滑坡穩(wěn)定過程中滑帶土結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組合的研究

滑坡穩(wěn)定過程中滑帶土結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組合的研究

目前，國內(nèi)外斜坡研究的重要特征之一是研究方法和手段的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，許多新的理論和方法在工程實踐中得到了廣泛應用。在研究手段上由傳統(tǒng)的監(jiān)測試驗手段向先進、實測、綜合手段方向發(fā)展,例如,目前廣泛采用“3S”(GPS,GIS,RS)先進監(jiān)測手段及綜合原位測試技術,對滑坡的宏觀變形規(guī)律及微觀形成過程進行全方位綜合監(jiān)測與分析。但是,如何利用現(xiàn)有的技術方法和手段以減少滑坡的影響,并準確判斷滑坡的穩(wěn)定性、形成機制,預測滑坡的滑動時間,這是工程技術人員所要面對的一個重要現(xiàn)實問題。近幾年,國外學者利用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線能譜(EDX)研究滑坡滑帶土的微結(jié)構(gòu)和礦物組合,進而研究滑坡的形成機制和剪切強度,這是滑坡研究領域的有益嘗試。1996年至今,我們利用SEM和X射線衍射儀(XRD)分析了三峽庫區(qū)和黃河小浪底等地40個滑坡滑帶土的微結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組合,根據(jù)微結(jié)構(gòu)的變化特征和物質(zhì)組合判斷滑坡的活動方式和階段,研究滑坡的形成機理,評價滑坡的穩(wěn)定性,判斷古滑坡的復活,為預測未知地區(qū)同類型滑坡的活動性提供判別依據(jù)。由于該方法具有快速和經(jīng)濟的優(yōu)點,在滑坡的調(diào)查和治理中,已經(jīng)得到部分生產(chǎn)單位的應用。滑坡滑動面為滑坡物理力學作用(溫度和壓力)的產(chǎn)物,它記錄了滑坡的活動歷史,滑坡的微觀變形是滑坡宏觀變形的前兆;滑帶土的物質(zhì)組分與滑坡的形成機制和抗剪強度緊密相關。因此,研究滑坡滑帶土的微結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組合在滑坡穩(wěn)定性評價和治理中具有重要意義,而SEM和XRD是研究微結(jié)構(gòu)和礦物組合最有效的手段。1噴金除滑帶土粘法選取滑坡滑帶土樣品,無論是鉆孔取樣還是露頭采樣,都盡量采取定向樣品,然后將樣品盛入容器(以避免人為的拉伸和擠壓),并密封(以避免因脫水、干燥而破壞結(jié)構(gòu))。在不破壞結(jié)構(gòu)的前提下,選取不同方向、不同斷面的滑帶土粘在SEM銅樣品臺上,自然風干,經(jīng)噴金處理以后在SEM下觀察。另外,對剩余樣品分別進行了XRD分析和物理力學試驗。2滑坡滑動面微觀變形特征研究一般自在滑坡的調(diào)查和治理中,最直接、最常見的方法就是變形跡象的研究。對于滑坡的宏觀變形特征,如后緣張裂縫、陡壁等地貌特征,人們并不陌生。但是,對于滑坡滑動面微觀變形特征的研究報道較少。近幾年,我們在野外宏觀地質(zhì)調(diào)查的基礎上,利用SEM分析研究了40個滑坡滑帶土的樣品,總結(jié)了滑坡滑帶土微結(jié)構(gòu)的常見特征。