斜坡变形破坏与内外动力作用的单因相关分析 理工学科论文 汽车空调 (Automatic air con...

\u7406\u5de5\u5b66\u79d1\uff0c\u6c7d\u8f66\uff0c\u5de5\u7a0b\u5e08\uff0c\u4eca\u5929\u521a\u4e0a\u5e02\u7684\u5b9d\u9a8f560\uff0c\u7528\u7684\u662f1.8L\u6392\u91cf\u7684VVT-i\u6280\u672f\u7684\u53d1\u52a8\u673a\u3002\u4e3a\u4ec0\u4e48

VVT\uff08Variable Valve Timing\uff09\u53ef\u53d8\u6c14\u95e8\u6b63\u65f6\u7cfb\u7edf\u3002\u8be5\u7cfb\u7edf\u901a\u8fc7\u914d\u5907\u7684\u63a7\u5236\u53ca\u6267\u884c\u7cfb\u7edf\uff0c\u5bf9\u53d1\u52a8\u673a\u51f8\u8f6e\u7684\u76f8\u4f4d\u8fdb\u884c\u8c03\u8282\uff0c\u4ece\u800c\u4f7f\u5f97\u6c14\u95e8\u5f00\u542f\u3001\u5173\u95ed\u7684\u65f6\u95f4\u968f\u53d1\u52a8\u673a\u8f6c\u901f\u7684\u53d8\u5316\u800c\u53d8\u5316\uff0c\u4ee5\u63d0\u9ad8\u5145\u6c14\u6548\u7387\uff0c\u589e\u52a0\u53d1\u52a8\u673a\u529f\u7387\u3002\u3000\u3000\u57fa\u672c\u7b80\u4ecb \u3000\u3000\u53d1\u52a8\u673a\u53ef\u53d8\u6c14\u95e8\u6b63\u65f6\u6280\u672f(VVT\uff0cVariable Valve Timing)\u539f\u7406\u662f\u6839\u636e\u53d1\u52a8\u673a\u7684\u8fd0\u884c\u60c5\u51b5\uff0c\u8c03\u6574\u8fdb\u6c14\uff08\u6392\u6c14\uff09\u7684\u91cf\uff0c\u548c\u6c14\u95e8\u5f00\u5408\u65f6\u95f4\u3001\u89d2\u5ea6\uff0c\u4f7f\u8fdb\u5165\u7684\u7a7a\u6c14\u91cf\u8fbe\u5230\u6700\u4f73\uff0c\u63d0\u9ad8\u71c3\u70e7\u6548\u7387\u3002\u4f18\u70b9\u662f\u7701\u6cb9\uff0c\u529f\u5347\u6bd4\u5927\u800c\u7f3a\u70b9\u662f\u4e2d\u6bb5\u8f6c\u901f\u626d\u77e9\u4e0d\u8db3\u3002 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斜坡变形破坏是在一定的地质动力或营力的作用下进行的,没有动力地质作用不可能产生斜坡变形破坏,也没有哪一次斜坡变形破坏不是在地质动力的作用下产生的,内、外动力地质作用是推动斜坡演变的主导因素。在虎跳峡地区工程地质调查中发现,该区主要的动力地质作用包括地壳隆升、断裂活动、地震活动、河流动力作用、降雨和风化作用等,这些内、外动力作用引起斜坡变形破坏机制和过程各不相同。以下分别阐述斜坡变形破坏与上述各种动力作用的对应关系。

3.3.1 与地壳隆升的关系

地壳隆升对斜坡演变的影响,很早即为地貌学家和工程地质学家所认识与接受,但对于其间的详细研究,则开展得不多。作者在对虎跳峡河段斜坡灾害的分析研究过程中,注意到了区域性地壳隆升对斜坡变形破坏的强烈控制作用。

(1)区域性地壳隆升与高陡边坡的形成

高陡边坡的存在是斜坡灾害发生的必要条件之一。有关研究表明(金德镰等,1983):不同的斜坡条件基本上对应于不同的斜坡变形破坏类型,泥石流发生的最佳坡度条件是小于20°,20°~45°的坡度条件则是发生滑坡灾害的最佳坡度,再陡的边坡则更可能发生崩塌和坠石等灾种。据前文统计表明,斜坡变形破坏体主要发育在坡角θ为10°~50°的范围内,其中崩塌主要发育在θ为35°~50°的岸坡内,θ为25°~40°则是滑坡发育的相对密集区。

