三峡库区反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡失稳机理和防治研究

发布时间：2017-03-22 06:04

  本文关键词：三峡库区反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡失稳机理和防治研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：“反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡”是指:岸坡走向与岩层走向接近一致,而倾向与岩层倾向相反,并且坡体中下部发育厚层岩梁的层状库岸边坡。论文以三峡库区龚家方滑坡为例,对龚家方及周边同类“反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡”的工程地质条件和变形现象进行了现场调查和统计,将变形现象按特征进行分类,分析各变形现象之间的演化关系,建立了此类岸坡分阶段变形破坏的地质模型,揭示各变形阶段的主控因素和发展趋势;通过引入岩体强度弱化系数,模拟岸坡消落带岩体在库水长期冲刷作用下的弱化效应,分析消落带岩体强度弱化条件下此类岸坡的变形发展趋势,通过有限元方法,对此类岸坡稳定性与库水位升降速率和非饱和渗透性之间的响应关系进行了分析,最后通过研究结果指导此类岸坡的防治设计。在论文上述研究工作中,得到了以下结论:(1)以经典的倾倒破坏G-B模型为基础,针对反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡的倾倒变形特征,提出该类岸坡变形区划分的改进G-B模型:滑动区、岩梁区、倾倒区和稳定区。由于岩梁区的存在,对其上部倾倒变形起到了锁固作用,使其成为了滑动区和倾倒区的分界处,更多的承担了上覆岩体的重力作用,使下部滑动区岩体受力减小,对岸坡起到了很大的稳定作用。(2)基于改进G-B模型,对反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡变形破坏过程进行解析,将该过程划分为以下四个阶段:①河谷形成期岸坡小变形阶段;②岩层倾倒变形阶段;③坡脚弱化滑移阶段;④岩梁断裂-倾倒崩滑阶段。其中,①和②属于长效变形阶段,③④属于破坏失稳阶段。该类岸坡总是中下部先破坏,然后上部岩体失去支撑而崩塌。(3)随着消落带岩体的逐渐弱化,当岸坡中部不存在岩梁时,岸坡失稳所对应的临界消落带岩体弱化系数为63%;当岸坡中部存在岩梁时,岸坡失稳所对应的临界消落带岩体弱化系数下降到了50%,可知岸坡中部岩梁能起到一定的阻滑作用。此外,在消落带岩体弱化系数相同条件下,由于岩梁的阻滑作用,使得坡脚最大位移量和最大剪应变增量明显下降。(4)在库水冲刷弱化作用下,岸坡消落带岩体强度降低,导致岸坡稳定性降低,岸坡内发生剪切破坏和拉张破坏的区域范围不断增大,由坡脚处逐渐向上延伸,直到崩滑体后缘,表层岩体主要发生拉张破坏,而深层岩体主要发生剪切破坏;当岸坡中部存在岩梁时,随着坡脚消落带岩体的弱化,岩梁下部坡体的剪切破坏区首先贯通,之后岩梁的剪切破坏区逐渐扩大直到岩梁断裂,此时岸坡上下滑动面贯通,整体失稳破坏。(5)岸坡稳定性的变化趋势与库水位升降速率密切相关,当库水位上升时,岸坡稳定性系数呈先增加后减少最后趋于稳定的趋势,当库水位下降时,岸坡稳定性系数呈先减少后增加最后趋于稳定的趋势。在相同渗透系数时,库水位上升速率越快,岸坡稳定性系数增加速率越快,库水位下降速率越快,岸坡稳定性系数下降速率越快;库水位升降速率越快,岸坡越快达到稳定性系数峰值。(6)岸坡稳定性的变化趋势与滑体的渗透系数密切相关,不论在库水位上升期还是下降期,当库水位升降速率相同时,滑体渗透系数越小,岸坡稳定性系数越高。(7)对于三峡库区反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡,滑体渗透性系数越大、库水位下降速率越快,岸坡越容易发生失稳破坏。(8)由于剩余推力法假定岸坡内存在贯通的潜在滑面,则茅草坡岸坡将处于变形破坏第四阶段——岩梁断裂-倾倒崩滑阶段,此阶段岸坡变形主控因素为岩梁的断裂与否。而茅草坡岸坡实际处于变形破坏第三阶段——坡脚弱化滑移阶段,此阶段岸坡变形主控因素为坡脚消落带岩体的弱化和滑移。(9)通过数值模拟对比各种工况的防治效果,可知在变形阶段三,格构护坡方案的造价低且防治效果最好,而锚杆锚固方案造价高且效果低;在变形阶段四,锚杆锚固方案的防治效果最好,格构护坡方案几乎没有防治效果。可见:同一岸坡,同一防治方法在不同变形阶段的防治效果会差别很大。(10)通过对比两种防治方案在岸坡不同变形阶段的防治效果,提出岸坡防治设计的分阶段讨论思想:主张先对岸坡进行定性分析,在确定岸坡所处变形阶段基础上,确定其失稳模式和主控因素,再以此来指导岸坡的防治工程设计,从而最合理的选择防治方法。
【关键词】：反倾层状岸坡 内嵌岩梁 消落带 倾倒破坏 岸坡防治
