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福建省台风降雨型千亿国际网页版登录入口机理分析
 
作者:吴道荣 周伟栋 王国民   来源:   时间:2012-03-09   浏览量:6564次

摘要:通过对台风降雨型千亿国际网页版登录入口形成机理分析和定性、定量分析地下水对滑坡的稳定性影响,得到强降雨入渗导致的土体力学参数的变化以及静水压力、动水压力的变化和斜坡的安全系数降低关系;地下水渗透压力以及滑带土力学参数是影响滑坡稳定性的敏感因素,并由此提出千亿国际网页版登录入口的防治对策。

关键词:台风;降雨;地下水;千亿国际网页版登录入口

前言

福建省地处东南沿海,临西太平洋,是受台风登陆影响较严重的省份,台风带来的降雨具有降雨时间长、降雨强度大等特点;并且福建省山地丘陵面积广,约占全省陆域面积80%以上,山坡坡度大,残坡积土发育,厚度较大。在台风暴雨袭击时,造成全省滑坡、崩塌、泥石流等突发性千亿国际网页版登录入口频发。2006年,台风“珍珠”、“碧利斯”、“格美”、“桑美”等都给福建带来特大暴雨,引发3000多处的千亿国际网页版登录入口,严重危害人民群众生命财产安全。由于突发千亿国际网页版登录入口的发展、发生具有复杂性,防治难度大,本文通过对台风降雨型千亿国际网页版登录入口形成机理分析和降雨、地下水对斜坡的稳定性影响分析,并由此提出千亿国际网页版登录入口的防治对策。

1、地形地貌

福建省境内山岭耸立、中、低山、丘陵起伏,河谷和盆地错综其间。全省地势西北高、东南低,从西向东由闽西大山带---闽中大谷地---闽中大山带---沿海丘陵、平原,构成高---略低---中高---低的格局。山脉受地质构造控制而多呈北东、北北东走向,主要山脉有武夷山、鹫峰山、戴云山,博平岭、玳瑁山、太姥山等,最高峰武夷主峰黄岗山海拔2158m。区内断块山、断层崖和断裂谷等断层地貌发育。河谷形态多呈串球状,峡谷与盆地相间排列。

残坡积土体厚度大的地区主要分布在本省中北部地区,主要为老变质岩系地层,构造作用及风化作用较为强烈,土层结构松散;闽东南地区主要为侵入岩和火山岩,风化作用强烈,残坡积层广泛分布,厚度中等;其余地区主要分布沉积岩和火山岩,风化作用一般,残坡积层厚度较小。

2、台风暴雨分布特征

福建省属南亚热带和中亚热带海洋性季风气候,雨量丰富。处于台湾海峡西岸,是受台风登陆影响较严重的省份,在国内仅次于广东、海南、台湾省,位居全国第四。登陆影响我省的台风,主要来源于西太平洋海域,登陆影响路径主要有三种方式:(1)穿越台湾海峡正面袭击我省,此种方式对全省沿海地区均有影响,威胁最大。(2)台风登陆广东汕头一带后转而进入我省南部,此种方式对我省闽南地区和龙岩地区影响较大。(3)台风登陆浙江一带后转而进入我省东北部,此种方式对我省闽东地区影响较大。台风登陆一般均会伴随出现暴雨,其暴雨强度主要与台风强度、路径、移动速度与地形有关。与地形地貌条件有关,台风接近大陆或登陆后,受到沿海丘陵岛屿与闽西大山带、闽中大山带等大陆山脉的阻滞和迎风坡的抬升作用,常造成局部地区的特大暴雨。据台风暴雨过程降雨量资料统计,我省台风暴雨过程降雨量高值区主要有三个区域:一处在闽东蕉城、福安、寿宁、周宁、柘荣一带;一处在泉州市的永春、安溪、南安、晋江、惠安一带;另一处在龙岩市的永定及漳州、漳浦一带。

