堆积层滑坡卸加载响应比及其稳定性演化特征研究——以八字门滑坡分析为例

摘要

三峡库区是滑坡地质灾害多发地带，该区堆积层滑坡发育。2003年三峡水库蓄水后，库水位从135m上升至175m，导致一部分滑坡部分或全部被库水淹没，库水位周期性的升降变化对滑坡体的渗流场了产生极大的影响，严重威胁着三峡库区滑坡的安全。因此，研究地下水在堆积层滑坡中的动力作用规律和边坡稳定性演化特征既是一个复杂的理论课题，也是一个重大的工程应用课题。
　　本论文以三峡库区为背景，以“国家三峡库区地质灾害防治工程项目(三期)规划阶段调(勘)查”、国家自然科学基金项目：“水诱发堆积层滑坡加卸载响应比参数与位移动力学预测(项目编号：40672182)”和“堆积层滑坡位移矢量角动力学参数与位移多源信息综合预测(项目编号：40872184)”，中国水利水电科学研究院开放基金项目：“三峡水利工程库岸滑坡复合水环境动力特征研究(项目编号：IWHRKF201019)”为依托，以三峡库区典型堆积层滑坡-八字门滑坡为例，建立堆积层滑坡概化模型，在运用大型有限元程序GeoStudio进行数值模拟的基础上，应用卸加载响应比理论分析了地下水在堆积层滑坡中的作用规律，获得了以下认识：
　　1.通过对三峡库区典型堆积层滑坡的地质调查，并对堆积层滑坡的基本特征及位移动力学特征进行了归类、分析与总结。
　　2.通过分析三峡库区降雨分布规律及水库蓄水情况，发现降雨和库水位变化是引发滑坡地下水位变化的主要动力诱发因素，并对地下水在堆积层边坡稳定性中的作用规律进行了分析。
　　3.本文提出非线性卸加载响应比理论，并将其运用到堆积层滑坡预报中，探讨了将地下水位变化作为该类滑坡的卸加载动力参数的可行性，从而确定了该类滑坡的卸加载参数、卸加载响应参数以及卸加载响应比。
　　4.本文运用数值模拟方法和饱和-非饱和渗流基本理论，对地下水在堆积层边坡中的动力作用进行了模拟。分析了地下水渗流场的分布规律，渗流场-自重应力场耦合作用下的应力场、位移场分布规律，得出了堆积层边坡概化模型的稳定系数随着库水位上升逐渐增大，稳定系数随着库水位下降逐渐减小的规律。
　　5.本文将地下水位变化作为该类边坡的卸加载动力参数，边坡位移变化、位移速度及位移加速度作为其卸加载响应参数，从而确定了该类边坡的卸加载动力参数、卸加载响应参数以及卸加载响应比。通过研究卸加载响应比与边坡稳定性演化特征的关系，得出了以下规律：若卸加载响应比一般以1为基点上下波动，且偏离1程度不大，则说明边坡处于稳定阶段；若持续小于1，则表示边坡向失稳状态转化；若卸加载响应比远小于1，且逐渐趋近于0，则表明边坡即将失稳。
　　6.本文最后以湖北省秭归县八字门滑坡为实例，计算得出的滑坡稳定性结果与通过实际监测数据计算得到的卸加载响应比评价结果相吻合，进一步验证了卸加载响应比理论在堆积层滑坡预报中的有效性。