虎跳峡河段高陡边坡的形成,是地壳隆升运动控制下流水动力作用的结果。晚更新世(18×104aBP)以来,河谷地区地壳隆升速率具有明显的分段性,从而产生河谷地貌的差异性,这种差异突出地表现在岸坡坡度的变化上,从而产生不同程度的斜坡变形破坏特征(表3.3.1)。从表中可以看出,下落鱼村以上宽谷河段地壳隆升速率在0.25~0.35mm/a之间,岸坡坡度相对较缓,一般在10°~50°之间,变形破坏体类型主要以滑坡为主,占滑坡总数89%,平均线密度为0.14个/km,平均线模数为59.5×104m3/km;下落鱼村以下河段地壳隆升速率在0.35~1.0mm/a之间,岸坡坡度较陡,一般在40°~80°之间,变形破坏体类型以崩塌为主,占崩塌体总数的57%,平均线密度为0.55个/km,平均线模数为424.04×104m3/km,其中右岸坡度在65°以上,变形破坏体极不发育,只零星分布有小规模的崩塌体,发育规模在1000m3以下(图3.3.1)。

表3.3.1 不同抬升速率区斜坡坡度变化及斜坡变形破坏特征对比表

图3.3.1 虎跳峡峡谷右岸发育的小规模崩塌体

根据地壳隆升运动和流水动力作用的关系,地壳抬升速率越大,相应的河流下切速度越快,从而形成斜坡的坡度越大,坡体势能增大,斜坡的不稳定性程度增高。

(2)隆升背景下的斜坡改造与演变

在地壳隆升运动过程中,岩土体一方面不断升高并在流水作用下逐渐形成高陡边坡,从而有利于斜坡变形破坏体的发育,同时促使岩土体表面卸荷产生表生改造。虎跳峡地区区域性分布的夷平面、剥蚀面和多级阶地的层状地貌,表明河谷斜坡岩体经历过一系列强烈的浅表生改造,这一改造过程与河谷地貌演化密切相关。在地壳隆升时,区域性剥蚀夷平面的形成和河流下切侵蚀演化过程或侧向扩展过程中,处于河谷斜坡浅表部的岩土体也必然会受剥蚀侵蚀作用,因卸荷作用引起环境应力场改变而发生结构松动甚至形成表生结构(或构造),进而影响斜坡岩土体的稳定性,甚至产生变形与破坏。

地壳隆升背景下地面卸荷可分为侧向卸荷与垂直卸荷两种形式。侧向卸荷条件下的表生构造主要是坡顶前缘的斜坡裂隙和岩土体残余应力释放引起张性结构面形成(图3.3.2),在这种情况下,平行坡面的最大主应力几乎不起作用,坡体容易产生近坡面的变形破坏(申旭辉,1996)。虎跳峡龙蟠右岸硬质砂岩中平行坡面的陡倾裂隙发育,由于结构面的不抗拉特性,坡体易产生沿结构面的拉裂,形成卸荷裂隙(图3.3.3),该裂隙宽20~40cm,深度大于5m,为龙蟠斜坡变形创造了有利的结构条件。在虎跳峡上峡谷下落鱼20#平洞调查中,我们也观察到此种类型的卸荷拉张裂隙,发育深度较浅(最深70m),反映了河谷强烈下切过程中的侧向扩展或侧向卸荷改造特征。

图3.3.2 侧向卸荷时表生构造发育模式(据申旭辉,1996)