3、千亿国际网页版登录入口分布特征

全省台风降雨型千亿国际网页版登录入口以小型土质滑坡为主,其次为土质崩塌和泥石流。从空间分布上看,主要受地形地貌、土体厚度和异常暴雨降雨区的制约,导致各县(市、区)均有千亿国际网页版登录入口分布,千亿国际网页版登录入口较发育的主要县(市、区)有:闽北的顺昌、延平、建瓯、武夷山、政和;闽西北的建宁、泰宁、将乐、沙县;闽中地区的罗源、闽清、闽侯、永泰;闽东的福鼎、柘荣、福安、周宁、寿宁、古田;闽东南的安溪、永春、德化、南安、仙游及闽西的漳平、连城、上杭、武平。

从垂向分布来看,海拔50-500m丘陵地带千亿国际网页版登录入口最为发育,占调查统计数的58.3%500-1000m低山地带占35.2%;这主要是由于在此海拔高度范围沟谷切割大、人类工程活动较为强烈、临空面发育的缘故。而在海拔大于1000 m的中高山和沿海小于50 m的平原台地千亿国际网页版登录入口相对不发育,前者虽沟谷切割大、临空面发育,但一般均为岩质斜坡、植被较好、人类工程活动不剧烈;而后者由于地势较为平坦、斜坡临空面小。

从时间分布来看,千亿国际网页版登录入口发育分布与每年的台风型暴雨、强降雨密切相关,并且呈正相关的关系。福建省台风多基本在5---9月份登陆,千亿国际网页版登录入口多数相应发生于台风暴雨过程中或滞后几天。

2006517日台风“珍珠”,造成南平市延平区过程降雨量为329mm,诱发滑坡28多处,连城县过程降雨量为276.5mm,诱发滑坡55多处,漳平县过程降雨量为293.7mm,诱发滑坡20多处。

4、降雨诱发突发性千亿国际网页版登录入口机理分析

影响千亿国际网页版登录入口发生的因素主要包括地质构造、岩土性质、地形坡度、地貌分区、人类工程活动等。在一定时期内这些影响因子可以看成是相对固定的。而对于降雨因素由于其时空变化较大而成为影响滑坡、崩塌、泥石流等突发性千亿国际网页版登录入口的一个很重要的诱发因子。

以下以土质滑坡为例,分析千亿国际网页版登录入口的成因机理。对于一个特定斜坡表面的植被、坡面形态、斜坡地质结构、各种层面和节理等不连续面的空间组合、弱()透水层分布等因素影响地下水的时空分布及变化。当台风降雨强度超过坡面覆盖物的下渗能力时,超渗雨水形成坡面流,造成对坡面的冲刷;随着降雨不断向坡面下渗,当土体达到饱和且其下为弱()透水层时,部分水沿坡侧向流动,形成浅层流;若是斜坡发育的各种变形裂缝贯通,降雨将继续向下运行,下渗雨水达到斜坡地下水面,参与地下径流,当地下水位在滑面以上则由于降雨入渗引起的地下水动态变化将极大的恶化斜坡稳定条件。

根据滑坡体内地下水的补给、径流和排泄条件分析,由于地下水受到降水入渗补给,滑坡内地下水动态属非稳定流,坡顶属补给区其地下水水力梯度小于零(H0)、在径流区地下水水力梯度等于零(H=0)、坡脚属排泄区其地下水水力梯度大于零(H0)。因此,在补给区的包气带岩土体的有效应力大于其总应力,该区包气带地下水动水压力增强了岩土体的强度,在坡脚为地下水的排泄区,岩土体承受超强的静动水压力,岩土体的有效应力大大减小,造成斜坡坡脚失稳。当达到临界状态时,即引发滑坡、崩塌等千亿国际网页版登录入口。

4.1、地下水对斜坡稳定性的影响评价

4.1.1、地下水对斜坡稳定性影响定性分析

地下水活动是影响滑坡发育的最主要内在因素之一,特别是当强降雨和台风暴雨时,大量地表水转化为地下水,地下水活动激烈加剧而诱发滑坡。地下水对岩土体产生三个方面的作用:即物理的、化学的和力学的作用。

