三峡库区藕塘特大滑坡变形失稳机理研究

发布时间：2017-12-24 09:10

  本文关键词：三峡库区藕塘特大滑坡变形失稳机理研究　出处：《长安大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：自三峡工程建成蓄水之后,每年水库调度形成近30m的水位涨落,扰动了库岸固有地质环境,加之库区地质条件十分复杂,使滑坡地质灾害防治面临巨大挑战,成为影响长江经济带社会经济可持续发展的重要地质环境问题之一。受区域地质构造及地形地貌影响,三峡库区顺层滑坡广泛发育,在河流冲蚀、降雨、库水位升降等外在动力触发的作用下,往往易诱发大型、巨型顺层岩质古滑坡整体或局部复活失稳,其复活失稳机理及稳定性的相关研究不可忽视。而且关于库岸顺层滑坡发育形成条件、变形演化机制、变形破坏模式及各种内在地质结构控制因素和外动力诱发因素下滑坡稳定性评价预测,长期以来始终是国内外有关专家学者们及工程技术人员研究和追踪的重点和热点问题,特别是对于大型、巨型顺层岩质库岸滑坡的变形失稳机理研究一直是工程界和学术界的前沿课题之一。论文选取藕塘滑坡—三峡库区新近发生规模最大的巨型顺层岩质滑坡为研究对象,基于大量野外工程地质调查、平硐、探槽、钻孔揭露,明确藕塘滑坡的多级多期次滑动、三维空间侧向阻滑的特殊地质结构特征;结合长江三峡库区地质环境背景及滑带土ESR测年试验成果,运用地貌学与工程地质力学理论对滑坡成因演化过程进行了系统分析;通过对现场监测数据深度挖掘,开展藕塘滑坡复杂地质综合体的位移变形与降雨、库水位波动之间相关性研究;借助先进的实验手段和仪器,以滑坡岩土体为研究对象,通过水化学试验、X射线衍射试验、微观结构电镜扫描试验、滑带土大型直剪试验等室内外物理力学试验,探讨了滑坡岩土体物理力学特性与滑坡复活失稳之间内在关联性;运用非稳态非饱和渗流与非饱和土抗剪强度理论,结合实际降雨和库水位监测资料,概化了藕塘滑坡地质力学模型,开展稳定性动态变化的全过程分析,并对于不同水位升降速率不同渗透性滑体渗流场及其稳定性变化规律进行研究;采用三维数值模拟分析巨型顺层岩质滑坡的侧向阻滑效应,基于滑坡前期治理工程效果提出了综合治理防治方案。本文研究旨在为滑坡稳定性合理评价和预测预报提供一定理论依据,科学指导后续治理工程措施的实施,也可为三峡库区类似顺层岩质滑坡灾害防灾减灾科学决策提供理论与技术支撑,具有科学理论和工程应用价值,相关主要研究成果与结论归纳如下:(1)藕塘滑坡为三峡库区典型的巨型顺层基岩古滑坡,平面形态具有多级多期次滑动变形特征,主要可分为三级滑动形式;空间形态具有三维视角下侧向阻滑变形特征,受控于西侧稳定山体的阻挡。(2)滑带土esr测年分析表明滑坡具有多级多期次滑动地质历史时间跨度规律性,即三级滑坡4.7~4.9万年,二级滑坡4.9~6.8万年,一级滑坡约12.1~13.0万年;三级滑动时序均分布在古滑坡发育高频时段(5~17)×104a;而且与暖湿古气候分布时段具有较好的吻合。(3)藕塘滑坡成因研究表明节理裂隙发育的软硬相间顺层单斜结构是滑坡形成的控制因素;长江侵蚀下切与阶地抬升的河谷发育演化过程为藕塘滑坡提供了动力基础和运动空间;集中降雨及水库蓄水是导致藕塘滑坡复活的主要诱因。(4)藕塘滑坡多级多期次滑动形成机制及演化模式各异:一级滑坡体为“拉裂-滑移(弯曲)-剪断”模式,二级滑坡体为“平面滑移”模式,三级滑坡体为“滑移-剪断”模式。(5)滑坡不同区域的地表位移差异性较大,东西两侧强变形区的累积位移远大于深层滑体;而深层滑坡体累积位移具有三级滑坡体二级滑坡体一级滑坡体的总体变形特征;滑坡累积位移—时间监测曲线具有阶段“跳跃”式增长的变形特征,与集中降雨、库水位快速下降时间的分布较为吻合;滑坡位移速率具有“波峰”变化特征,与库水位升降速率呈负相关关系;位移变形速率最大峰值较于库水位最大下降值,具有一定程度的滞后效应。(6)降雨入渗滑坡岩土体存在一定强度的水岩耦合作用,产生一系列较为复杂的水离子化学反应致使水质变化;滑带土含有大量的亲水性粘土矿物,具有较强吸水率和软化性;由于滑带土微观集粒高度定向性,导致其工程力学性质具有明显的各向异性;剪切试验表明上覆荷载越小,坡体发生变形或滑带土颗粒结构产生破坏时所需剪切应力越小,也是三级滑坡体在深层滑坡体之中变形迹象最为明显的理论依据。(7)不同库水位升降速率作用下滑体内地下水位总是随着库水位的升降而升降,但滑体内地下水位升降总滞后于库水位升降;库水位下降过程中,滑坡体前缘浸润线呈“上凸”状,内高外低水头差形成动水压力;库水位上升过程中,滑坡体前缘浸润线呈“反翘”状,库水作用于滑坡的力以渗透压力为主;渗透系数越大,库水位升降过程中滑体前缘浸润线“上凸”或“反翘”现象越不明显;库水位涨落过程中,滑坡稳定系数变化幅度及达到最值的时间总体与库水位的升降速率呈正相关关系,即库水位升降速度越快,滑坡稳定系数达到最值历时越短,其稳定系数变化幅度越大;(8)相同渗透系数滑体不同的库水位升降速率下其稳定性的变化曲线具有一定的相似性;相同库水位升降速率条件下,滑坡体渗透性越小,其稳定性受库水位升降影响越大;相同渗透系数滑体,库水位升降至一定水位并保持长期运行,其滑体稳定性回升(衰减)幅度与库水位下降(上升)速率呈正相关关系。(9)库水位波动与降雨联合作用下滑坡的稳定性系数通常小于仅考虑库水位波动作用下滑坡稳定性系数,尤其是在水位快速下降与持续强降雨期间,其稳定性系数出现大幅度降低。(10)藕塘滑坡在长期自重应力作用下主要沿着真倾角方向产生蠕动变形,在滑体与稳定山体之间形成明显的速度高值区,具有显著的侧向阻滑效应;借鉴前期治理经验,基于“预防为主,防治结合”原则,建议采用“滑坡后缘削方减载+前缘回填压脚+格构护坡+地表地下排水系统”综合防治措施。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.22

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