反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒變形時(shí)空演化特征研究

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(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 工程學(xué)院，武漢 430074; 2.新疆大學(xué) 建筑工程學(xué)院，烏魯木齊 830047)

反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒變形時(shí)空演化特征研究

張亮華1，謝良甫2，李興明1

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 工程學(xué)院，武漢 430074; 2.新疆大學(xué) 建筑工程學(xué)院，烏魯木齊 830047)

為研究反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒變形時(shí)空演化特征，以硝洞槽岸坡為研究實(shí)例，首先在工程地質(zhì)資料調(diào)查分析基礎(chǔ)上對(duì)岸坡進(jìn)行傾倒變形空間分區(qū)分析，然后基于地表位移監(jiān)測(cè)資料分析岸坡不同區(qū)域傾倒變形隨時(shí)域變化特征，最后對(duì)地表離散位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用距離反權(quán)重插值法得出岸坡傾倒變形位移演化云圖，綜合分析岸坡傾倒變形時(shí)空演化特征。研究結(jié)果表明：①岸坡前部以水平變形為主，后部以垂直變形為主, 岸坡整體變形受控于前部水平變形；②岸坡中部條帶區(qū)域變形控制著岸坡整體變形演化過程，岸坡整體變形滯后于岸坡中部變形，中部條帶狀變形區(qū)位移的增加會(huì)誘發(fā)后期岸坡整體位移的增加，推斷該帶狀區(qū)為傾倒變形鎖骨段。

反傾邊坡；傾倒變形；位移監(jiān)測(cè)；時(shí)空演化;調(diào)查分析

1 研究背景

反傾邊坡工程地質(zhì)問題在20世紀(jì)50年代才逐漸被地質(zhì)工作者重視并加以研究，國內(nèi)有學(xué)者最早把反傾邊坡傾倒變形破壞現(xiàn)象描述為“點(diǎn)頭哈腰”等形象稱謂[1]。

早期學(xué)者對(duì)傾倒變形破壞特征研究主要通過對(duì)工程實(shí)例進(jìn)行定性地質(zhì)描述[2-3]，自Talobre(1957)首次對(duì)反傾層狀巖質(zhì)邊坡傾倒變形破壞實(shí)例進(jìn)行工程地質(zhì)描述[4]，反傾邊坡傾倒變形開始逐漸被關(guān)注[5-11]。李樹武[12](2012)通過鉆孔、平硐的綜合勘探布置，從立體形態(tài)上查明了烏弄龍壩址右岸傾倒體的邊界。Wang等[13](2013)針對(duì)三峽庫區(qū)常見的軟弱互層反傾邊坡傾倒變形特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析。Goodman[14](2013)系統(tǒng)全面地概述了反傾邊坡傾倒變形破壞特征，并通過基底摩擦試驗(yàn)分析了傾倒變形與次生傾倒變形、塊體傾倒與彎曲崩塌的差異。Bassa等[15](2014)對(duì)西班牙Meirama煤礦一大型傾倒變形體空間破壞特征進(jìn)行了詳細(xì)分析研究。

目前針對(duì)反傾邊坡傾倒變形破壞特征的研究成果較多，但由于反傾邊坡傾倒變形是一個(gè)受時(shí)域、空間呈現(xiàn)不同變化特征的演化過程，因此系統(tǒng)結(jié)合傾倒變形時(shí)域、空間2方面的變形特征才能全面認(rèn)清其演化過程。為此，本文通過工程地質(zhì)調(diào)查分析傾倒變形空間變形特征，利用地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析傾倒變形時(shí)域變形特征，并最終通過GIS分析傾倒變形時(shí)空演化特征。

2 項(xiàng)目概況

硝洞槽—鄭家大溝岸坡位于重慶市巫溪縣中梁鄉(xiāng)境內(nèi)西溪河上游右岸，下游距中梁一級(jí)電站(中梁水庫)壩址1.2 km。岸坡分布于高程526～1 183 m，寬近700 m，坡面植被發(fā)育。坡體中前部地勢(shì)較陡，地形坡角45°～68°；后部地勢(shì)相對(duì)較緩，地形坡角11°～18°，局部地段可達(dá)37°。

