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《吉林大学》 2004年
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呷爬滑坡稳定性评价与治理方案设计

张雪东  
【摘要】:近年来,随着工程规模的增大,工程边坡高度增加,以致高边坡的稳定性分析与高边坡治 理常常成为工程成败的关键所在,也是确保工程安全和降低建设费用的重要环节,如果处理不 当,往往导致边坡失稳,形成滑坡和崩塌,其后果不堪设想。由于传统的边坡及相关的崩滑地 质灾害评价与治理设计均以强度稳定性理论及基于静力学的规范设计为依据,其设计思想存在 以下明显的不足:①其基本出发点是土力学的极限平衡理论,考虑均匀介质的简单破坏模式, 这与大多数边坡受岩土体结构或结构面控制的实际情况相差甚远;②作为设计依据的岩土压力 的产生是岩土体变形与支挡结构的相互作用,而不应是传统的认为假定破坏面,然后用极限平 衡方法来计算稳定系数。为克服上述弊端,构建基于变形理论的地质灾害治理工程理论已成为 地质工程领域一个急需解决的问题。基于此,本文采用的是“地质灾害过程模拟与过程控制” 的研究思路,对呷爬滑坡的稳定性和治理方案设计进行了研究。 本文选取具有代表性的雅砻江锦屏Ⅰ级水电工程的近坝库岸为主要研究基地,作者在导 师的指导下,结合能源部成勘院委托项目“雅砻江锦屏Ⅰ级水电站坝区及近坝库岸(含坝前) 高边坡稳定性研究”这一实际课题,选取了“呷爬滑坡稳定性评价和治理方案设计”作为硕士 学位论文选题。 论文采用“地质灾害过程模拟与过程控制”的研究思路,首先根据野外实地调研和查阅所 得的相关资料,对呷爬滑坡研究区岩性、地质构造及地下水等工程地质、岩土力学环境条件进 行分析;提出滑坡的破坏机制及其形成机制的“概念模型”;然后,运用过程模拟技术,对滑 坡变形破坏及灾害地质过程进行模拟再现,一方面验证概念模型,另一方面获得对地质过程内 部作用机理的深入认识,也可在此过程中,通过对这一模型的时间延拓,获得对地质体将来演 化趋势的认识,从而对滑坡稳定性及灾害的发展趋势作出评价和预测;在运用数值模拟方法评 价其稳定性的同时,为确保其结果的准确性,项目研究组又对其稳定性作了极限平衡分析;根 据滑体目前所处的演化阶段和其变形破坏机理,选定治理方案,并根据规范进行初步的静力学 设计;应用灾害控制模拟技术,进行方案的对比优化,选择最佳的治理方案;对确定的治理方 案,进一步考虑滑体和治理工程结构之间的相互作用,并根据相互作用特点进行方案优化和设 计。 在研究过程中得到以下一些认识: ⒈ 经对呷爬滑坡的地质环境概况的综合分析研究,认为该滑坡是在弯曲—拉裂基础上发 展而成的,而且是在中等倾角反向坡中发育的。即滑坡的形成机制为弯曲—拉裂变形。 ⒉ 天然条件下呷爬滑坡稳定性的三维数值模拟研究,采用了 3D-Sigma 和 FLAC-3D 两种 方法,模拟结果表明:⑴ 应用 3D-Sigma 进行数值模拟,从应力特征角度分析了天然状态下 呷爬滑坡的稳定性,得出,目前呷爬滑坡整体是稳定的。但应注意,滑体内局部出现了一定程 度的剪应力集中现象,表明有局部失稳破坏的可能。⑵ 应用 FLAC-3D 进行数值模拟,从变形 特征角度分析了天然状态下呷爬滑坡的稳定性,结果表明,目前,呷爬滑坡只有局部发生破坏, 而整体是稳定的。⑶ 3D-Sigma 与 FLAC-3D 模拟结果分析与对呷爬滑坡的实地考察和地质分 析是一致的。⑷ 3D-Sigma 与 FLAC-3D 的模拟结果相互印证,表明呷爬滑坡的计算模型、参 数取值是合理的,同时也证明,应用 FLAC-3D 可以有效评价和预测蓄水条件下的滑坡稳定性。 ⒊ 蓄水条件下呷爬滑坡稳定性的 FLAC-3D 模拟结果表明,总体上,不论蓄水至 1700、 1750、1800、1850 还是 1880m,都将诱发滑坡失稳,但不同的蓄水位条件下,滑坡失稳的范 围不同。具体分析如下:⑴ 蓄水至 1700m 后,水位浸润线以下的滑体将发生失稳,呷爬滑坡 内冲沟 1 的北侧区域表现为滑移—下沉;呷爬滑坡前缘的三级滑坡前部表现为滑移-隆起,中、 112 WP=120 摘要 后部表现为滑移-下沉。受其影响,水位浸润线以上至 1760m 高程范围的滑体将发生失稳。结 合此蓄水位条件下的破坏区分布,可以得出,蓄水至 1700m 高程时诱发失稳滑体的总宽度约 为 420m。⑵ 蓄水至 1750m 后,水位浸润线以下的滑体将发生失稳,并表现出与蓄水至 1700m 水位时相似的变形分区特征,即呷爬滑坡内冲沟 1 的北侧区域表现为滑移—下沉;呷爬滑坡的 中前部冲沟 1 与冲沟 2 所夹区域表现为滑移-隆起,后部表现为滑移-下沉,但是两者的范围都 有明显的增大。受其影响,1750m 水位浸润线以上至 1830m 高程范围的滑体也将失稳。又结 合此蓄水位条件下的破坏区分布判断,滑坡失稳的范围与变形特征分析所得结果一致,即 1830m 高程范围以下的滑体将发生失稳,诱发失稳滑体的总宽度约为 500m。⑶ 蓄水至 1800m 后,水位浸润线以下的滑体将发生失稳,并表现出与蓄水至 1750m 水位时相似的变形分区特 征,但是两者的范围都有明显的增大。受其影响,1800m 水位浸润线以上至 1900m 高程范围 的滑体也将失稳。同样,结合此蓄水位条件下的破坏区分布判断,其失稳破坏的区域在 1900m 高程以下,诱
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