1)地下水对岩土体产生物理作用表现在对岩土体的软化和泥化作用以及结合水的强化作用。滑带土在地下水的作用下摩擦力减小,剪应力效应增强,导致滑体沿滑面产生剪切运动。地下水对岩土体的软化和泥化作用主要表现在对土体和岩体结构面中充填物的物理性状的改变上,土体和岩体结构面中充填物随含水量的变化发生从固态向塑态直至液态转化的弱化效应,使得滑带的力学性能降低,内聚力和内摩擦角减小。对于包气带土体来说,由于土体处于非饱和状态,其中的地下水处于负压状态,此时土中的地下水为结合水。按照有效应力原理,非饱和土体中的有效应力大于土体的总应力,地下水的作用强化了土体的力学性能,一旦包气带土体中出现重力水时,水的作用就会弱化土体力学性能。

2)地下水对岩土体产生化学作用主要是通过地下水与岩土体之间的离子交换、溶解作用、水化作用、水解作用、溶蚀作用、氧化还原作用、沉淀作用及渗透作用而产生的。分布于福建省的岩石以酸性、中酸性的火山岩、花岗岩、变质岩为主,其岩土体在地下水的长期化学作用下,其中的长石、粘土矿物和暗色矿物发生泥化、淋滤和离子交换作用等,加速了岩土体的风化,使岩土体力学强度降低。

3)地下水对岩土体产生力学作用主要通过孔隙静水压力和孔隙动水压力作用对岩土体的力学性质施加影响。前者通过减小岩土体的有效应力而降低岩土体的强度,在裂隙岩体中的孔隙静水压力可使裂隙产生扩容变形;后者对岩土体产生切向的推力以降低岩土体的抗剪强度。地下水在松散土体、松散破碎岩体及软弱夹层中运动时对土颗粒施加一体积力,在孔隙动水压力的作用下可使岩土体中的细颗粒物质产生移动,甚至被携出岩土体之外,产生潜蚀而使岩土体破坏,这就是管涌现象。

4.1.2、地下水对斜坡稳定性影响定量分析

如上图所示,考虑地下水作用时斜坡计算模型,假定沿滑面取单位宽度计算,不计两侧摩擦力;滑动面和破裂面分别按直线计算,整体呈折线滑动,其中左图为不考虑地下水的作用,右图为仅考虑地下水的作用,其计算公式如下:

第 块的下滑力:

第 块的抗滑力:

     

滑坡的稳定系数为

其中: 为 条块的重量; 为第 条块与第 条块交界面上的静水压力; 为水平地震加速度系数; 为第 条块对第 条块的作用力; 为第 条块所受的渗透力; 为第 条块所受的浮托力; 为安全系数; 为第 条块滑带土的内聚力; 为第 条块滑带土的内摩擦角; 为第 条块滑面与水平面的夹角。

根据静水压力原理,饱和岩土体中任一断面单位面积上作用的孔隙水压力 为: 

式中: 为水的重度; 为该断面平均水头高度; 为有效作用面积系数(其值为01,视该处的充水程度或给水度而定)。孔隙动水压力,也称渗透压力,任一给定范围内单位体积渗流的渗透压力 表示为:

式中: 为水的重度; 为水力坡度,其作用方向与渗流方向一致。

通过对福建省周宁县狮城马头山滑坡、安溪金榜中学后山滑坡、安溪潘田滑坡、顺昌看守所滑坡的安全系数计算验证,得到以下结论:

1)地下水每升高 为滑体厚度),其增大的渗透压力引起滑坡稳定性系数降低0.050.07,地下水渗透压力是影响滑坡稳定性的敏感因素。

2)滑带力学参数的影响地下水影响滑坡体的力学强度改变滑坡体稳定性。若内摩擦角降低1°,则滑坡稳定安全系数降低0.030.08, 滑带土粘滞力 降低1kPa, 滑坡稳定安全系数降低0.030.07。由于地下水的长期浸泡,滑体物质软化导致力学强度降低尤其滑带土的力学参数受含水量变化的影响非常大。

