降雨入渗对青杠林滑坡地下水渗流场及稳定性的影响

摘要

滑坡是我国常见的地质灾害之一，西南地区尤为严重，滑坡的成因复杂，危害性极强，其中降雨是滑坡发生变形破坏的主要因素。青杠林滑坡位于巴中市南江县高桥乡，处于东南-西北向两支沟之间，前缘支沟形成上宽下窄的收口地形，西南高东北低，斜坡表部为松散堆积层。根据对青杠林滑坡的现场调查得知该滑坡发生在雨季，且每次产生新的变形以及变形加剧时均发生在降雨的情况下，目前还没有在降雨条件下对青杠林滑坡的稳定性进行深入的研究。因此，对降雨条件下青杠林滑坡稳定性的研究非常有必要。
　　本文将青杠林滑坡作为研究对象，通过野外地质调查方法及地质钻探等方式查明了青杠林滑坡的边界、规模、形态特征以及滑坡体物质结构及其变形特征;通过野外现场试验及室内力学试验获得了青杠林滑坡体的渗透性质以及物理力学参数;然后对青杠林滑坡的渗流场变化进行了分析，最后通过极限平衡法及强度折减法，对青杠林滑坡的稳定性进行了分析，所得认识及结论如下:
　　(1)青杠林滑坡所在山体属于低山地貌，其平面形态呈长舌状，形态较规则，主滑方向340°，滑坡前缘土体鼓胀变形，中部边界处房屋围墙倾倒，后缘有崩坡、残坡堆积体。滑坡纵向斜长约240m，宽度在150m左右，总面积约3.6万m2，平均厚度约为9m，规模约32.4万m3，属中型蠕滑-拉裂式土质滑坡。
　　(2)通过钻探揭露了青杠林滑坡的地层岩性及物质结构，滑体物质主要分为两层，上部一般为紫红色粘土夹少量碎块石，下部为碎块石土，其母岩成分主要为砂岩、粉砂岩、泥岩等;地层岩性为侏罗系上统蓬莱镇组(J3P)泥岩、砂岩互层，从上至下呈全-强-中风化。
　　(3)现场调查表明:青杠林滑坡为一新滑坡，滑坡中部基本稳定，但后部和前部都有不同程度的滑动变形迹象，滑坡的后部有崩坡积体，崩坡积物以大块石为主，块径20-80cm，母岩成分以砂岩为主，多堆积于滑坡右后侧;滑坡前缘附近变形明显，土体鼓胀变形，多处田坎下挫，并有渗水现象，路面塌陷及挤压破坏现象明显;滑坡两侧发育有十多条长度几米到几十米不等、宽度10-20cm不等的裂缝，存在整体滑动失稳的可能。
　　(4)进行了原位双环渗透试验，得出青杠林滑坡体渗透系数约1.52×10-3cm/s～1.96×10-3cm/s，属于中等透水，大气降水较易渗入青杠林滑坡体，使该滑坡体地下水得到较好的补给，而由于下伏基岩为砂泥岩互层，其弱透水性形成了相对隔水层，导致雨水入渗后易在滑体内富集，土体抗剪强度降低，对滑坡稳定性造成不利影响。
　　(5)在青杠林滑坡体设计了地下水示踪试验，该种试验在滑坡体上的应用相当少，本文利用该试验得到了坡体内地下水平均流速约为0.79m/h。试验结果说明地下水是沿着特定的通道径流，推测该特定通道为滑坡的滑面。因此当出现降雨天气时，雨水入渗到青杠林滑坡体后能够沿滑面渗流，进一步降低坡体稳定性，加快滑坡体的变形破坏。在青杠林滑坡体所设计的地下水示踪试验为滑坡变形破坏的定性分析提供依据。
　　(6)根据研究区当地气象条件，设计不同的降雨方案，分析了青杠林滑坡的地下水渗流场变化规律，得到结果如下:
　　①降雨时间相同时，降雨强度增大，孔隙水压力等值线从线性分布变为弯曲分布，表层土负孔隙水压力逐渐减小，当降雨强度大于土体渗透系数时，土体达到暂态饱和状态，在这之后，孔隙水压力未出现明显变化;
　　②当降雨强度一定时，随着降雨时间的持续，滑坡体表层土体基质吸力减小，基质吸力闭合区域逐渐缩小直至消失，同时地下水位逐渐升高;
　　③一次强降雨过程中，地下水位线在坡脚处抬升明显;降雨停止后雨水仍在坡体内渗流，基质吸力闭合区逐渐贯通并消失，孔隙水压力等值线逐渐变为线性分布，地下水逐渐恢复到天然状态;
　　④总降雨量相同情况下，降雨强度小、历时长的降雨方式时雨水更易入渗到滑坡体内，而短时间的强降雨，表层土体容易达到饱和状态，降雨入渗不充分。
　　(7)设计不同降雨方案对青杠林滑坡体的稳定性进行了分析，得到了其稳定性变化规律:
　　①相同降雨时间(48h)，滑坡体稳定性系数随着降雨强度的增大而减小，在降雨前期（12h内）减小速率较小，雨强越大，减小速率越大;
　　②降雨强度相同时(18mm/d)，滑坡体稳定性系数随着降雨时长的增加而逐渐减小，但滑坡体均处于基本稳定状态。
　　③一次强降雨(117mm/d)过程中青杠林滑坡体稳定性系数不断下降，降雨停止后24h稳定性系数下降到最小值(1.04)滑坡体处于欠稳定状态，48小时后又呈缓慢上升趋势。
　　④总降雨量相同(230mm)，各种降雨组合下其稳定性系数差别较小，雨强小、长历时降雨方式稳定性系数最小，对滑坡体稳定性最不利。
　　(8)通过FLAC3D软件的强度折减法，计算分析了在天然状态及降雨条件下青杠林滑坡的稳定性，并进行了对比，得到了滑坡体的位移场、应力场等分布规律，在持续3天降雨量136mm的工况下，处于欠稳定状态。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据与研究意义