2.1滑動階段時，滑帶土壤的微觀結(jié)構(gòu)特征為滑帶土壤(1)粘土層的定向排列由于受到擠壓和摩擦,粘土礦物呈定向排列并拉長(圖1-a),可導致滑帶摩擦系數(shù)和強度的降低。(2)結(jié)構(gòu)抗滑能力在滑動面常見微孔隙和微裂隙。微孔隙包括滑帶土的淋濾孔隙及礦物的溶蝕。這些次生孔隙,使滑帶孔隙率增高,一旦因剪切而引起結(jié)構(gòu)破壞,便可激發(fā)很高的孔隙水壓力,成為高速滑坡的重要形成機制。圖1-b是長石的淋濾結(jié)構(gòu),圖1-c為方解石因淋濾而形成的次生孔隙。(3)生物多樣性對土壤溫度的影響據(jù)報道,在地表3500m以下,還可見微生物,而我們所取滑坡滑動面的樣品,一般在地表下100m內(nèi),?？梢姶罅康奈⑸?圖1-d),經(jīng)鑒定多為絲狀菌,而絲狀菌一般比表面積大,生長速度快,吸水能力強,具有膨脹性。有的微生物能分解出有機酸,出現(xiàn)“吃石頭”現(xiàn)象。因此認為,滑動面的微生物能增加潤滑性,使滑帶摩擦系數(shù)降低,能疏松土壤,增加孔隙率;當絲狀菌大量存在時,有可能加劇或?qū)е禄碌幕瑒印?4)滑動方向線型擦痕反映一種較快速的摩擦運動,其運動方式為粘滑運動,是滑坡滑動階段的產(chǎn)物。圖1-e顯示同方向的線型擦痕,表示該滑坡至少滑動過兩次,有的碎屑表面也可見線型擦痕。(5)弧形磨損弧型擦痕類似于冰川成因的擦痕,可類推為緩慢蠕動摩擦成因,即滑體運動方式為蠕滑運動,表明滑坡處于蠕滑階段,見圖1-f。(6)膨脹性巖土紊亂型擦痕是一種多方向的、無序的、互相切割的擦痕,它可能是膨脹性巖土在膨脹過程中形成的,如重鋼高焦爐滑坡(圖1-g),也可能是地震活動的痕跡,如Weidinger等在1996年報道的TsergoRi滑坡。2.2樹枝狀、網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)(1)粘土礦物無定向排列,無擦痕。(2)常見樹枝狀、網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)(圖1-h),它可能是粘土礦物經(jīng)長期淋濾,沿孔隙滲漏到巖層軟弱帶所形成的結(jié)構(gòu)。3滑帶土礦物組成對抗剪強度參數(shù)的影響滑坡滑帶土多由蒙脫石、伊利石、綠泥石、高嶺石、滑石、絹云母、石墨、石膏等礦物組成,以此類物質(zhì)為主組成的“滑帶土”的力學強度往往較低,內(nèi)摩擦角較小,特別是浸水以后,強度明顯降低。因此,研究滑帶土的礦物種類和組合,對確定滑坡的變形強度和形成機制具有重要意義。我們利用XRD對不同地區(qū)、不同類型的滑坡滑帶土做了X射線粉晶衍射分析并結(jié)合化學成成分析對礦物含量進行了半定量分析(見表1),還與實測抗剪強度參數(shù):內(nèi)聚力C(kPa)和內(nèi)摩擦角Φ(°)進行了對比,由表1可見,當滑帶土以蒙脫石為主或含蛭石時,C,Φ值都低;當滑帶土是以其它粘土礦物如高嶺石為主時,C,Φ值相對較高。這與廖世文和劉特洪的實驗研究結(jié)果是一致的。4滑帶土的主要礦物(1)當滑坡處于滑動階段時,在SEM下可以觀察到滑帶土表面常見粘土礦物呈定向排列,普遍可見擦痕(線型、弧型和紊亂型),微孔隙和微裂隙發(fā)育。其中微孔隙和微裂隙是滑坡滑動因素之一。(2)擦痕包括線型擦痕、弧型擦痕和紊亂型擦痕。線型擦痕是滑坡滑動階段的產(chǎn)物;弧型擦痕表明滑坡處于蠕滑階段;紊亂型擦痕可能是膨脹性巖土在膨脹過程中形成的,也可能是地震活動的痕跡。另外據(jù)微結(jié)構(gòu)的變化可以判斷滑坡的滑動次數(shù)。(3)當斜坡處于穩(wěn)定階段時,在S