垂向卸荷的表生构造发育模式较为复杂多样,王兰生等(1991)采用相似材料地质力学模拟了层状岩体在垂向卸荷时表生构造的发育模式。根据模拟结果,层状岩土体在垂向卸荷到一定程度时,将首先表现为岩土体的卸荷隆起和岩土体内部的层间错动,这种过程的进一步发展则可能形成一些表生构造如逆断层等,表生构造形成后如果遭到河流切割,先期形成的表生构造很可能成为坡体失稳的潜在结构面从而改变斜坡的稳定性(图3.3.4)。根据虎跳峡地区构造动力背景,挽近期的应力值较高(约25MPa),从3000m高程夷平面到现今河床,本区经受了1200m以上的剥蚀卸荷,因此,总体上本区的垂向卸荷作用较强。

在地壳隆升过程中,虎跳峡河谷地带地壳演化先后经历了夷平、剥蚀和河流切割的作用。从地面卸荷作用方式来看,早期区域性夷平和剥蚀过程中主要为垂向卸荷,后期河流深切过程中主要为向河谷方向的侧向卸荷,这表明该地区河谷岩体既受早期的垂向卸荷改造(浅生改造),也受后期河谷下切的侧向卸荷改造(表生改造)。

(3)地壳抬升速率与斜坡变形破坏

浅(表)生改造的实质是剥蚀卸荷引起应力场改变而发生,地壳抬升速率或幅度越大,在河流动力作用下越容易形成高陡边坡,河流下蚀引起的侧向卸荷作用越强,越易引起岩土体中应力场的巨大改变,斜坡岩土体也越易产生弹塑性变形或碎裂变形。虎跳峡地区地壳运动表现为隆升,金沙江不同地段河谷隆升速率具有明显的差异,这种差异引起的斜坡变形破坏程度如何?具有什么样的规律性?为揭示这些问题,作者收集了研究区不同位置Ⅳ阶地的抬升幅度,并换算成年平均抬升速率,然后采用克里格法(Kriging method)进行网格化处理,并绘制出河谷区抬升速率等直线图,最后与斜坡变形破坏体的点信息进行空间映射分析(图3.3.5)。图中可以明显地识别出地壳隆升速率由高到低的区域变化趋势,其中河谷抬升速率的高值区与斜坡变形破坏体的密集分布区重叠(如虎跳峡谷一带),变形破坏体数量占研究区总数的35.4%,抬升速率低的地段斜坡变形破坏程度相对较低(如三仙姑一带),变形破坏体数量仅占总数的6.2%。

图3.3.3 侧向卸荷作用下岩体中发育的拉张裂隙

为了进一步分析地壳抬升速率与斜坡变形破坏体的发育频度和规模之间的关系,对地壳抬升速率与斜坡变形破坏密度及模数进行了统计对比(图3.3.6)。研究表明,斜坡变形破坏密度和模数与地壳抬升速率的递增趋势基本吻合,格子村至石鼓一带地壳抬升速率(0.2~0.25mm/a)较低,相应的河谷岸坡变形破坏体发育程度不高,变形破坏密度和模数分别为0.1个/km和100×104m3/km;当抬升速率>0.35mm/a时,斜坡变形破坏密度和模数均显著增大,如虎跳峡谷区平均抬升速率为0.35~1mm/a,斜坡变形破坏密度和模数分别达到0.55个/km和420×104m3/km,这个量值可作为地壳抬升速率快慢程度的分级判据。综合分析认为,地壳抬升速率控制斜坡变形破坏体的发育程度,抬升速率越大,河流下切速率越快,从而引起河谷侧向卸荷作用越强,斜坡越容易产生失稳破坏,并且在抬升速率高的区域斜坡变形破坏体的密度和规模均随之增大。此外,在地壳隆升过程中,峡谷比宽谷更易引起河谷应力场的分异和调整,其改造程度往往大于宽谷,相应的河谷斜坡变形破坏程度更明显,峡谷区斜坡变形破坏平均线密度和线模数分别是宽谷区的4倍和14倍。

图3.3.4垂向卸荷时表生构造发育模式(据王兰生等,1991)

3.3.2 与断裂活动的关系

断裂活动与斜坡变形破坏关系的研究,一直是斜坡系统演化研究中的重要内容之一。在斜坡变形破坏体发育过程中,断裂活动是一个非常重要的影响因子,其对斜坡变形破坏体的形成演化和区域分布具有明显的控制作用。

