降雨与库水位作用下白水河滑坡渐进破坏概率研究

发布时间：2017-09-05 05:39

  本文关键词：降雨与库水位作用下白水河滑坡渐进破坏概率研究

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【摘要】：三峡库区的涉水斜坡,其长期受到降雨和库水位的水动力作用,导致岩土体材料存在相应的弱化作用,无形中加剧了滑坡的发生。降雨与库水位作为斜坡失稳的主要外力,目前有关研究主要集中在对有地下水渗流、降雨入渗的斜坡进行地下渗流场研究,在此基础上进行斜坡稳定性分析,而考虑岩土体参数随机性对降雨及库水作用下斜坡破坏概率的研究仍有待深入。斜坡的失稳是一个长期缓慢的过程,考虑降雨与库水位联合作用下对斜坡渐进破坏有重要影响,斜坡的破坏概率研究对探究斜坡演化过程与稳定性研究具有重要意义。鉴于以上原因,本文以三峡库区白水河滑坡为典型研究对象,考虑库水位与降雨联合作用,通过监测获取白水河滑坡的位移场信息,进行考虑演化时间的滑坡变形响应定量分析,明确了滑坡演化过程中不同演化阶段的主体控制因素。同时推导了库水位下降条件下滑坡内浸润线的解析解,并结合Green-Ampt模型的入渗规律,重点推导了湿润锋的时间关系式,建立降雨与库水位联合作用下滑坡土条安全余度函数。在此基础上利用可靠度原理,考虑滑带土强度参数的空间随机性,研究了白水河滑坡在不同库水位作用下,不同降雨时间的滑坡渐进破坏规律。本文的研究内容及成果可以概括为以下几个方面：(1)通过对其工程地质条件、基本特征及形成机制的调查,确定了白水河滑坡的地层岩性,属易滑地层,且上陡下缓的斜坡地貌均利于滑坡的发生。在白水河滑坡布设监测系统,包括滑坡前缘垂直主滑方向的分布式光纤,沿滑坡主滑方向的钻孔倾斜监测孔,地表GPS监测等,基于上述监测手段分析了白水河滑坡位移场信息与降雨和库水位之间的联系程度。研究表明：滑坡地表的变形与降雨及库水位变化关系紧密,滑坡东侧的变形大于西侧变形,前缘的变形大于中后缘变形。(2)为分析白水河滑坡变形响应因素的敏感性,利用灰色关联度方法对白水河滑坡变形破坏规律进行了定量分析。选取滑坡变形影响因子为月降雨强度、月平均库水位和月累计位移,计算不同时间段各因素与滑坡月累计位移之间的关联程度,明确了时间历时上滑坡变形响应的具体因素。计算结果显示白水河滑坡对于降雨及库水位的变化均很敏感,其变形集中体现在库水位下降期及6-7月雨水丰裕季节,且白水河滑坡的变形响应滞后于库水位变化一个月左右；在水库蓄水的前期(07年之前)对库水位的变化较敏感,在蓄水的中后期(07年之后)对降雨敏感程度较高。(3)从降雨入渗模型入手,分析了基于斜面的Richard模型及Green-Ampt模型的入渗规律,重点推导了湿润锋的历时关系式,同时根据库水位对斜坡作用部位的不同将斜坡分为前缘涉水段和中后部非涉水段,分别采用自由面最高点方法及Boussinesq平面问题非承压含水层基本公式,推导出库水位下降下斜坡内前缘及中后部浸润线的解析解,并对其影响因素进行了探讨。研究表明：Green-Ampt模型采用简化的降雨入渗模型,描述了地表水在重力和基质吸力作用下的入渗规律,结构简单,能较好应用于斜坡渗流场分析。根据Boussinesq推导的库水位作用下斜坡浸润线解析解误差较小,该解析解可用于库水位下降下倾斜底板及地表斜坡的浸润线求解。(4)采用Green-Ampt模型推导了降雨型斜坡的稳定性计算方法,针对降雨型斜坡稳定性分析中有无库水位的作用,对斜坡稳定性系数的计算进行了探讨。研究表明：稳定性系数的计算应分别从基岩面处及湿润锋两处开展,取两者中的较小值作为滑坡的稳定性系数,两者数值的大小取决于斜坡几何形状及力学参数。(5)利用可靠度原理,结合Green-Ampt降雨模型和库水作用下斜坡内的浸润线解析解,推导降雨与库水位作用下白水河滑坡土条安全余度表达式,并在此基础上考虑滑带土强度参数的空间随机性,从时间尺度上研究了白水河滑坡在不同库水位作用下,不同降雨时间的最大初始破坏概率及其渐进破坏规律。研究表明白水河滑坡在库水位从175m变化至145m阶段,其稳定性系数在逐渐下降,且随着降雨时间的增大其稳定性系数也逐渐减小,但滑坡局部破坏概率整体上呈增大趋势,局部条块有所减小；在145m水位下不同降雨历时的白水河滑坡渐进破坏规律呈现出三个破坏阶段,其破坏模式为推移式,即由后缘逐渐向前扩展,并终止于中部。本文主要创新点归纳如下：(1)采用自由面最高点分析方法和Boussinesq渗流方程,推导了库水位下降条件下底板倾斜斜坡浸润线解析解,并结合Green-Ampt模型重点推导了湿润锋的计算关系式,建立降雨与库水位联合作用下斜坡土条安全余度表达式,推导了斜坡稳定性计算分析方法。(2)利用可靠度原理,结合降雨与库水位作用下滑坡土条安全余度表达式,并考虑滑带土强度参数的空间随机性,从时间尺度上阐述了白水河滑坡在不同库水位作用下,不同降雨时间的最大初始破坏概率及其渐进破坏规律。
【关键词】：白水河滑坡 Green-Ampt模型 安全余度 可靠度原理 渐进破坏
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.22
【目录】：

