反倾层状岩质边坡倾倒变形时空演化特征研究

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(1.中国地质大学(武汉) 工程学院，武汉 430074; 2.新疆大学 建筑工程学院，乌鲁木齐 830047)

反倾层状岩质边坡倾倒变形时空演化特征研究

张亮华1，谢良甫2，李兴明1

(1.中国地质大学(武汉) 工程学院，武汉 430074; 2.新疆大学 建筑工程学院，乌鲁木齐 830047)

为研究反倾层状岩质边坡倾倒变形时空演化特征，以硝洞槽岸坡为研究实例，首先在工程地质资料调查分析基础上对岸坡进行倾倒变形空间分区分析，然后基于地表位移监测资料分析岸坡不同区域倾倒变形随时域变化特征，最后对地表离散位移监测点采用距离反权重插值法得出岸坡倾倒变形位移演化云图，综合分析岸坡倾倒变形时空演化特征。研究结果表明：①岸坡前部以水平变形为主，后部以垂直变形为主, 岸坡整体变形受控于前部水平变形；②岸坡中部条带区域变形控制着岸坡整体变形演化过程，岸坡整体变形滞后于岸坡中部变形，中部条带状变形区位移的增加会诱发后期岸坡整体位移的增加，推断该带状区为倾倒变形锁骨段。

反倾边坡；倾倒变形；位移监测；时空演化;调查分析

1 研究背景

反倾边坡工程地质问题在20世纪50年代才逐渐被地质工作者重视并加以研究，国内有学者最早把反倾边坡倾倒变形破坏现象描述为“点头哈腰”等形象称谓[1]。

早期学者对倾倒变形破坏特征研究主要通过对工程实例进行定性地质描述[2-3]，自Talobre(1957)首次对反倾层状岩质边坡倾倒变形破坏实例进行工程地质描述[4]，反倾边坡倾倒变形开始逐渐被关注[5-11]。李树武[12](2012)通过钻孔、平硐的综合勘探布置，从立体形态上查明了乌弄龙坝址右岸倾倒体的边界。Wang等[13](2013)针对三峡库区常见的软弱互层反倾边坡倾倒变形特征进行了系统分析。Goodman[14](2013)系统全面地概述了反倾边坡倾倒变形破坏特征，并通过基底摩擦试验分析了倾倒变形与次生倾倒变形、块体倾倒与弯曲崩塌的差异。Bassa等[15](2014)对西班牙Meirama煤矿一大型倾倒变形体空间破坏特征进行了详细分析研究。

目前针对反倾边坡倾倒变形破坏特征的研究成果较多，但由于反倾边坡倾倒变形是一个受时域、空间呈现不同变化特征的演化过程，因此系统结合倾倒变形时域、空间2方面的变形特征才能全面认清其演化过程。为此，本文通过工程地质调查分析倾倒变形空间变形特征，利用地表监测数据分析倾倒变形时域变形特征，并最终通过GIS分析倾倒变形时空演化特征。

2 项目概况

硝洞槽—郑家大沟岸坡位于重庆市巫溪县中梁乡境内西溪河上游右岸，下游距中梁一级电站(中梁水库)坝址1.2 km。岸坡分布于高程526～1 183 m，宽近700 m，坡面植被发育。坡体中前部地势较陡，地形坡角45°～68°；后部地势相对较缓，地形坡角11°～18°，局部地段可达37°。

现场地质调查与勘探揭露表明，岸坡体岩体主要为三叠系下统嘉陵江组(T1j)和大冶组(T1d)。由于受地质构造作用，岸坡体区域地层发生倒转，坡脚往后缘方向，地层年代由新到老。三叠系下统嘉陵江组(T1j)为薄-中厚层状白云质灰岩，主要分布于岸坡中前部；三叠系下统大冶组(T1d)为薄-中厚层状泥质灰岩，主要分布于岸坡中后部(图1)。

图1 岸坡工程地质剖面图Fig.1 Engineering geological profile of bank slope

3 倾倒变形空间破坏特征分析

岸坡工程地质环境条件分析调查结果表明，硝洞槽—郑家大沟岸坡实质为一弯曲倾倒变形体岸坡，依据地表变形调查分析结果，将岸坡体共分为7个变形区(图2)，并分别调查分析了各分区变形破坏特征(表1)。

表1 岸坡地表变形破坏各分区特征Table 1 Characteristics of deformation in slope surface in different zones

由图2、表1可知，岸坡地表变形明显区主要分布在岸坡前部与后部，其中岸坡前部变形表现为崩坡积体滑移，岸坡中部整体表现为岩层弯曲折断，岸坡后部变形表现为地表拉裂纹、陡坎错落,如图3所示。