(1)断裂活动对斜坡变形的影响

断裂错动是地壳内动力作用的一种表现形式,它能在断裂周围产生一定大小且不断变化的位移场和形变场(赵健,1992)。由于地质环境变迁,断裂位移场和形变场将不断变化与积累,无疑对断裂周围地质体的变形破坏产生一定的影响,具体表现在:①断裂活动使地质体内产生破裂,形成节理或裂隙,地质体的完整性遭到破坏,导致岩体的强度和刚度降低,并且裂隙的产生和增多更有助于风化作用和被水软化,加速坡体的破坏速度;②断裂活动引起的垂直位移造成断裂带及其周围地形的高低悬殊,河流沿断裂带发育,下切冲刷明显,切割较深,形成坡体及临空面;随着断裂的不断活动,坡体更陡,临空面更高,结果重力对坡体的作用加强,引起坡体变形和破坏;③断裂活动能导致地下水运动发生变化,水力坡度加大,地下水的冲刷能力提高,造成坡体的稳定性显著降低。

虎跳峡地区断裂构造发育,河谷岸坡岩体受断层活动的影响非常明显,特别是在上虎跳—中虎跳一带,断层活动造成岩体破碎,崩坡、滚石时有发生。图3.3.7为虎跳峡谷左岸虎跳石断裂错动引起灰岩层中发育三组节理裂隙,节理产状分别为173°∠38°,183°∠70°和273°∠70°。受风化作用的影响,岩体更加破碎,在重力或地表水冲刷作用下,碎裂岩石沿坡往下崩落,从而为两家人大型堆积体的形成提供大量的物质来源。图3.3.8为上峡谷右岸F6断裂错动造成大理岩破碎而产生的岩体崩落现象。

图3.3.5 斜坡变形破坏体与地壳抬升速率映射分析图等直线上标注的数字代表平均隆升速率值mm/a

图3.3.6 虎跳峡河段地壳隆升速率与变形破坏体的发育特征对照图

图3.3.7 断裂错动引起灰岩中裂隙发育

图3.3.8 断裂切割岩体产生的岩石崩落

(2)断裂缓冲距离与斜坡变形破坏体

在调查虎跳峡地区断裂的活动迹象时,发现断裂活动最突出的特征是陡崖成带出现,与其相伴生的是各种规模的崩塌、滑坡和岩土体错落现象。在区域上,滑坡、崩塌等斜坡变形破坏现象具有成带性,特别是沿楚波-白汉场断裂和中甸-乔后断裂带非常明显,发生在上述两断裂上的崩滑体占本区斜坡变形破坏体总数的31%。从斜坡变形破坏体空间分布来看,其受控于确定的活动断裂或构造体系,从而形成带状或链状斜坡灾害发育带。

断裂活动对斜坡变形破坏的影响是多方位的,并且具有一定的“距离效应”,即愈接近断裂,岩土体受断裂的影响愈明显;为此,采用断裂缓冲距离(Lan et al.,2004)(off-fault distance)这一概念来分析距离断裂不同范围内斜坡变形破坏的响应。本书统计了研究区斜坡变形破坏体与相距最近的活动断裂的距离,分别进行距离为0~500m、500~2000m、2000~3000m和≥3000m的缓冲区分析(图3.3.9),并与斜坡变形破坏体发生频率之间的关系进行统计分析(图3.3.10)。研究表明,本区斜坡变形破坏体的发生频率随断层缓冲距离的增大而呈现降低的趋势,符合距离衰减的基本规律(即距离断裂越近,断裂位错能量越大,地质体受影响的程度越高;反之,地质体受断裂影响的程度越低)。其中在断裂缓冲距离为500m范围内,变形破坏体的发育频率最大,可占总数的57%,这个距离可作为研究区活动断裂的槛值距离,重要工程设施应尽可能避开这一范围。

图3.3.9 虎跳峡河谷地区断裂缓冲分析

图3.3.10 断层缓冲距离与斜坡变形破坏体发生频率对照图

3.3.3 与地震的关系

地震诱发斜坡灾害的作用机制包括引起地形变化、滑动面形成和老滑动面复活、震动增加土体下滑力、破坏土体结构而减少粘结力、引起地下水位变化、促使土体软化和液化等。在世界上许多中国,地震是引起斜坡灾害的主要动力,地震时产生的强大地震波破坏了地表结构的稳定性,加速山地环境向恶性循环发展。