1．2 国内外研究现状评述

1．2．1 降雨入渗研究现状

1．2．2 降雨入渗条件下滑坡稳定性研究现状

1．3 主要研究内容和技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 区域自然地理与地质环境条件

2．1 自然地理条件

2．1．1 地理位置及交通条件

2．1．2 气象与水文

2．2 地质环境

2．2．1 地形地貌

2．2．2 地层岩性

2．2．3 地质构造与地震

2．2．4 水文地质特征

第3章 青杠林滑坡基本特征及变形机理分析

3．1 滑坡边界与规模特征

3．2 滑坡结构特征

3．2．1 滑体特征

3．2．2 滑床特征

3．2．3 滑动带特征

3．3 滑坡变形特征

3．4 滑坡变形因素

3．4．1 内在因素分析

3．4．2 外在因素分析

3．5 滑坡变形机理分析

第4章 滑坡岩土体渗透性及物理力学性质研究

4．1 青杠林滑坡体渗透性研究

4．1．1 原位双环试验目的

4．1．2 试验仪器选择

4．1．3 试验方案设计

4．1．4 结果处理与渗透性分析

4．2 地下水运移研究

4．2．1 示踪试验目的

4．2．2 示踪剂的选择

4．2．3 投放点、观测点设置

4．2．4 示踪剂投放

4．2．5 地下水取样、测试

4．2．6 地下水平均流速分析

4．3 岩土体物理力学试验

4．3．1 滑体、滑带土物理力学性质

4．3．2 滑床岩体物理力学性质

第5章 不同降雨条件对青杠林滑坡渗流场的影响

5．1．1 饱和-非饱和渗流达西定律

5．1．2 斜坡降雨入渗基本理论

5．2 不同降雨条件对滑坡渗流场影响的模型建立、方案设计

5．2．1 模拟方法简介

5．2．2 模型的建立

5．2．3 模型计算方案设计

5．3 不同降雨入渗对滑坡渗流场的影响分析

5．3．1 天然状态下滑坡渗流场

5．3．2 不同降雨强度对滑坡渗流场的影响

5．3．3 降雨持续时间对滑坡渗流场的影响

5．3．4 一次强降雨过程滑坡渗流场的变化

5．3．5 总降雨量相同条件下滑坡渗流场的变化

5．4 本章小结

第6章 不同降雨条件对青杠林滑坡稳定性的影响

6．1 降雨条件下斜坡稳定性分析理论

6．1．1 斜坡稳定性分析方法概述

6．1．2 非饱和土抗剪强度公式

6．2 降雨条件下青杠林滑坡稳定性极限平衡分析

6．2．1 参数取值及计算方案

6．2．2 降雨强度对青杠林滑坡稳定性影响

6．2．3 不同降雨历时青杠林滑坡稳定性分析

6．2．4 一次强降雨过程青杠林滑坡稳定性分析

6．2．5 相同总降雨量下青杠林滑坡稳定性分析

6．3 青杠林滑坡变形及稳定性分析

6．3．1 计算方法概述

6．3．2 计算模型建立

6．3．3 参数取值及计算方案

6．3．4 剪应变增量云图分析

6．3．5 应力场分析

6．3．6 位移场分析

6．3．7 最大不平衡力演化历史

6．3．8 稳定性计算结果

6．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果