滑坡稳定过程中滑带土结构及物质组合的研究

滑坡稳定过程中滑带土结构及物质组合的研究

目前，国内外斜坡研究的重要特征之一是研究方法和手段的不断创新和发展，许多新的理论和方法在工程实践中得到了广泛应用。在研究手段上由传统的监测试验手段向先进、实测、综合手段方向发展,例如,目前广泛采用“3S”(GPS,GIS,RS)先进监测手段及综合原位测试技术,对滑坡的宏观变形规律及微观形成过程进行全方位综合监测与分析。但是,如何利用现有的技术方法和手段以减少滑坡的影响,并准确判断滑坡的稳定性、形成机制,预测滑坡的滑动时间,这是工程技术人员所要面对的一个重要现实问题。近几年,国外学者利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDX)研究滑坡滑带土的微结构和矿物组合,进而研究滑坡的形成机制和剪切强度,这是滑坡研究领域的有益尝试。1996年至今,我们利用SEM和X射线衍射仪(XRD)分析了三峡库区和黄河小浪底等地40个滑坡滑带土的微结构和物质组合,根据微结构的变化特征和物质组合判断滑坡的活动方式和阶段,研究滑坡的形成机理,评价滑坡的稳定性,判断古滑坡的复活,为预测未知地区同类型滑坡的活动性提供判别依据。由于该方法具有快速和经济的优点,在滑坡的调查和治理中,已经得到部分生产单位的应用。滑坡滑动面为滑坡物理力学作用(温度和压力)的产物,它记录了滑坡的活动历史,滑坡的微观变形是滑坡宏观变形的前兆;滑带土的物质组分与滑坡的形成机制和抗剪强度紧密相关。因此,研究滑坡滑带土的微结构和物质组合在滑坡稳定性评价和治理中具有重要意义,而SEM和XRD是研究微结构和矿物组合最有效的手段。1喷金除滑带土粘法选取滑坡滑带土样品,无论是钻孔取样还是露头采样,都尽量采取定向样品,然后将样品盛入容器(以避免人为的拉伸和挤压),并密封(以避免因脱水、干燥而破坏结构)。在不破坏结构的前提下,选取不同方向、不同断面的滑带土粘在SEM铜样品台上,自然风干,经喷金处理以后在SEM下观察。另外,对剩余样品分别进行了XRD分析和物理力学试验。2滑坡滑动面微观变形特征研究一般自在滑坡的调查和治理中,最直接、最常见的方法就是变形迹象的研究。对于滑坡的宏观变形特征,如后缘张裂缝、陡壁等地貌特征,人们并不陌生。但是,对于滑坡滑动面微观变形特征的研究报道较少。近几年,我们在野外宏观地质调查的基础上,利用SEM分析研究了40个滑坡滑带土的样品,总结了滑坡滑带土微结构的常见特征。2.1滑动阶段时，滑带土壤的微观结构特征为滑带土壤(1)粘土层的定向排列由于受到挤压和摩擦,粘土矿物呈定向排列并拉长(图1-a),可导致滑带摩擦系数和强度的降低。(2)结构抗滑能力在滑动面常见微孔隙和微裂隙。微孔隙包括滑带土的淋滤孔隙及矿物的溶蚀。这些次生孔隙,使滑带孔隙率增高,一旦因剪切而引起结构破坏,便可激发很高的孔隙水压力,成为高速滑坡的重要形成机制。图1-b是长石的淋滤结构,图1-c为方解石因淋滤而形成的次生孔隙。(3)生物多样性对土壤温度的影响据报道,在地表3500m以下,还可见微生物,而我们所取滑坡滑动面的样品,一般在地表下100m内,常可见大量的微生物(图1-d),经鉴定多为丝状菌,而丝状菌一般比表面积大,生长速度快,吸水能力强,具有膨胀性。有的微生物能分解出有机酸,出现“吃石头”现象。因此认为,滑动面的微生物能增加润滑性,使滑带摩擦系数降低,能疏松土壤,增加孔隙率;当丝状菌大量存在时,有可能加剧或导致滑坡的滑动。(4)滑动方向线型擦痕反映一种较快速的摩擦运动,其运动方式为粘滑运动,是滑坡滑动阶段的产物。图1-e显示同方向的线型擦痕,表示该滑坡至少滑动过两次,有的碎屑表面也可见线型擦痕。(5)弧形磨损弧型擦痕类似于冰川成因的擦痕,可类推为缓慢蠕动摩擦成因,即滑体运动方式为蠕滑运动,表明滑坡处于蠕滑阶段,见图1-f。(6)膨胀性岩土紊乱型擦痕是一种多方向的、无序的、互相切割的擦痕,它可能是膨胀性岩土在膨胀过程中形成的,如重钢高焦炉滑坡(图1-g),也可能是地震活动的痕迹,如Weidinger等在1996年报道的TsergoRi滑坡。2.2树枝状、网格状结构(1)粘土矿物无定向排列,无擦痕。(2)常见树枝状、网格状结构(图1-h),它可能是粘土矿物经长期淋滤,沿孔隙渗漏到岩层软弱带所形成的结构。3滑带土矿物组成对抗剪强度参数的影响滑坡滑带土多由蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭石、滑石、绢云母、石墨、石膏等矿物组成,以此类物质为主组成的“滑带土”的力学强度往往较低,内摩擦角较小,特别是浸水以后,强度明显降低。因此,研究滑带土的矿物种类和组合,对确定滑坡的变形强度和形成机制具有重要意义。我们利用XRD对不同地区、不同类型的滑坡滑带土做了X射线粉晶衍射分析并结合化学成成分析对矿物含量进行了半定量分析(见表1),还与实测抗剪强度参数:内聚力C(kPa)和内摩擦角Φ(°)进行了对比,由表1可见,当滑带土以蒙脱石为主或含蛭石时,C,Φ值都低;当滑带土是以其它粘土矿物如高岭石为主时,C,Φ值相对较高。这与廖世文和刘特洪的实验研究结果是一致的。4滑带土的主要矿物(1)当滑坡处于滑动阶段时,在SEM下可以观察到滑带土表面常见粘土矿物呈定向排列,普遍可见擦痕(线型、弧型和紊乱型),微孔隙和微裂隙发育。其中微孔隙和微裂隙是滑坡滑动因素之一。(2)擦痕包括线型擦痕、弧型擦痕和紊乱型擦痕。线型擦痕是滑坡滑动阶段的产物;弧型擦痕表明滑坡处于蠕滑阶段;紊乱型擦痕可能是膨胀性岩土在膨胀过程中形成的,也可能是地震活动的痕迹。另外据微结构的变化可以判断滑坡的滑动次数。(3)当斜坡处于稳定阶段时,在S