虎跳峡地区属于中甸-大理地震区的丽江地震带,地震引起的斜坡变形破坏现象也十分丰富。虎跳峡峡谷两岸山高坡陡,岩块临空面陡立,节理、劈理和裂隙发育,在地震作用下容易产生局部、浅表的小型滑坡、崩塌和滚石现象,特别是近期发生的强震在峡谷两岸都触发了大量的斜坡灾害。以1996年2月3日丽江地震(震中离虎跳峡谷约25km)为例,此次地震诱发了大中型滑坡30处、中小型崩塌420处,其中陡峻的虎跳峡峡谷岸坡是崩塌落石密集发育带,高陡岸坡多在50~70°,地震诱发崩塌部位主要发生在山脊或山腰地带,这种现象是地震波所产生的水平分力沿岸坡向上递增的结果,并且有核桃园、本地湾、坟子坪、下落鱼村、拉咱古、滑石板等新滑坡发生(唐川等,1997)(图3.3.11);此外,地裂缝也是本次地震地面破坏地主要形式之一,虽然还没有导致明显的山体滑动,但雨季到来时,雨水沿裂隙渗入,使岩土体软化,加之孔隙水压力迅速增大,斜坡极易产生较大的滑动,使地震灾害进一步扩大。最典型的实例是发生在雨季后10月28日8时8分的滑石板滑坡。滑坡位于长江上游著名的虎跳峡哈巴雪山大具乡一侧,滑坡体长约300m,宽150m,厚30m以上。该滑坡突然下滑300m,冲入金沙江,造成堵江断流达40多分钟。滑坡运动过程激起百米高的尘灰,笼罩住整个大具坝子(约3km2),部分滑坡碎屑体滑冲至金沙江对岸,爬高约100m,并产生超前气浪,折断树木、毁坏庄稼。

图3.3.11 丽江地震崩塌滑坡灾害分布图

就具体某一次地震来说,地震烈度、震级、震中距等与斜坡变形破坏体的发生频率关系密切,因而这些地震动参数可作为岩土边坡一次地震中崩滑灾害的判别要素。但是,从区域斜坡变形破坏发育频率或发生概率的角度来看,地震基本烈度是衡量地震破坏程度的一种宏观标准,在讨论震害总体分布特征时,首先就需要对其地震烈度分布特征进行讨论,不同地震基本烈度范围内,斜坡变形破坏体发育程度也不一样。经统计分析,研究区地震基本烈度与斜坡变形破密度之间存在良好的正相关系(图3.3.12),在Ⅶ~Ⅸ度区基本烈度愈高的地段斜坡变形破坏密度愈大,这说明在高烈度区斜坡发生变形破坏的概率相对较大。

图3.3.12 地震基本烈度与斜坡变形破坏密度

3.3.4 与降雨的关系

本区地处亚热带,但由于NNW向展布的横断山脉对来自印度洋的暖湿气流的阻隔作用,造成金沙江中上游河谷处于干热状态,即所谓的“干热河谷”,形成了特有的气温高、降雨少的气候环境。根据研究区附近部分观测站以及某些特定地点的降雨量数据,采用内插算法可得到本区河谷地带年平均降雨量的空间分布。

