都江堰三溪村滑坡运动的作用机制研究

摘要

2013年7月上旬，极端连续多日暴雨天气气候席卷四川省都江堰市，仅8日晚20时至9日晚20时日降水量已达415.9mm。在持续强降雨的连续影响下，在7月10日10时左右，大规模高位山体滑坡地质灾害于中兴镇三溪村的五里坡突发，滑坡堆积体方量超过150×104立方，滑坡体沿五里坡沟槽被冲出，冲击物质沿沟道冲积、向两侧淤埋，直接淤埋面积达0.3平方千米，其中堆积体长度约1.26km的1＃滑坡-碎屑流，造成三溪村一组严重后果：失踪109人，毁坏居民房屋多达11户，52名村民与农家乐游客遇难。因此解析强降雨作用下典型滑坡的变形破坏发生、演化成因机理及方式等作用机制具有极为重要的理论和实际意义。
　　本文以四川省都江堰市中兴镇三溪村五里坡大型滑坡为研究实例，根据现场实地调研考察，通过概化模型，确定模拟典型边坡的形态，利用MIDAS/G TS有限元数值分析软件建立三维地质模型，导入FLAC3 D有限差分软件建出边坡降雨的计算分析模型。其次，通过实地的取样获取相应岩土体的物理力学参数，确定出模拟边坡的物理力学指标，如岩体、软弱夹层等，继而进行不同日降雨量下的数值模拟。最后，通过整个坡体在暴雨作用下的坡体内部位移、孔隙水压力的变化，以及跟踪监测局部特殊工况点等，来分析在降雨条件下顺层岩质边坡的失稳机理。研究结果表明：
　　（1）由于降雨入渗会在岩土体中形成渗流场，产生的静水压力和动水压力如外力般作用在边坡上，无形中增加了边坡的下滑力，影响边坡的稳定性。表现在降雨入渗过程中，坡体产生的位移会随着降雨量增大也相应的增大，降低坡体的整体稳定性。
　　（2）极端性长时间强降雨是触发三溪村五里坡大型滑坡发生的直接诱因。从数值模拟的研究过程中发现：三溪村五里坡滑坡在降雨长持时作用下，汶川地震诱发的震裂（震损）坡体的顶部裂缝在坡体上继续不断发展，裂缝不断向临空面扩展，滑体两侧岩土体裂缝迅速侧向扩移发展，从而多组大型结构面切割分离的变形体在空间上被形成。大量雨水在持续强降雨作用下入渗裂隙，产生强大的孔隙水压力，滑坡顶部失去平衡，由坡体后部启动，发生推动式岩质滑坡。
　　（3）暴雨开始初期，坡体表层的孔隙水压力增长速率较快，坡体孔隙水压力按照坡体前部、中部、后部的顺序下降，这与坡体位移的相对大小规律一致，但是从过程中位移与孔压监测点的数据可以发现两者的发展模式是不相同的。能够发现：位移发生变化的转折点与孔隙水压力发生变化的转折点并不同步，孔隙水压力变化发生在前，位移变化发生在后。这也说明了坡面附近即坡体上层饱和的超孔隙水压力的不断聚集积累引起了坡体内部应力场的重新分布调整，进而引起位移场的显著变化。之后，孔隙水压力的变化趋势已经无法再揭示或者预测坡体位移的发展情况。
　　（4）边坡在降雨条件下软弱夹层处的位移数值的增长速度滞后于坡面处的相应值，也就反映了雨水从坡面渗流进入坡体内部是需要一段时间来实现的，随着降雨继续，位移增长的速率逐渐加快，表明软弱夹层在降雨结束时已经出现较为明显的滑动特征。

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1.绪论

1 .1选题背景及研究意义

1 .2国内外研究现状

1.2.1有关岩质边坡的降雨致灾研究

1.2.2降雨对边坡影响的模型试验研究

1.2.3降雨对边坡影响的数值模拟研究

1 .3本文的研究内容、创新点及研究思路

1. 3. 1论文的主要研究内容

1. 3. 2论文的创新点

1. 3. 3论文的研究思路

2.研究区域的地质背景及失稳机制

2 .1研究区域的自然地理与地质背景

2. 1. 1地形地貌

2. 1. 2地质岩层

2. 1. 3地质构造

2. 1. 4气象水文

2 .2三溪村滑坡破坏特征

2. 2. 1三溪村滑坡概况

2. 2. 2三溪村滑坡破坏特征

2. 2. 3三溪村滑坡运动堆积过程概况

3. MIDAS/GTS与FLAC3D耦合建模及应用

3.1 MIDAS/GTS与FLAC3D耦合建模

3.1.1 MIDAS/GTS前处理功能简介

3.1.2 MIDAS/GTS与FLAC3D数据转换格式

3.1.3 MIDAS/GTS与FLAC3D数据转换思路

3.1.4 MIDAS/GTS与FLAC3D数据转换接口程序

3 .2三溪村滑坡的实例应用

3.2.1 MIDAS/GTS三维工程建模

3.2.2 MIDAS/GTS三维建模数据输出及导入FLAC3D

4. FLAC3D有限差分软件对降雨诱发滑坡的模拟分析

4.1 FLAC3D模型的边界条件设定及数值模拟参数的确定

4. 1. 1 边界条件

4. 1. 2 数值模拟参数的选取

4.2 基于FLAC3D的降雨滑坡数值模拟

4. 2. 1 降雨工况的选取

4. 2. 2工况A1、A2下的模拟分析

4. 2. 3工况A3、A4下的模拟分析

4 .3岩质边坡流-固耦合分析

4. 3. 1降雨量对坡体位移和孔压的影响分析

4. 3. 2降雨过程中软弱夹层对坡体的影响分析

4 .4本章小结

结论

展望

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间发表的研究成果

参考文献