現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查與勘探揭露表明，岸坡體巖體主要為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)和大冶組(T1d)。由于受地質(zhì)構(gòu)造作用，岸坡體區(qū)域地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)，坡腳往后緣方向，地層年代由新到老。三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)為薄-中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r，主要分布于岸坡中前部；三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d)為薄-中厚層狀泥質(zhì)灰?guī)r，主要分布于岸坡中后部(圖1)。

圖1 岸坡工程地質(zhì)剖面圖Fig.1 Engineering geological profile of bank slope

3 傾倒變形空間破壞特征分析

岸坡工程地質(zhì)環(huán)境條件分析調(diào)查結(jié)果表明，硝洞槽—鄭家大溝岸坡實(shí)質(zhì)為一彎曲傾倒變形體岸坡，依據(jù)地表變形調(diào)查分析結(jié)果，將岸坡體共分為7個(gè)變形區(qū)(圖2)，并分別調(diào)查分析了各分區(qū)變形破壞特征(表1)。

表1 岸坡地表變形破壞各分區(qū)特征Table 1 Characteristics of deformation in slope surface in different zones

由圖2、表1可知，岸坡地表變形明顯區(qū)主要分布在岸坡前部與后部，其中岸坡前部變形表現(xiàn)為崩坡積體滑移，岸坡中部整體表現(xiàn)為巖層彎曲折斷，岸坡后部變形表現(xiàn)為地表拉裂紋、陡坎錯(cuò)落,如圖3所示。

圖3 岸坡前部、中部、后部變形特征Fig.3 Characteristics of deformation in the front, middle and rear part of bank slope

4 傾倒變形時(shí)域變形特征分析

4.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置

岸坡位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括22個(gè)地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖4)。其中岸坡體上17個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，岸坡邊界外5個(gè)；地表位移監(jiān)測(cè)時(shí)間為2011年12月份至2013年12月份。

4.2 地表位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

限于篇幅，本文僅選取岸坡中軸線縱剖面分析傾倒變形隨時(shí)間變化特征。

岸坡中線2—2′縱剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果(圖5)表明：①空間上，水平位移值從岸坡前部至后部整體上逐漸減小，而垂直位移值從岸坡前部至后部整體上則逐漸增加；②時(shí)域上，監(jiān)測(cè)前期岸坡前部以水平位移為主，至后期水平位移增速變緩，垂直位移才出現(xiàn)較明顯增大趨勢(shì)，表明垂直位移滯后于水平位移；岸坡后部則與前部變化特征相反，其水平位移滯后于垂直位移；岸坡中部水平位移與垂直位移數(shù)值及速率較一致。

圖6 岸坡傾倒變形水平位移時(shí)空演化特征云圖Fig.6 Evolution of horizontal displacement of toppling deformation in spatio-temporal scale

5 傾倒變形時(shí)空演化特征

對(duì)地表離散位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)通過GIS采用距離反權(quán)重插值法得出岸坡位移云圖，并每隔2月插值出水平位移、垂直位移演化云圖(圖6、圖7)。

圖7 岸坡傾倒變形垂直位移時(shí)空演化特征云圖Fig.7 Evolution of vertical displacement of toppling deformation in spatio-temporal scale

由圖6可知:水平變形明顯區(qū)主要分布在岸坡前部與中部，岸坡前部水平位移明顯區(qū)呈點(diǎn)狀分布，岸坡中部水平位移明顯區(qū)呈帶狀分布；岸坡變形周期為12個(gè)月，第1個(gè)周期內(nèi)岸坡前部僅中線處變形明顯；水平位移演化特征受岸坡中部條帶狀變形區(qū)控制，前4個(gè)月岸坡中部變形優(yōu)勢(shì)明顯，并從右側(cè)向左側(cè)擴(kuò)展呈帶狀，后8個(gè)月岸坡中部變形優(yōu)勢(shì)逐漸減弱，并從左側(cè)向右側(cè)消退呈點(diǎn)狀；岸坡前部點(diǎn)狀變形區(qū)與岸坡中部變形區(qū)相互交替共同控制著岸坡傾倒變形演化過程，第2個(gè)周期內(nèi)岸坡前部右側(cè)變形逐漸增加。