降雨是一个变化的、不确定的外动力条件,但是它是自然影响因素中最经常发生的,其作用对河谷斜坡稳定性的影响非常活跃。雨水不仅形成地表径流侵蚀斜坡而改变斜坡形态,还渗入地下增大岩土体容重,大大降低了岩土体的抗剪强度;地下水位升高而产生的动静水压力增大斜坡载荷,斜坡下滑力增大,暴雨和长时间的小雨均可诱发斜坡失稳破坏。例如,研究区滑石板(亦称大塘子)松散堆积体滑坡即为降雨诱发型滑坡的典型实例。在一般情况下,“大雨大滑、小雨小滑”和“雨量愈大的地区滑坡愈发育”的观点正说明了滑坡的发生与降雨量的大小存在正比例关系(丁继新等,2004)。从虎跳峡河段斜坡变形破坏体与区域多年平均降雨量映射分布图(见图3.3.13)可以看出,亦呈现出类似的特点,即年平均降雨量越大的地方,斜坡变形破坏体发育程度越高。比如,其宗-三仙姑河谷年平均降雨量较低,大约在700mm左右,对应的是,该河谷段斜坡变形破坏程度比较低,崩塌、滑坡零星分布;而以龙蟠为中心的降雨集中带(降雨量等直线分布密集),年平均降雨量基本上在750mm以上,斜坡变形破坏程度较高,几个巨大型(>1000×104m3)的滑坡和变形体(如冷都滑坡体、龙蟠变形体等)都分布在此河段。

图3.3.13 斜坡变形破坏体与多年平均降雨量映射分布图

斜坡变形破坏体的发育除了受降雨因素的影响外,还受其他内、外动力地质作用的影响。因此,尽管研究区斜坡变形破坏体总体上呈现出随降雨量的增大,其发育程度(包括数量、规模或位移量)越高的区域规律,但局部地区也存在一些异常特征。如,在三仙姑上游就出现了几个极大规模(大于1000×104m3)的滑坡堆积体(如士林下村滑坡,0.7×108m3,吉皆乐村滑坡,0.8×108m3)。所以在分析斜坡演变机制时要具体情况具体分析,兼并考虑其他动力作用的影响。

3.3.5 与河流动力作用的关系

在地壳上升区河谷斜坡形成的过程当中,河流动力起着重要的作用,河流不仅是排泄地表水、搬运固体物质的通道,而且河流动力作用冲刷岩石,形成河床、河谷,使岸坡增高,自然释放地应力,同时控制着斜坡的变形与破坏方式(张年学等,1993)。图3.3.14是地壳上升区河流动力作用与岸坡动力分带示意图,映射了河流动力与岸坡动力的作用空间,并再现了河谷斜坡形成的一般过程。从图中可以看出,河流动力直接作用形成的空间,占了河谷空间中相当大一部分,表明它是河谷斜坡演变的重要动力之一。由于河流下切,河谷斜坡的风化、剥蚀和重力变形破坏才能连续不断地进行,反映了河流动力作用在斜坡形成演变中的重要作用。

图3.3.14 河流动力作用与岸坡动力分带示意图(据张年学等,1993)

如果不考虑环境条件(如岩性、构造和气候等)的影响,仅从动力学的观点来看,河流动力作用的强弱与其能量的大小成正相关,能量越大,河流动力作用强度越强,反之,河流动力作用强度则越小。根据物理公式Q=mgΔh,可知河流势能的大小与河流的落差Δh成正比,说明河流动力作用的强弱与河流的落差有着本质的内在联系。然而,对于具有相同落差的河流来说,如果河流的长度不一致,则河流动力作用的效应是不相同的。因此,为了综合概化河流落差和长度的影响,本文采用河床纵比降这一指标来表征河流动力作用的强度特性,并对斜坡变形破坏体与河床纵比降的相关性进行了映射分析(表3.3.2)。研究表明,随着河床纵比降增大,斜坡变形破坏体发育频率有所增加,其中在河床纵比降最大的虎跳峡地段,斜坡变形破坏体最发育,可占总数的35.38%,三仙姑-石鼓段河床纵比降最小,斜坡变形破坏体相对不发育,仅占总数的6.15%。当河床纵比降>0.78%时,其中发育的斜坡变形破坏体可占总数的85%,说明斜坡变形破坏体多发育在河谷陡峻地段。事实上,纵比降大的地段,河床底部处于强烈下切状态,并导致河谷与岸坡间重力势能增大,于是较高的重力势差为河谷斜坡变形破坏创造了基本运动条件。

表3.3.2 斜坡变形破坏体与河床纵比降映射成果

总的来说,河流动力作用的影响是长期的、缓慢的,不易直接观察出它的作用。研究表明,某一河谷斜坡通常要经过上万年的时间才发生作用(张年学等,1993),这似乎是不明显、不起眼的、不重要也不引人注意的作用,常为人们忽略,但通过上述分析看到,河流动力作用也是研究区河谷斜坡改造演化的主要动力,因此,在进行斜坡变形破坏的动力成因机制分析时必须考虑河流动力作用的影响和制约作用。

