库水联合降雨作用下三峡库区树坪滑坡复活机理研究及预测评价

摘要

三峡水库蓄水后,库区滑坡、崩塌等地质灾害频发,据有关统计,水库大型涉水复活型滑坡达数百处。水库蓄水将显著改变库岸的地质条件,特别是库水的周期性涨落将极大影响到滑坡体岩土体物理力学性质,滑坡土体经常在饱和与非饱和状态之间转换,一些滑坡已近失稳边缘,若库水位变动时遭遇到强降雨,将极有可能诱发滑坡失稳。开展库水联合降雨作用下涉水滑坡的复活机理研究涉及到工程地质、饱和与非饱和土力学等不同学科,由于资料缺乏,很少有人能将现场监测数据、土力学试验与数值模拟等结合起来对典型水库型滑坡开展研究,因而很难揭示库水联合降雨作用下涉水滑坡的复活机理。
　　本文以三峡库区树坪滑坡为研究对象,采用非饱和土力学理论,对库水联合降雨作用下树坪滑坡的复活机理进行研究,主要开展的工作包括:①通过对野外宏观巡查资料及监测资料的分析,获得树坪滑坡的稳定性现状及有限元模拟初始条件,利用GPS监测资料并应用时间序列分析方法建立预测模型;②由树坪滑坡饱和渗透性系数试验结果结合室内常规物理试验,利用Geo-Studio软件反演程序得到树坪滑坡非饱和水力参数;③建立树坪滑坡三维地质模型,采用有限元软件ABAQUS,由滑坡关键点的位移反演得到滑坡体抗剪强度参数;④建立树坪滑坡在库水变动联合降雨作用下有限元计算模型,运用Geo-Studio数值模拟软件对树坪滑坡在库水及降雨作用下的复活机理进行研究探讨,主要有以下结论:
　　1)GPS监测资料分析可知:树坪滑坡主滑区GPS位移变形曲线呈阶跃状,主剖面中前部变形远大于后部变形,数年的库水位下降期滑坡呈快速变形状态,库水位上升期滑坡体变形减缓,具有典型动水压力型滑坡特征,库水位下降是滑坡变形的最主要因素。地表裂缝监测数据表明:树坪滑坡前部主要处于张拉变形状态,后部处于压缩变形状态,滑坡变形主要受库水位升降作用影响,降雨对滑坡变形的影响较小,水库正常蓄水后,滑坡中前部及前缘变形模式主要为整体变形,结合 GPS监测数据及自动位移计数据分析可知树坪滑坡先由前部变形牵引后部滑动,具有牵引式滑坡的特征。
　　2)应用二次移动平均法对树坪滑坡GPS监测点ZG85、ZG86总位移进行处理,提取趋势项位移,并利用总位移得到相应时期内的周期项位移,对趋势项位移利用GM(1,1)灰色模型进行预测,对于周期项位移利用AR(?)自回归模型进行预测。将趋势项预测值与周期项预测值累加得到总预测值,并与实测总位移值进行对比,预测结果与实测结果基本一致,显示树坪滑坡变形趋势有加剧变形的迹象。
　　3)钻孔地下水位监测数据表明树坪滑坡前缘地下水位随库水位涨落保持一致,但地下水位上升及下降速率均小于库水位变动速率,这就造成库水位上升时滑坡体内出现有利于滑坡体稳定的动水压力,库水位下降时,滑坡体内外的水头差将产生不利于滑坡体稳定的动水压力。
　　4)选取主剖面变形较大的监测点ZG85、ZG86及变形影响区的监测点ZG88作为树坪滑坡关键位移监测点,根据树坪滑坡平面图及剖面图建立三维有限元地质分析模型,利用ABAQUS软件反演分析得到树坪滑坡抗剪强度参数C=17kPa,?=18?。
　　5)通过Geo-Studio软件对库水变动联合降雨作用下树坪滑坡渗流场、应力场及位移场进行了模拟分析。分析结果表明:①库水位变动对树坪滑坡中前部地下水位有一定的影响,地下水位随库水位波动基本一致,地下水位略有滞后。库水位下降时,地下水位线表现出上凸的趋势,库水位上升时,地下水位表现出下凹的趋势。②库水位下降对树坪滑坡中前部应力及变形有很大影响,有效主应力减小与变形均集中在滑坡体中前部,强降雨对树坪滑坡的应力场及位移场影响较大,主要集中在滑坡体表层,且强降雨对滑坡的影响具有持久性。③树坪滑坡稳定系数随库水位波动趋势一致,库水位下降时,树坪滑坡稳定系数逐渐下降,库水位上升时,滑坡稳定系数又呈上升趋势,表现出典型的动水压力型滑坡特征。当库水位下降时遭遇50年一遇强降雨时,滑坡稳定系数很快下降到1以下。
　　6)树坪滑坡的发生是由滑坡内因和外因的共同作用的结果,其中内部因素是滑坡形态及滑坡组成结构,外因主要为库水位升降及降雨作用。监测结果和数值模拟均表明库水位下降时,由于滑体渗透性系数较低,导致滑坡体内地下水位下降滞后于库水位,造成坡体内外的水头差,产生的动水压力指向滑坡临空面,将不利于滑坡稳定性,且库水位下降速度越快,滑坡变形越快,同时又由于坡体较陡峭,滑坡下部滑动时使滑坡上部失去支撑,又存在一个牵引作用。库水位上升时,指向坡体内部的动水压力在一定程度上有利于滑坡坡体的稳定性。由于滑坡体内渗透性较差,降雨极难入渗,对地下水位的抬升也有限,降雨主要对滑坡体表层土存在影响,监测结果与数值模拟都说明了这些问题。由此可知:库水位下降是影响树坪滑坡稳定性的最重要因素。

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1 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容和技术路线

1.4 本文主要贡献

2 树坪滑坡结构及变形特征

2.1 树坪滑坡地质特征

2.2 树坪滑坡变形特征

2.3 滑坡变形诱发因素

3 树坪滑坡监测及成果分析

3.1 变形监测

3.2 树坪滑坡变形预测

3.3 地下水位监测

3.4 小结

4 滑坡体计算参数确定

4.1 渗流分析非饱和渗透性参数确定

4.2 树坪滑坡抗剪强度参数反演

5 三峡库区树坪滑坡库水与降雨联合作用复活机理数值模拟研究

5.1 库水与降雨作用机理及渗流理论

5.2 树坪滑坡库水与降雨联合作用下渗流场模拟

5.3 树坪滑坡应力及变形模拟结果及分析

5.4 树坪滑坡稳定性分析

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著