三峡水库神女溪青石滑坡破坏机制研究

摘要

三峡水库运行期间，库水位每年在145～175m间周期性循环升降，库水对岸坡岩土体形成了周期性浸泡，劣化库岸岩土体的抗剪强度，打破了现有岸坡的稳定性，造成库岸边坡的失稳，因此水库运行过程中掌握岸坡稳定性变化规律及其破坏机制研究成为一个重要的研究课题。论文以三峡库区神女溪青石滑坡为背景，采用室内试验分析、数值模拟及理论分析相结合的方法，分析神女溪岸坡失稳的影响因素，并结合模型试验再现该岸坡破坏过程，通过数值模拟对其进行渗流场、位移场分析，获取该岸坡稳定性变化规律，并建立该岸坡突发性破坏机制，主要取得了以下成果:
　　(1)现场调研选取神女溪青石滑坡不同高程处土体，采用筛分试验、X衍射光谱分析、剪切试验等方法，分析同一岸坡不同高程处土体在库水作用下粒度、矿物成分及土体力学参数的变化特性，得到了神女溪青石滑坡土体强度主要受含水量影响。
　　(2)以神女溪青石滑坡为原型，依据相似理论，建立三峡水库神女溪岸坡破坏机制地质试验模型。拟定库水位升降变化试验工况，通过模型试验，得到岸坡不同高程处孔隙水压力数据及坡体裂缝情况，分析坡体在整个试验过程中的破坏现象，并得出孔隙水压力变化和地下水位变动是影响坡体破坏的主导诱因。
　　(3)根据饱和-非饱和理论，结合试验模型，采用Midas/GTS数值模拟软件，模拟模型坡体和神女溪青石滑坡，获取了水位变动过程中岸坡渗流场、位移场和剪应变增量图演变趋势:水位上升阶段，岸坡孔隙水压力呈上升趋势，坡脚首先出现位移;水位下降阶段，岸坡孔隙水压力呈下降趋势，其靠近滑面处位移量逐渐增加，直至贯通;最大剪应变出现在基岩面与堆积体交界面。
　　(4)应用Midas/GTS采用强度折减法获取的稳定系数与地灾规范算出的稳定系数基本吻合，通过数值模拟及稳定性计算分析出神女溪青石岸坡在蓄水位期间，岸坡稳定性先略微增加后降低。
　　(5)根据地貌演化特征，结合地勘资料提供的变形数据，从神女溪青石滑坡坡脚软化阶段，下部坍塌带动上部蠕动阶段，岸坡后部拉裂阶段，整体下滑阶段四个破坏过程进行分析。基于神女溪青石滑坡地质结构，将145m水位以下部位假定为应变软化区段，145m至175m区段假定为弹性区段;以突变理论、能量原理为基础，构建该岸坡破坏尖点突变力学模型，揭示该类岸坡次级滑坡突发性破坏机制。

目录

声明

摘要

第一章 概述

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 库区地质条件与滑坡分布现状

1．2．2 库水位变动条件下岸坡岩土体参数变化特性

1．2．3 库区滑坡发育机理及稳定性研究

1．2．4 水位变动条件下库区岸坡稳定性数值分析

1．3 当前研究中出现的问题

1．4 论文研究内容及技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 神女溪青石滑坡土体物理力学参数变化特性

2．1 神女溪青石滑坡概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 气象与水文

2．1．3 地质构造

2．1．4 滑坡地形地貌

2．2 土体物理力学参数变化特性

2．2．1 土体粒度成分变化特征分析

2．2．2 土体含水量与抗剪强度参数敏感性分析

2．3 滑坡土体矿物学参数分析

2．4 本章小节

第三章 水位升降作用下神女溪青石滑坡模型试验分析

3．1 神女溪青石滑坡原型土体试验参数

3．2 模型试验原理及参数分析

3．2．1 模型相似比原理

3．2．2 模型土体参数

3．3 模型试验设计与试验过程

3．3．1 模型设计

3．3．2 试验仪器及设备

3．3．3 试验材料

3．3．4 土层填筑

3．3．5 试验过程

3．4 试验结果分析

3．4．1 库水位变化条件下坡体变形特征

3．4．2 孔隙水压力变化规律

3．5 不同工况下试验坡体饱和与非饱和浸润线分布规律

3．5．1 饱和-非饱和渗流计算理论

3．5．2 求解地下水位浸润线计算公式

3．5．3 模型试验浸润线分析

3．5．4 水位升降作用下模型试验数值模拟分析

3．6 本章小节

第四章 库水位升降作用下神女溪青石滑坡稳定性演化分析

4．1 不同工况条件下神女溪青石滑坡数值模拟分析

4．1．1 计算模型

4．1．2 物理力学参数

4．1．3 各阶段模拟结果分析

4．2 岸坡稳定性计算

4．2．1 稳定性计算工况

4．2．2 岸坡稳定性评价

4．3 本章小结

第五章 库水位升降作用下神女溪青石滑坡破坏机制分析

5．1 神女溪青石滑坡变形与破坏特征分析

5．2 神女溪青石滑坡形成各阶段演化分析

5．2．1 坡脚土体浸泡软化机理

5．2．2 滑坡体前缘后退牵引后部拉裂机制

5．3 神女溪青石滑坡次级滑坡突发性破坏分析

5．3．1 突变理论概述

5．3．2 神女溪青石岸坡结构模型

5．3．3 神女溪青石滑坡势能计算

5．3．4 神女溪青石滑坡破坏突变模型

5．3．5 滑坡破坏动力参数

5．4 本章小节

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究中的问题

致谢

参考文献

附录：攻读学位期间参加的科研项目及发表的论文