水库蓄水初期堆积层滑坡渗透变形响应机理研究——以梨园电站草可都滑坡为例

摘要

水库蓄水诱发滑坡是工程地质领域研究和关注的热点问题之一，特别是在蓄水初期诱发滑坡的概率较大。对于水库水位的上升，库岸斜坡产生的最直接反应是地下水位的上升，及由此而引起的斜坡土体含水量和强度的变化和库水升降过程中的斜坡内渗流场的变化，最终会导致斜坡变形甚至失稳。因此，研究查明水库蓄水初期滑坡土体强度变化规律、库水位上升过程中斜坡渗流及变形响应机理，具有重要的科学价值，同时对于保障水库蓄水运营安全具有重大的现实意义。
　　本文以金沙江中游梨园水电站库区的草可都滑坡为研究对象，研究了初期蓄水条件下草可都滑坡体内渗流场特征和规律、滑坡体应力应变分布以及变形响应机理。通过调查、试验和分析研究，获得了如下主要成果和认识:
　　1、梨园电站位于云南省丽江市玉龙县（右岸）与迪庆藏族自治州香格里拉县（左岸）交界的金沙江中游河段，属高、中山峡谷地形。区内褶皱、断层发育，岩层产状变化大，其中规模较大的断裂共十条。岩性主要以灰岩、白云质灰岩为主。库区分布不同规模的堆积体十余个，且以冰水堆积体为主。
　　2、草可都滑坡位于金沙江中游梨园电站库区中段右岸。滑坡呈“圈椅状”，长650m，宽300m，厚度15～70m，体积约700×104方，属大型深层冰水堆积活动性滑坡。滑坡地形上总体呈“上陡—中缓—下陡”的折线形态。滑体的主要组成物质为砂砾石土夹碎块石。滑面空间形态呈“中后部陡—前部缓、中部厚—两侧薄”的勺型形态。滑床基岩为二叠系东坝组的玄武岩。
　　3、通过现场渗透试验和室内颗粒分析试验、环剪试验得出，草可都滑坡岩土体级配良好，Cu平均值为54.97，Cc平均值为1.55，渗透性较差，渗透系数1～2m/d。含水率对滑体抗剪强度的影响主要表现为降低岩土体的内聚力，从23.33kpa降至4kpa，降低了约82％。其变化规律表现为随着含水率增加，强度降低，且降低速率逐渐增加，越接近饱水时，强度降低越快。含水率变化对土体内摩擦角影响较小，从36.33°降至29.69°，降低了约16％。其变化规律表现为随着含水率增加，土的内摩擦角呈线性减小。
　　4、现场调查和监测资料显示，滑坡在蓄水后产生了明显的变形。变形主要集中在滑坡前缘，并且变形与库水位升降具有一定相关性。库水位从初始水位升至1570m时，滑坡变形速率与库水位上升速率呈正相关关系;而从1570m继续上升时，库水位上升，滑坡前缘变形速率减小;库水位稳定后，前缘滑坡变形速率增加;当库水位下降时，滑坡变形速率增加。
　　5、渗流分析表明，库水位上升对草可都滑坡地下水位的影响主要集中在前缘50～100m范围内。地下水位变化受后缘渗流和库水补给的共同影响。库水位上升过程中，地下水和库水的补给关系随之发生改变。在1570m水位以下时，使得浸润线滞后现象不明显，地下水多向库区补给，表现为蓄水同步型;在1570m水位以上时，库水倒灌补给地下水，滞后现象明显，为蓄水滞后型。在蓄水过程中，库水位上升速率对滑坡渗流场的影响起着至关重要的作用。库水位上升时，若库水位抬升速率小于滑体渗透系数，库水能及时入渗补给地下水，使得库水位的抬升速度与斜坡内地下水位的抬升基本同步，属于蓄水同步型;若上升速率大于滑体渗透系数，库水位的抬升速度大于库水入渗引起的地下水位的抬升速度，地下水位线出现内凹，呈滞后现象，属蓄水滞后型。
　　6、根据现场调查、监测资料和数值分析得，草可都滑坡变形与库水位升降具有一定相关性。在初期蓄水过程中，草可都滑坡整体稳定性较好，变形主要集中在滑坡前缘，库水位升降对前缘稳定性的影响明显大于对整体的稳定性影响，滑坡的变形破坏模式为逐级后退式，当库水位快速下降时，滑坡处于最危险状态。孔隙水压力、软化效应和动水压力是影响滑坡变形的主要因素，不同库水位阶段主导因素有所不同，其中动水压力是影响滑坡前缘浅层稳定性的关键因素。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 冰水堆积体特性研究

1．2．2 水岩作用机理研究

1．2．3 地下水渗流研究

1．2．4 蓄水诱发滑坡变形机理研究

1．2．5 水条件下滑坡稳定性研究

1．3 研究内容、方法和技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

第2章 梨园水电站库区地质环境条件

2．1 地形地貌

2．2 地层岩性

2．3 地质构造

2．4 水文地质条件

2．5 物理地质现象

2．5．1 混合堆积体

2．5．2 滑坡

2．6 水库初期蓄水运行情况

第3章 草可都滑坡地质特征

3．1 滑坡形态特征

3．2 滑坡地质结构特征

3．3 滑坡变形特征

3．3．1 宏观变形特征

3．3．2 变形监测分析

本章小结

第4章 滑坡土体组成、强度及渗透特性研究

4．1 滑坡土的组成

4．2 土体的力学强度特性

4．2．1 试验仪器

4．2．2 试验原理

4．2．3 试样制备

4．2．4 试验控制参数

4．2．5 试验成果分析

4．3 土体的渗透特性

4．3．1 双环注水试验原理

4．3．2 滑体现场渗透试验及其特性分析

本章小结

第5章 初期蓄水条件下滑坡渗流场变化特征及规律研究

5．1 饱和-非饱和土渗透基本原理

5．1．1 非饱和土的达西定律

5．1．2 土水特征曲线

5．1．3 非饱和土渗透系数

5．2 滑坡渗流场变化规律的模拟分析

5．2．1 计算模型

5．2．2 计算参数选取

5．2．3 初始条件及边界条件

5．2．4 渗流成果分析

5．3 不同上升速率条件下滑坡渗透特征及规律

本章小结

第6章 初期蓄水条件下滑坡变形响应机理及稳定性研究

6．1 水库蓄水对岸坡的影响

6．1．1 岩土体与水相互作用机理

6．1．2 库水位变动对斜坡稳定性的影响

6．2 水库蓄水诱发滑坡变形数值模拟分析

6．2．1 FLAC3D简介

6．2．2 三维数值模型

6．2．3 数值模拟成果分析

6．3 初期蓄水条件下滑坡变形响应机理及稳定性研究

6．3．1 初期蓄水条件下滑坡变形响应机理分析

6．3．2 蓄水初期滑坡稳定性及发展趋势研究

本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果