提高三峡水库日降幅对已治理涉水滑坡的影响研究——以巫山至奉节库岸段为例

摘要

三峡工程水库自2003年汛后蓄水以来，由于控制了消落期库水位下降速率(0.6m/d)，10余年来2600多处涉水崩塌滑坡仅有6处(0.23％)大规模崩滑入江，另外591处滑坡均以小规模变形为主，近年来滑坡变形数量和程度出现了减少减弱的趋势。但是严格控制库水下降速率在一定程度上限制了三峡工程综合效益的发挥。鉴于此，是否可以增大三峡水库消落期库水位下降控制速率(拟提高至0.8～1.2m/d)，以提高防洪发、电效益成为了目前亟待研究解决且备受关注的重大问题。本文在通过详细的现场调查，结合收集往期滑坡勘察设计资料，利用现场渗透试验获取水位变动带土体准确水文特性的基础上，对三峡水库水位变动作用下库区涉水滑坡破坏规律进行分析。评价三峡库区已治理涉水滑坡在非汛期水库增加水位下降速率条件下的稳定性，综合分析论证增加库水位下降速率的可行性。通过一系列分析研究得到以下成果与结论:
　　1、三峡库区奉节县～巫山县库岸段39处已治理滑坡整体稳定性现状良好，由于受到长江水位周期性升降影响，其中14处（约占36％）滑坡在三峡库水位下降时期依然存在少量变形，且主要出现于滑坡近水前缘区域。
　　2、通过双环法渗透试验获取水位变动带土体渗透特性，发现三峡库区水位变动带渗透系数与土体颗粒组成密切相关。水位变动带土体主要为粉质粘土（1.00m/d＜K＜2.75m/d），而且由于受到长江长期冲刷影响，距离长江越近土体渗透系数越大。通过进一步分析变形规律得出库水位变动对滑坡变形和对不同位置滑坡治理工程产生的影响差异。
　　3、通过选取不同水文渗透特性的土体，研究其在库水位升降过程中的渗流场变动特征。设定单一力学模型，分析得出不同渗流场变动特征对滑坡整体稳定性的影响。综合总结归纳库水位变动对滑坡变形规律的影响，将滑坡分为浮托减重和动水压力两类，并得出分类临界值K=2.75m/d。
　　4、通过研究水位变动带土体渗透系数K值、水位日降幅ΔH/d与滑坡稳定性的关系得出:①当ΔH/d较低时，水位变动带土体渗透系数K为主控因素，滑坡变形特征随着K值的升高逐渐由动水压力型向浮托减重型转化，因ΔH/d改变所产生的影响可以忽略不计。②当ΔH/d逐渐增大，K值差异所产生的影响逐渐降低，ΔH/d成为为主控因素，单位时间内边坡内外所累积的ΔH直接受控于ΔH/d，所以在ΔH/d较大时，由ΔH/d导致的动水压力效应对边坡FOS影响明显高于因K值差异所产生影响。
　　5、典型已治理滑坡——向家淌滑坡整体处于稳定状态，在库水位变动条件下，仅滑坡前缘次级滑体可能出现变形。其中，前缘次级滑体水面下未支护段变形较大，库水位变动带已支护区域变形较小。在日降幅增加至ΔH/d=1.2m/day时，向家淌滑坡整体处于稳定状态，前缘次级滑体稳定性下降，处于基本稳定状态。在库水位降至150m以下时，抗滑桩受荷段土体受库水位变动影响出现变形，影响抗滑桩支护效果。日降幅继续增加至ΔH/d≥1.6m/day，向家淌前缘次级滑体整体可能沿着原滑面再次出现变形。
　　6、三峡库区奉节县～巫山县段39处已治理滑坡在ΔH/d=1.2m/d时，所有滑坡整体稳定性FOSmin＞1.20，均处于稳定状态;35处滑坡涉水段稳定性FOS部分 min≤1.15，滑坡处于基本稳定状态，滑坡不会出现整体失稳下滑成灾。以上结论均建立在治理工程未损毁、失效前提下。但当治理工程失效或部分失效时，滑坡稳定性急速下降，存在再次下滑可能。经过计算，该区域已治理滑坡可承受三峡库区水位日降幅阈值为1.6m/d。

目录

声明

摘要

第1章 前言

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 国内外研究现状

1．2．1 三峡工程滑坡预测评价的发展

1．2．2 三峡工程滑坡预测性评价研究现状

1．2．3 研究现状评述

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

第2章 研究区工程地质环境条件

2．1 研究区地理位置

2．2 水文气象特征

2．3 地形地貌特征

2．4 地层岩性

2．5 地质构造

2．6 水文地质条件

2．7 三峡水库运行调度情况

第3章 研究区涉水滑坡治理工程的调查评价

3．1 已治理滑坡发育分布特征

3．1．1 已治理滑坡分布特征

3．1．2 已治理滑坡基本特征及分类

3．2 已治理滑坡变形特征分析

3．2．1 已治理滑坡总体变形特征

3．2．2 典型已治理滑坡变形特征分析

3．3 滑坡治理工程调查分析

3．3．1 所采取治理措施分类

3．3．2 治理工程现状及变形特征分析

3．3 本章小结

第4章 已治理涉水滑坡渗流特征及变形机理研究

4．1 双环法渗透试验

4．1．1 双环渗透实验方法

4．1．2 现场渗透试验

4．1．3 试验结果统计分析

4．2 库水升降诱发已治理滑坡变形机理分析

4．2．1 库水位变动对岸坡稳定性的影响

4．2．2 库水位变动对渗流场的影响

4．2．3 库水位变动对滑坡稳定性影响

4．2．4 日降幅响应特征分析

4．4 本章小结

第5章 提高库水下降速率对已治理滑坡的影响研究

5．1 现有库水下降速率条件下滑坡变形稳定性模拟分析

5．1．1 分析方法和模型

5．1．2 库水位变动对典型滑坡的影响

5．2 提高库水下降速率条件下已治理滑坡变形稳定性预测

5．2．1 提高水库下降速率对滑坡位移场影响

5．2．2 提高水库下降速率对滑坡稳定性的影响

5．2．3 提高库水下降速率条件下已治理滑坡稳定性安全储备分析

5．3 提高日降幅对研究区已治理滑坡的影响的总体评价

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果