摘要
千枚岩体广泛分布于川西北茂县群大型变质岩区，该区域新构造运动强烈，使得较为软弱的千枚岩体在构造作用下急剧隆升形成高陡的山体，在降雨、重力以及地震力的作用下，千枚岩体逐渐风化崩落进而形成分布范围广、体积大的千枚岩堆积体。随着四川省规划的高速公路建设网的开工建设，特别是从四川省内通往西藏地区的重要交通公路网的建设，如汶（川）马（尔康）、雅（安）康（定）、汶（川）九（寨沟）、绵（阳）九（寨沟）等高速公路，将不可避免的穿越茂县群千枚岩堆积体区域。然而，在自身重力作用或降雨条件下，在建或已建成的汶马、雅康高速公路沿线已发生多处千枚岩堆积体边坡失稳破坏，不但给交通工程建设运营造成了巨大的困难，也威胁到了公路沿线居民的生命、财产安全。因此，开展千枚岩堆积体边坡稳定性研究对于穿越该区域的高速公路的建设运营具有十分重要的意义。此外，也能为该类堆积体地质灾害防治减灾提供重要的理论基础和工程建议。 现有对于堆积体边坡的研究多基于假设堆积体为均质的岩土体材料，然而对于千枚岩堆积体边坡而言，由于千枚岩具有片状构造，所形成的千枚岩岩块也就具有明显的扁平状特征，在坡积作用下形成的岩块定向性结构特征与其它类型的堆积体明显不同。千枚岩岩块在堆积体边坡中以叠瓦状构造定向分布的特征，导致了现有的稳定性计算评价方法不适用于千枚岩堆积体边坡的相关研究。因此对于具有岩块定向性的千枚岩堆积体边坡，需要进一步完善其变形破坏机理等的探究。本文以千枚岩堆积体边坡为研究对象，在考虑岩块定向性的前提下，从岩块定向性的形成条件入手，通过采用野外调查、室内试验、数值模拟的方法，对岩块定向性与千枚岩堆积体渗透特性关系、降雨条件下的千枚岩堆积体边坡稳定性、岩块定向性对千枚岩堆积体边坡稳定性的影响开展了系统性的研究，主要取得了以下创新性成果： （1）通过对千枚岩堆积体的野外调查，首先对千枚岩堆积体边坡具有的岩块定向性进行了定义，提出了岩块定向性的概念，同时对岩块定向性提出了量化表征指标，即岩块定向角与岩块定向率。此外，结合野外调查资料对岩块定向角与岩块定向率的阈值进行了确定。通过对野外调查结果的分析并结合室内千枚岩岩块堆积试验对岩块定向性的影响因素开展了研究，研究发现：岩块顶点数越多，扁平率越高，岩块定向性越好；在本文试验条件下，边坡坡度越小，细颗粒物质含量越高，岩块定向性越好。此外，还通过大型直剪试验研究了岩块定向性对千枚岩堆积体边坡稳定性的影响，直剪试验表明：岩块定向性会大幅降低千枚岩堆积体边坡的抗剪强度，致使其稳定性显著下降。 （2）通过自行研制的大直径渗透试验装置对具有岩块定向性的千枚岩堆积体渗透特性开展了一系列研究，获得了考虑岩块定向角、岩块定向率的千枚岩堆积体的渗透特性。在岩块定向性的基础上，对考虑堆积体含石量、岩块粒径的千枚岩堆积体渗透特性进行了试验分析。结果表明：考虑岩块定向性的千枚岩堆积体渗透特性不符合达西渗透定律。对于本文四种试验条件下（即不同岩块定向角、岩块定向率、堆积体含石量、岩块粒径），千枚岩堆积体的渗透特性可以使用 Forchheimer公式进行描述。此外，宏观渗透系数随岩块定向角、岩块定向率、岩块粒径的增大而增大，而且考虑堆积体含石量时宏观渗透系数存在一个最小值（堆积体含石量为 25%时）。结合试验现象以及数据分析认为，研究考虑岩块定向性的千枚岩堆积体渗透特性时，非达西系数 β 可作为判断具有岩块定向性的千枚岩堆积体发生渗透破坏的一个指标。采用非线性最小二乘法建立了考虑堆积体含石量、岩块粒径的渗流公式并通过NOF方法验证了准确性。 （3）结合具有岩块定向性的千枚岩堆积体渗透特性，研究了边坡坡度、岩块定向角、降雨历时、降雨强度对千枚岩堆积体边坡稳定性的影响。随着边坡坡度或岩块定向角的增大，千枚岩堆积体边坡稳定性逐渐降低；降雨历时越长，其稳定性也越差。此外，对于降雨条件下的千枚岩堆积体边坡，当边坡坡度超过某临界值时，边坡失稳破坏危险性急剧增大。 （4）自行研制了双向倾斜边坡稳定性试验装置，以边坡临界破坏角来对比各边坡的稳定性。针对不同岩块定向性条件制作了具有不同岩块定向角与定向率的模型边坡，通过测量各模型边坡的临界破坏角来探究岩块定向性对堆积体边坡稳定性的影响。模型试验结果表明：岩块定向性对堆积体边坡影响显著，主要表现为岩块定向性会降低边坡稳定性，同时改变边坡失稳破坏特征。当岩块定向角与堆积体边坡坡面平行时，边坡稳定性最差，而与堆积体边坡坡面垂直时稳定性最好。此外，随着岩块定向率的增大，堆积体边坡稳定性逐渐降低。 （5）基于物理模型试验建立了千枚岩堆积体边坡数值模拟模型，对于数值模拟试验中的参数敏感性进行了分析，得出岩块与土体黏聚力或内摩擦角的比值大于 2 以后，该模型参数对边坡稳定性无影响。此外，通过数值模拟试验还得出：在本试验条件下，堆积体边坡稳定性随边坡含石量的增加而降低；岩块扁平率以及大岩块空间位置分布也对堆积体边坡稳定性有着显著影响。
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