类型a
主要作者与机构及发表信息
这篇研究由占杰伟(Jiewei Zhan)、王庆(Qing Wang)、张文(Wen Zhang)等作者完成,主要来自吉林大学建设工程学院、吉林建筑大学测绘与勘察工程学院以及成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室。该研究于2019年在期刊《Catena》上发表。
学术背景
本研究属于地质工程和岩土力学领域,聚焦于软岩材料浅层滑坡的土壤工程特性及其破坏机制。随着社会经济发展,对高效便捷高速公路网络的需求不断增加,山区公路建设中的边坡稳定性问题成为重大挑战。特别是在长白山东部地区,由于软岩地层暴露且易发生滑坡,近年来频繁出现浅层滑坡现象,导致巨大经济损失甚至威胁生命安全。研究旨在揭示软岩材料滑坡的变形特征、破坏模式及其内在机制,为类似滑坡的防治提供理论依据和技术支持。
研究流程
本研究分为多个步骤展开:
现场调查与历史滑坡分析
研究首先通过现场调查确定了延边地区新岩滑坡群的地质特征和当前状况,并确认了新岩滑坡与其前几次滑坡之间的继承关系。研究人员绘制了滑坡分布图并记录了滑坡体表面裂缝、地形变化等信息。此外,通过历史滑坡清单分析了该区域滑坡的规模、方向和频率。
实验室测试与样品分析
研究选取了9个土壤样本(包括5个未扰动样本和4个扰动样本),并对这些样本进行了物理、化学和力学性质测试。实验内容包括天然含水量、塑性指数、阳离子交换容量(CEC)、矿物组成分析、孔隙特性测定等。同时,使用扫描电子显微镜(SEM)观察滑带土的微观结构变化。
电阻率成像与钻探勘探
研究采用了电法电阻率断层成像技术(ERT)和钻探方法相结合的方式,以确定潜在滑动面的位置和几何形态。ERT技术用于间接映射地下电阻率变化,而钻探则提供了滑带土的直接数据。
数值模拟与稳定性分析
使用Geo-Slope软件进行边坡稳定性分析,结合Bishop法、Sarma法和Morgenstern-Price法计算滑坡的安全系数。此外,通过对不同样本的剪切强度参数进行反演分析,进一步优化了滑带土的力学参数。
主要结果
1. 滑坡继承性与地形变化
新岩滑坡的滑动方向与旧滑坡群基本一致,弧形陡坎沿后缘几乎平行。新岩滑坡主要发育在第3号旧滑坡内部,其前缘大部分重合,但局部区域有所扩展。旧滑坡的存在破坏了边坡结构,形成了滑动通道和裂缝,为水的富集和流动提供了条件。
软岩材料的膨胀性和分散性
实验表明,软岩材料含有大量蒙脱石类黏土矿物,具有显著的膨胀性和分散性。这种特性导致土壤吸水后体积膨胀,形成裂隙并降低抗剪强度。此外,分散性还加剧了岩土体的侵蚀和崩解,进一步削弱了土壤强度。
地下水与降雨的作用
滑坡体内的水分主要来源于地下水和大气降水。旧滑坡区地下水丰富,容易补给到低洼的新岩滑坡区,使路基地下水位上升。降雨通过垂直渗透补充地下水,同时裂隙网络为雨水入渗提供了优先通道。高含水量显著降低了滑坡土的抗剪强度。
渐进式破坏机制
新岩滑坡的破坏呈现渐进式特征,最初发生在边坡脚最薄弱处,随后卸荷效应和应变软化行为推动滑动面向内部扩展。最终,多个次级滑动面相互贯通,形成一个整体滑动面。
结论与意义
本研究表明,软岩材料的极低抗剪强度、软化行为、优先流路径是该地区缓倾软岩边坡反复失稳的主要原因。研究成果不仅为延边地区类似滑坡的防治提供了重要参考,也为全球范围内软岩滑坡的研究和治理提供了理论支持。
研究亮点
1. 首次系统揭示了软岩材料的膨胀性、分散性和应变软化特性对滑坡渐进式破坏的影响机制。
2. 采用ERT技术和钻探方法相结合的方式,精确刻画了滑动面的空间分布和地下水饱和区。
3. 提出了针对软岩滑坡的地质遗传模型,为类似滑坡的预测和防治提供了新思路。
其他有价值内容
研究建议在滑坡治理中优先实施排水工程,并通过植被覆盖限制侵蚀。此外,未来研究可进一步探讨冻融循环对软岩滑坡渐进式破坏的影响。