3.3.6 与风化作用的关系

暴露于地壳浅表层的岩石,在太阳辐射、大气、水和生物等自然营力作用下而逐渐受到风化,表现为机械崩解或化学分解。岩体遭受风化后,其完整性被不同程度地破坏,岩体中原有裂隙被扩大,产生新的风化裂隙,使完整岩体变为破碎结构岩体,甚至散体结构土体。岩石矿物成分也会产生变化,产生新的矿物如粘土矿物等,改变了岩体的性质,力学强度明显降低,加上其他各种动力因素的相互影响和共同作用,斜坡变形破坏程度明显增加。

风化速度主要取决于岩石抗风化能力,而岩石抗风化能力与气候、地形、岩性、结构构造关系极为密切。其中,气候的影响主要包括气温和降雨两个方面,气温的高低对于岩石的机械破坏程度、各种化学反应的速度以及生物界新陈代谢速度都有重大影响,尤其是高海拔地区的阳光暴晒将会对岩体产生较大的破坏;而降雨量的多少关系到水在风化作用中的活跃程度,降雨越多,它对岩体的破坏作用就越强。地形的影响主要包括地形的起伏程度、地势高度和山坡朝向,地形起伏大的山区,各种风化产物易于被各种外部营力带走,难于停留于原地,因而基岩裸露,物理风化作用强烈,表现为山坡上岩体风化程度大于河谷区岩体风化程度;地势高度和山坡朝向则通过气候变化而影响岩石的风化程度。岩性对岩石风化速度的影响是显著的,一般而言,软质岩石比次硬质、硬质岩石风化速率要快得多。

表3.3.3为研究区各查勘点不同岩性的岩体风化特征,可以看出岩体风化程度随岩性差异而显示明显不均一性。强风化岩体一般顺千枚岩呈带状分布,而石英片岩则表现为弱风化;绢云片岩、绿片岩化玄武岩易风化呈片状剥落(图3.3.15),受地表水冲刷易形成凹槽;厚层结晶灰岩抗风化能力较强,地表基本无强风化,薄层结晶灰岩抗风化能力较弱,强风化深度可达20~50m,岩石风化破坏形成大量松散堆积物(图3.3.16),从另一个侧面也反映了岩体风化受结构构造特征的影响,薄层状岩石风化速率远大于中厚层状岩石,如其宗坝址平硐PD5薄层灰岩及PD6厚层灰岩弱风化深度分别为62m和16m,两者相差近4倍。总体而言,研究区岩石抗风化能力依次为灰岩>玄武岩>石英片岩>绢云片岩、板岩>千枚岩>泥岩,相应的由千枚岩、板岩和片岩组成的斜坡内崩塌、滑坡最发育,占总数的96%,灰岩斜坡内发育的崩塌、滑坡只占4%左右,说明岩石风化作用对斜坡稳定性的影响是比较显著的。

由前述单因相关分析可知,地壳抬升、断裂活动、地震、降雨、河流动力作用和风化作用等内、外动力作用与本区河谷斜坡变形破坏体的发育分布均具有一定的相关关系,只是各动力作用对斜坡失稳破坏的作用机制各不相同,它们或是通过改变岩土体中的应力状态分布,或是通过改变岩土体的力学性能,或者通过改变岩土体的结构特性来影响斜坡岩(土)体的稳定性状况。内、外动力作用控制着斜坡变形破坏的空间发育分布,基本上呈现出动力作用强度越大的区域,斜坡变形破坏体的发育频率、密度或规模越大;反之,则越小。然而,由于各种动力地质作用空间组合的复杂性和分异性,造成斜坡变形破坏体发育的空间差异。

表3.3.3 虎跳峡河段各查勘点岩体风化特征表

图3.3.15 滑石板附近片岩风化剥落

图3.3.16 虎跳峡灰岩风化形成的松散堆积物



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