由圖7可知:垂直變形明顯區(qū)主要分布在岸坡左后部，變形明顯區(qū)呈點(diǎn)帶狀分布，岸坡左前部垂直位移較??；垂直變形變化周期不明顯，隨時(shí)間變化垂直變形逐漸向右前部擴(kuò)展，表明其變形隨時(shí)間勻速增加。

圖6、圖7對(duì)比分析結(jié)果表明，岸坡整體以水平變形為主，岸坡中部條帶區(qū)域變形控制著整個(gè)岸坡變形演化規(guī)律，岸坡整體變形滯后于岸坡中部變形，中部條帶狀變形區(qū)位移的增加會(huì)誘發(fā)岸坡后續(xù)整體位移的增加，此區(qū)域?yàn)榧瘟杲M與大冶組巖層分界處，分界處上下2側(cè)坡體變形特征差異較大，其下部以水平變形為主，上部以垂直變形為主，因此推斷該帶狀區(qū)為傾倒變形鎖骨段。

6 結(jié) 論

通過對(duì)岸坡變形工程地質(zhì)調(diào)查及地表位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，主要得出如下結(jié)論：

(1) 硝洞槽—鄭家大溝岸坡實(shí)質(zhì)為一彎曲傾倒變形體岸坡，依據(jù)地表變形空間分布特征，將岸坡地表變形體共分為7個(gè)變形區(qū)，岸坡地表變形明顯區(qū)主要分布在岸坡前部與后部，宏觀表現(xiàn)為地表拉裂縫、崩坡積體滑移以及巖層彎曲折斷。

(2) 岸坡前部以水平變形為主，后部變形以垂直變形為主，岸坡整體變形受控于前部水平變形。

(3) 岸坡傾倒變形演化周期為12個(gè)月，前4個(gè)月岸坡中部變形優(yōu)勢(shì)明顯，并從右側(cè)向左側(cè)擴(kuò)展呈帶狀，后8個(gè)月岸坡中部變形優(yōu)勢(shì)逐漸減弱，并從左側(cè)向右側(cè)消退呈點(diǎn)狀，岸坡中部條帶區(qū)域變形控制著整個(gè)岸坡變形演化規(guī)律，岸坡整體變形滯后于岸坡中部變形，中部條帶狀變形區(qū)位移的增加會(huì)誘發(fā)后期岸坡整體位移的增加，據(jù)此推斷該帶狀區(qū)為傾倒變形鎖骨段。

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(編輯：趙衛(wèi)兵)

Spatio-temporal Evolution of Toppling Deformation ofAnti-dip Bedded Rock Slope

ZHANG Liang-hua1, XIE Liang-fu2, LI Xing-ming1

(1.Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 2.College of Civil Engineering and Architecture, Xinjiang University, Urumqi 830047, China)

The spatio-temporal evolution of toppling deformation of an anti-dip bedded rock slope was researched in this article. On the basis of engineering geological survey data, the toppling deformation of bank slope was partitioned into many zones, and then the temporal variations of toppling deformation in different zones were analyzed based on surface displacement monitoring data. Furthermore, inverse distance weighting (IDW) interpolation method was employed to obtain the contours of toppling deformation. Results suggest that 1) the front part of the bank slope is dominated by horizontal deformation and the back part by vertical deformation; the global deformation of slope is controlled by the front part’s deformation; 2) the belt-like deformation area in the middle of bank slope determines the evolution of global deformation of bank slope, which correspondingly lags behind the deformation in central area. Moreover, the increase in the displacement of central belt-like deformation area would induce the increase in the total displacement of the rear. The belt-like area is considered as collarbone section of the toppling deformation.

anti-dip slope; toppling deformation; displacement monitoring; spatio-temporal evolution; investigation

2016-07-04;

2016-08-31

張亮華(1983-)，男，湖北武漢人,工程師，主要從事滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及防治工程設(shè)計(jì)研究，(電話)13451025389(電子信箱)306874587@qq.com。

謝良甫(1988-)，男，湖北荊州人，講師，博士，主要從事巖土體穩(wěn)定性及其應(yīng)用方面的研究，(電話)18639940029(電子信箱)yecyec6970@163.com。

10.11988/ckyyb.20160673 2017,34(11):112-115,120

TU443

A

1001-5485(2017)11-0112-04