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

4 倾倒变形时域变形特征分析

4.1 监测系统布置

岸坡位移监测系统主要包括22个地表位移监测点(图4)。其中岸坡体上17个监测点，岸坡边界外5个；地表位移监测时间为2011年12月份至2013年12月份。

4.2 地表位移监测结果分析

限于篇幅，本文仅选取岸坡中轴线纵剖面分析倾倒变形随时间变化特征。

岸坡中线2—2′纵剖面监测结果(图5)表明：①空间上，水平位移值从岸坡前部至后部整体上逐渐减小，而垂直位移值从岸坡前部至后部整体上则逐渐增加；②时域上，监测前期岸坡前部以水平位移为主，至后期水平位移增速变缓，垂直位移才出现较明显增大趋势，表明垂直位移滞后于水平位移；岸坡后部则与前部变化特征相反，其水平位移滞后于垂直位移；岸坡中部水平位移与垂直位移数值及速率较一致。

图6 岸坡倾倒变形水平位移时空演化特征云图Fig.6 Evolution of horizontal displacement of toppling deformation in spatio-temporal scale

5 倾倒变形时空演化特征

对地表离散位移监测点通过GIS采用距离反权重插值法得出岸坡位移云图，并每隔2月插值出水平位移、垂直位移演化云图(图6、图7)。

图7 岸坡倾倒变形垂直位移时空演化特征云图Fig.7 Evolution of vertical displacement of toppling deformation in spatio-temporal scale

由图6可知:水平变形明显区主要分布在岸坡前部与中部，岸坡前部水平位移明显区呈点状分布，岸坡中部水平位移明显区呈带状分布；岸坡变形周期为12个月，第1个周期内岸坡前部仅中线处变形明显；水平位移演化特征受岸坡中部条带状变形区控制，前4个月岸坡中部变形优势明显，并从右侧向左侧扩展呈带状，后8个月岸坡中部变形优势逐渐减弱，并从左侧向右侧消退呈点状；岸坡前部点状变形区与岸坡中部变形区相互交替共同控制着岸坡倾倒变形演化过程，第2个周期内岸坡前部右侧变形逐渐增加。

由图7可知:垂直变形明显区主要分布在岸坡左后部，变形明显区呈点带状分布，岸坡左前部垂直位移较小；垂直变形变化周期不明显，随时间变化垂直变形逐渐向右前部扩展，表明其变形随时间匀速增加。

图6、图7对比分析结果表明，岸坡整体以水平变形为主，岸坡中部条带区域变形控制着整个岸坡变形演化规律，岸坡整体变形滞后于岸坡中部变形，中部条带状变形区位移的增加会诱发岸坡后续整体位移的增加，此区域为嘉陵江组与大冶组岩层分界处，分界处上下2侧坡体变形特征差异较大，其下部以水平变形为主，上部以垂直变形为主，因此推断该带状区为倾倒变形锁骨段。

6 结 论

通过对岸坡变形工程地质调查及地表位移监测结果分析，主要得出如下结论：

(1) 硝洞槽—郑家大沟岸坡实质为一弯曲倾倒变形体岸坡，依据地表变形空间分布特征，将岸坡地表变形体共分为7个变形区，岸坡地表变形明显区主要分布在岸坡前部与后部，宏观表现为地表拉裂缝、崩坡积体滑移以及岩层弯曲折断。

(2) 岸坡前部以水平变形为主，后部变形以垂直变形为主，岸坡整体变形受控于前部水平变形。

(3) 岸坡倾倒变形演化周期为12个月，前4个月岸坡中部变形优势明显，并从右侧向左侧扩展呈带状，后8个月岸坡中部变形优势逐渐减弱，并从左侧向右侧消退呈点状，岸坡中部条带区域变形控制着整个岸坡变形演化规律，岸坡整体变形滞后于岸坡中部变形，中部条带状变形区位移的增加会诱发后期岸坡整体位移的增加，据此推断该带状区为倾倒变形锁骨段。

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(编辑：赵卫兵)

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

张亮华(1983-)，男，湖北武汉人,工程师，主要从事滑坡稳定性评价及防治工程设计研究，(电话)13451025389(电子信箱)306874587@qq.com。

谢良甫(1988-)，男，湖北荆州人，讲师，博士，主要从事岩土体稳定性及其应用方面的研究，(电话)18639940029(电子信箱)yecyec6970@163.com。

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

TU443

A

1001-5485(2017)11-0112-04