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P642.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 选题背景及意义12-13
• 1.2 反倾层状岩质边坡研究现状综述13-20
• 1.2.1 反倾层状岩质边坡破坏特征及失稳模式13-16
• 1.2.2 反倾层状岩质边坡变形破坏影响因素16-17
• 1.2.3 反倾层状岩质边坡稳定性评价17-20
• 1.3 库水作用下滑坡变形研究现状综述20-23
• 1.4 研究内容、创新点及技术路线23-26
• 1.4.1 主要研究内容与创新点23-24
• 1.4.2 技术路线24-26
• 第二章 龚家方岸坡工程地质背景26-44
• 2.1 龚家方岸坡自然条件27-30
• 2.1.1 地理背景27-28
• 2.1.2 水文气象28-30
• 2.2 龚家方岸坡工程地质条件30-42
• 2.2.1 地形地貌30-32
• 2.2.2 地层岩性32-35
• 2.2.3 地质构造35-37
• 2.2.4 结构面情况37-41
• 2.2.5 水文地质条件和地震情况41-42
• 2.3 龚家方岸坡独有地质特征42-44
• 第三章 库区反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡变形破坏机理分析44-59
• 3.1 龚家方滑坡视频解析44-47
• 3.2 龚家方反倾层状岩质岸坡变形特征分析47-54
• 3.2.1 岩体倾倒变形模式分析47-51
• 3.2.2 岩体层间剪切变形特征分析51-52
• 3.2.3 消落带受库水波动影响分析52-53
• 3.2.4 内嵌岩梁破坏模式分析53-54
• 3.3 反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡倾倒变形演化模式分析54-56
• 3.4 反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡整体破坏过程分析56-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 库区反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡稳定性数值模拟分析59-76
• 4.1 有限差分数值模型的建立59-60
• 4.2 计算参数及工况60-61
• 4.3 岩体弱化系数61-62
• 4.4 反倾层状岩质岸坡稳定性数值分析62-75
• 4.4.1 自然状态下岸坡稳定性分析62
• 4.4.2 消落带弱化状态下岸坡稳定性分析62-68
• 4.4.3 消落带弱化+中部岩梁状态下岸坡稳定性分析68-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第五章 库区反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡渗流场数值分析76-87
• 5.1 计算模型及边界条件76-77
• 5.2 计算参数的选取77-78
• 5.3 计算理论78-80
• 5.4 岸坡稳定性系数与库水位升降速率之间的关系80-84
• 5.4.1 库水位上升时不同渗透系数的岸坡稳定性系数80-82
• 5.4.2 库水位下降时不同渗透系数的岸坡稳定性系数82-84
• 5.5 岸坡稳定性系数与滑体渗透性系数之间的关系84-86
• 5.5.1 不同渗透系数时五种库水位上升速率的岸坡稳定性系数84-85
• 5.5.2 不同渗透系数时五种库水位下降速率的岸坡稳定性系数85-86
• 5.6 本章小结86-87
• 第六章 库区反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡防治方法研究87-107
• 6.1 茅草坡岸坡变形阶段和变形模式分析87-93
• 6.1.1 岸坡工程地质条件87-93
• 6.1.2 岸坡变形阶段和变形模式93
• 6.2 防治方案对比研究93-100
• 6.2.1 岸坡稳定性计算93-97
• 6.2.2 防治方案一97-98
• 6.2.3 防治方案二98-100
• 6.3 各方案治理效果对比分析100-106
• 6.3.1 防治方案数值模拟100-105
• 6.3.2 防治方案对比分析105-106
• 6.4 本章小结106-107
• 第七章 结论与展望107-110
• 7.1 主要结论107-109
• 7.2 建议与展望109-110
• 参考文献110-120
• 攻读学位期间取得的研究成果120-121
• 致谢121-122

【参考文献】

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1 王朋伟;库水作用下滑坡变形演化规律研究[D];中国地质大学;2012年

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本文编号：260981