三峡库区滑坡复活变形对库水位变动响应与成因机制研究

摘要

三峡库区自2003年蓄水后，尤其是蓄水初期大量的滑坡发生了复活变形。随着近年来水位维持在175m-145m运行，库区少有滑坡发生重大险情。滑坡产生滑动变形的因素之一为库水位的变动改变了滑坡岩土体的力学状态，而作为滑坡关键因素之一的滑带土，其受库水位的作用对滑坡稳定性影响很大;库区滑坡近年变形数量一直处于较低水平，其中滑带土的强度恢复是滑坡稳定性提高的重要原因之一。
　　本文分析了库区滑坡对库水位变动的变形响应规律，选取了2处典型滑坡滑带土，通过室内三轴试验、固结试验以及剪切试验，对三峡库区滑坡滑带土在库水位升降过程中的变形特性以及强度变化有了更深入的认识，主要得到以下结论:
　　(1)三峡库区滑坡复活变形与水位运行阶段具有相关性:①从2003年135m蓄水至2009年首次173m水位下降，每期水位变动都会引发库区大量的古、老滑坡的复活变形，尤其是2007年-2009年水位下降期间，滑坡变复活形数量多，变形程度大;②水位下降阶段滑坡变形响应大多具有滞后性，滞后时间为2-3个月，汛期降雨能够加剧滑坡的变形;③2009年173m蓄水至2015年水位降至145m期间，库水位变动下滑坡复活变形数量逐渐减少，变形程度也逐渐减小，仅在个别年份的水位下降阶段，有少量滑坡发生变形，滑坡表现出自适应调整的特征。
　　(2)结合有效应力原理，通过室内三轴常偏应力排水剪切(CSD)试验，模拟浮托减重型滑坡因水位上升导致滑坡发生变形这一过程，分析其变形机理。试验结果表明，总应力不变，孔隙水压力增加，有效应力降低，滑带土试样剪应变呈“跳跃式”增长，剪应变速率较大，体应变发生弹性膨胀，试样内部结构变化，抗剪强度降低。宏观上对应的是，浮托减重型滑坡库水位上升，滑坡体有效应力降低，即抗滑段的抗滑力降低，稳定性降低，滑坡可能产生变形。
　　(3)通过对比三峡库区2003年蓄水以来各期蓄水阶段以及水位175m-145m正常调度运行期间库区滑坡的变形响应特征，发现库区滑坡具有自适应调整能力，库水位作用下滑坡主要通过两种方式进行自适应调整:①因水位上升和下降导致的干湿循环和渗透侵蚀，使滑坡体水位变动带岩土体渗透系数增，使水位下降导致的渗透压力减小;②干湿循环产生的排水固结和坡体变形压缩使得坡体岩土体尤其是滑带土强度再生，稳定性增加。
　　(4)通过滑带土固结、剪切试验，证实了库水位升降导致滑带土的强度再生现象。再生强度与含水率、再固结应力有关，藕塘滑坡粘聚力、内摩擦角的最大再生率分别为93.03％、72.86％，三马山滑坡粘聚力、内摩擦角的最大再生率分别为92.78％、85.53％。残余状态下滑带土的粘聚力、内摩擦角的强度再生，使滑带土抗剪强度逐步提高，由此导致滑坡稳定性的恢复。
　　(5)通过滑带土试样剪切面微观结构变化，分析了滑带土强度再生机理。残余状态滑带土经过再固结作用，孔隙比降低，颗粒间比表面积增加，土颗粒间作用力提高;滑带土中砂粒可以“锁固”剪切面，提高摩擦强度;粘土矿物为主的滑带土重新胶结，提高了粘聚力，粒状方解石矿物为主的滑带土颗粒相互咬合，提高了摩擦强度。再固结产生的强度是由于土颗粒结构的改变而产生的，为结构强度，会随着结构的变化而变化。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．1．1 选题依据

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 三峡库区滑坡变形失稳机制

1．2．2 滑带土的土水作用特征

1．2．3 滑带土残余强度

1．2．4 滑带土结构强度再生

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线图

第2章 研究区工程地质环境条件

2．1 水文气象

2．2 地形地貌

2．3 地层岩性

2．4 地质构造

2．5 水文地质

第3章 三峡库区滑坡复活变形对库水位变动响应特征研究

3．1 三峡库区2003年蓄水以来典型滑坡变形分析

3．1．1 白水河滑坡

3．1．2 木鱼包滑坡

3．1．3 卧沙溪滑坡

3．1．4 树坪滑坡

3．2 水库蓄水与正常调度对三峡库区滑坡影响分析

3．2．1 滑坡复活变形与库水位变动的相关性分析

3．2．2 滑坡复活变形与库水位升降速率关系分析

3．2．3 库区滑坡不同水位运行阶段响应特征分析

3．3 库水位升降对涉水滑坡稳定性的影响机理分析

3．3．1 滑坡库水位作用类型

3．3．2 不同库水位作用类型滑坡稳定性随库水位升降变化规律

3．4 本章小结

第4章 库水位变动下浮托减重型滑坡复活变形机理的试验研究

4．1 试验目的

4．2 试样选取与基本参数测定

4．2．1 试样选取

4．2．2 基本性质测定

4．3 试验仪器及方案

4．3．1 试验仪器

4．3．2 试验方案及试验步骤

4．4 试验结果分析

4．4．1 应力路径分析

4．4．2 变形特性分析

4．4．3 库区滑坡宏观变形与试验结果对比分析

4．5 本章小结

第5章 三峡库区滑坡复活变形随时间自适应调整机制研究

5．1 三峡库区滑坡复活变形自适应调整成因分析

5．1．1 三峡库区滑坡复活变形自适应特征

5．1．2 滑坡复活变形自适应调整的影响因素分析

5．2 库水位循环升降条件下渗透性变化特征及其对滑坡复活变形的影响分析

5．2．1 三峡库区滑坡渗透系数特征

5．2．2 库水位循环升降条件下滑坡渗透性变化特征分析

5．2．3 水库运行期间渗透性变化对滑坡稳定性和变形的影响分析

5．3 库水位循环升降条件下岩土体强度变化及其对滑坡复活变形的影响

5．3．1 库水位循环升降条件下滑坡岩土体的强度变化

5．3．2 滑带土的强度再生分析

5．3．3 滑带土强度再生试验研究

5．3．4 试验结果分析

5．3．5 滑带土强度再生机理分析

5．4 三峡库区滑坡复活变形随时间自适应调整机制分析

5．4．1 滑坡体渗透性变化

5．4．2 滑带土强度再生

5．5 本章小结

结论

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果