确度最高，准确率达75%。BS法所获取的稳定性系数偏大，而OF法所获取的稳定性系数偏小。针对不同含水量和不同削坡情况下的阶地斜坡稳定性计算，三种极限平衡法表现出较好的预测效果，均预测出兰州石峡口滑坡和报恩寺滑坡的发生。