综上所述,不管是地下水对边坡稳定性影响定性分析还是定量计算都表明,由于强降雨入渗导致的土体力学参数的变化和静水压力、动水压力的增大,都极大降低边坡的安全系数。当台风袭击带来降雨量大、降雨强度大的降雨时,即促使大区域性滑坡、崩塌、泥石流等千亿国际网页版登录入口的产生。

5、防治对策

通过千亿国际网页版登录入口机理分析和斜坡安全系数的定性和定量分析,福建省台风降雨型土质滑坡、崩塌等的千亿国际网页版登录入口防治对策主要是采取消除或减轻地表水、地下水的影响,在此基础上可以采取必要的监测预报和简易的支护措施。

(1)消除或减轻地表水、地下水对千亿国际网页版登录入口的诱发作用。修建排水沟,拦截地表水,减少进入滑坡体的地表水量,并及时将潜在滑坡体范围内的地表水排走,减轻地表水对斜坡的破坏;修建截水盲沟和支撑盲沟、开挖渗井或截水盲洞、敷设排水渗管、实施排水钻孔等,以拦截疏导地下水,减轻地下水对斜坡的破坏。

(2)改善斜坡状况,增加斜坡平衡稳定条件。采取“砍头”、“束腰”、“压脚”等措施,即在潜在滑坡体上部削坡减载,在坡脚加填,改变斜坡外形,降低斜坡重心,提高滑坡稳定程度;修建抗滑挡墙、抗滑桩等支挡工程,阻止滑坡体滑动;也可采用各种物理或化学方法,改善滑坡体岩土性质,提高斜坡稳定程度。

(3)加强监测预报。对比较大的潜在滑坡和不稳定斜坡,要设立地表位移和深部位移监测,在暴雨期间要加强警戒,进行有效的灾害预报,对千亿国际网页版登录入口的危险区域,可采取群测群防,加强巡查,及时预报,对于出现异常状况的斜坡和不稳定边坡应适时组织群众转移。

(4)加强千亿国际网页版登录入口气象预报预警,宏观指导区域性千亿国际网页版登录入口防治工作,减少人民生命财产损失。在千亿国际网页版登录入口气象预报预警工作中,要特别注意加强导致区域性滑坡发生的临界降雨量和降雨强度阀值研究。

以上防治对策在福建省近年来台风降雨型千亿国际网页版登录入口防御实践中起到了良好效果。以2006年为例,福建受重大台风影响4次,引发滑坡、崩塌、泥石流等千亿国际网页版登录入口3000多处,通过开展地质气象预警38次和建立了群测群防点6925处,成功预报2000多处,安全转移3万多人,避免了大量的人员伤亡;通过治理地表水、地下水以及改善斜坡稳定状况,消除千亿国际网页版登录入口隐患点600多处,使1万多人的生命财产得到保障。

6、结论

(1)福建省地处东南沿海,山地丘陵面积占全省80%以上,山坡坡度大,残坡积土厚度较大。同时,福建省又是受台风登陆影响较严重的省份,具有降雨过程长、降雨强度大等特点,造成滑坡、崩塌、泥石流等突发千亿国际网页版登录入口频发。

(2)通过降雨型滑坡的机理分析,强降雨入渗导致的土体力学参数的变化和静水压力、动水压力的变化,导致斜坡安全系数降低,促使滑坡的产生。

(3) 福建省台风降雨型土质滑坡、崩塌等的千亿国际网页版登录入口防治对策主要是采取消除或减轻地表水、地下水的影响,在此基础上可以采取必要的监测预报和简易的支护措施;加强千亿国际网页版登录入口群测群防和千亿国际网页版登录入口气象预报预警工作。 

 
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