• 作者简历7-9
• 摘要9-11
• ABSTRACT11-17
• 第一章 绪论17-28
• 1.1 选题的来源、目的和意义17-18
• 1.2 选题的国内外研究现状18-23
• 1.2.1 降雨、库水位作用下滑坡稳定性研究18-21
• 1.2.2 滑坡渐进破坏概率研究21-23
• 1.3 存在的问题及发展趋势23-24
• 1.4 主要研究内容、技术路线和创新点24-28
• 1.4.1 研究内容24-25
• 1.4.2 技术路线25-26
• 1.4.3 创新点26-28
• 第二章 白水河滑坡基本特征与变形规律28-51
• 2.1 区域地质环境28-30
• 2.1.1 地形地貌28
• 2.1.2 地层岩性28-29
• 2.1.3 地质构造29
• 2.1.4 水文地质条件29-30
• 2.2 白水河滑坡基本特征30-35
• 2.2.1 滑坡地形地貌30
• 2.2.2 滑坡空间形态30-31
• 2.2.3 滑坡物质组成31-34
• 2.2.4 滑坡水文地质34-35
• 2.3 白水河滑坡监测体系35-45
• 2.3.1 滑坡监测系统布置35-36
• 2.3.2 滑坡地表GPS监测36-37
• 2.3.3 滑坡深部位移监测37-39
• 2.3.4 滑坡前缘分布式光纤监测39-45
• 2.4 白水河滑坡变形规律45-49
• 2.4.1 单月累计变形与库水位波动关系45-46
• 2.4.2 单月累计变形与降雨关系46-47
• 2.4.3 考虑演化时间的滑坡变形响应定量分析47-49
• 2.5 本章小结49-51
• 第三章 降雨与库水位作用下斜坡渗流场分析51-68
• 3.1 降雨作用下斜坡渗流场分析51-56
• 3.1.1 入渗规律51-52
• 3.1.2 基于斜坡的Richard模型52-53
• 3.1.3 基于斜坡的Green-Ampt模型53-56
• 3.2 库水位作用下斜坡渗流场分析56-67
• 3.2.1 库水位作用下斜坡渗流场理论研究56-57
• 3.2.2 库水位作用下斜坡浸润线解析解57-61
• 3.2.3 有限元验证61-64
• 3.2.4 浸润线影响因素分析64-67
• 3.3 本章小结67-68
• 第四章 降雨与库水位作用下斜坡稳定性分析68-77
• 4.1 引言68
• 4.2 无库水位作用斜坡稳定性分析68-73
• 4.2.1 湿润锋69-70
• 4.2.2 基岩面70-72
• 4.2.3 无库水位作用斜坡稳定性系数讨论72-73
• 4.3 有库水位作用斜坡稳定性分析73-76
• 4.3.1 湿润锋73
• 4.3.2 基岩面73-75
• 4.3.3 有库水位作用滑坡稳定性系数讨论75-76
• 4.4 本章小结76-77
• 第五章 白水河滑坡渐进破坏概率分析77-106
• 5.1 渐进破坏概率分析模型77-82
• 5.1.1 极限平衡原理77-79
• 5.1.2 降雨与库水联合作用下条块安全余度功能函数79-82
• 5.2 渐进破坏概率分析过程82-85
• 5.2.1 随机变量的选取82-83
• 5.2.2 初始破坏概率83-84
• 5.2.3 转移概率计算84-85
• 5.3 降雨与库水位联合作用下白水河滑坡渐进破坏概率85-105
• 5.3.1 库水位作用下白水河滑坡浸润线求解86-87
• 5.3.2 降雨作用下白水河滑坡湿润锋求解87-89
• 5.3.3 稳定性系数求解89-90
• 5.3.4 降雨与库水联合作用下白水河滑坡渐进破坏概率求解90-105
• 5.4 本章小结105-106
• 第六章 结论及展望106-109
• 6.1 结论106-107
• 6.2 展望107-109
• 致谢109-111
• 参考文献111-117

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本文编号：796180