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《中国地质大学》 2010年
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三峡库区典型堆积层滑坡复活机理及变形预测研究

朱大鹏  
【摘要】: 三峡水库蓄水至高水位及正常蓄水后1到3年,是库区库岸再造及滑坡变形活动的活跃期,会有大量堆积层滑体的复活。考虑到堆积层滑坡具有规模大、数量多、分布广等特点,一旦堆积层滑坡滑入江中,除直接造成滑坡体上大量人员伤亡、经济损失外,其诱发的次生灾害涌浪也会造成极其严重的后果。因此,对堆积层滑坡开展以复活机理及变形预测为目的的研究具有重要的理论意义和工程实践意义。 基于此,以三峡库区堆积层滑坡为研究对象,以监测成果为基础,研究堆积层滑坡变形特征与库水位变动的响应规律,对引起堆积层滑坡变形的内因——工程地质模型进行深入研究,对堆积层滑坡复活变形的外因——地下水作用机理进行深入探讨,在此基础上建立堆积层滑坡的变形预测模型,为防灾减灾提供决策依据。 本文主要研究内容及成果如下: (1)堆积层滑坡对库水位变动的响应规律研究。根据所在地区的库水位变化过程线,确定滑坡所在位置的库水位变化过程,研究了三峡库区两堆积层滑坡(玉皇阁滑坡、鹤峰乡场镇滑坡)在水位波动条件下变形、孔隙水压力等特征曲线,得到了典型堆积层滑坡变形等特征对库水位变动的响应规律,其中玉皇阁滑坡发生明显变形对应水位上升阶段,鹤峰场镇滑坡发生明显变形则对应水位下降阶段。 (2)堆积层滑坡工程地质模型研究。以三峡库区秭归-万州段89个堆积层滑坡进行统计,得到了库区堆积层滑坡的体积、地形地貌、地层岩性、斜坡类型等分布规律,从滑体的组构特征、动力成因、变形运动特征和发育阶段四组主要控制性因素出发,建立滑坡的基本地质模型。由于堆积层滑坡大多处于库水位变动影响范围内,动力成因详细考虑了库水对不同类型堆积层滑坡的作用模式及库水作用下滑坡的变形特征,进一步划分为浮托减重、渗透力、浮托减重+渗透力(混合)三类,细化了水库型堆积层滑坡的基本地质模型。运用上述基本地质模型建模方法及理论,得出了巫山玉皇阁滑坡的基本地质模型为新生性孕育期渐进牵引式人工水库蓄水浮托减重型土质岩床滑坡,鹤峰乡场镇滑坡的基本地质模型为复活性孕育期剧动牵引式人工水库蓄水渗透压力型土质岩床(+土床)滑坡。 (3)堆积层滑坡复活过程中地下水水力学作用效应。由于滑坡自身岩土渗透特性的不同,库水波动对其影响也各不相同,以三峡库水一个水文年的正常水位变动线为基础,以鹤峰乡场镇滑坡主剖面建立渗透计算模型,对库水位上升及下降阶段过程中不同渗透特性堆积层滑坡的地下水浸润线进行分析,根据浸润线的分布特征划分了不同水位阶段不同滑坡类型的地下水作用效应,从定性的角度分析了不同地下水水力学作用效应对滑坡稳定性的影响,即:库水位上升阶段时,’①当k10-4m/s时,有a≤5°,地下水作用效应表现为浮托减重,不利于滑坡的稳定;②当10-5m/sk10-4m/s时,有5°a90°,地下水作用效应表现为浮托减重+渗透力(混合)型,对滑坡是否有利取决于谁占主导地位;③当k10-5m/s时,有a≥90°,地下水作用效应表现为指向坡内的渗透压力,有利于滑坡的稳定。而在库水下降时,库水对滑坡的稳定性影响则与上述状况相反。根据上述计算成果应用于玉皇阁滑坡渗透系数反演分析,基于地下水水位监测与库水位的关系反演了渗透系数范围,然后基于孔隙水压力监测与库水位的关系在上述范围内进一步确定了渗透系数的大小。 (4)地下水作用效应对三峡库区堆积层滑坡稳定性影响研究。地下水通过外部激励作用使得滑坡内部暂态的平衡系统被打破,稳定性发生变化。由于滑坡体本身的差异性,不同的地下水作用效应对稳定性影响也各不相同,这是不同类型滑坡在不同的水位阶段发生不同变形差异的主要因素。根据所选研究对象的不同,将地下水对岩土体的力学作用分为两种作用模式,并证明了两种作用模式的等效性;根据滑体内饱水部位与地下水浸润线的关系,稳定性计算时将滑块分为三种不同的状态(“上干下湿”、“饱和”、“上湿下干”)分别予以考虑;研究不同渗透特性滑坡在水位上升及下降阶段渗透力、浮托力导致的滑坡抗滑力及下滑力的影响,得到了稳定性系数随时间、库水位、滑体饱水面积比率等变化规律。及:当库水位上升时,①对强透水滑坡体(k≥10-4m/s),其稳定性系数的变化规律为随水位的上升起初呈加速减小趋势,直到水位恒定为175 m时,滑坡的稳定性系数为一定值。②对中等透水滑坡体(k=10-5m/s),其稳定性系数的变化规律为随水位的上升起初呈加速下降趋势,直到水位恒定为175 m时,定性系数呈减速下降趋势。③对中等透水-微透水滑坡体(k=10-6~k=10-8m/s),其稳定性系数随水位的上升起初呈加速上升趋势,直到水位恒定175 m时,稳定性系数然后呈减速下降趋势。且渗透系数越小,滑坡稳定性系数上升阶段上升也越快,相应下降阶段下降越慢。从上升阶段稳定性下降率与库水的关系来看,当k≥10-5m/s时稳定性系数下降率趋势相同,均为负值;当k≤10-6m/s时稳定性系数下降率亦趋势相同,均为正值。当库水位下降时,①对强透水滑坡体(k≥10-4m/s),其稳定性系数的变化规律为随水位的下降起初呈增长趋势,直到水位恒定145 m时,稳定性系数然后为一定值。②对中等透水滑坡体(k=10-5m/s),其稳定性系数的变化规律为随水位的下降升起初呈下降趋势,然后呈先加速后减速的上升趋势,直到保持某一定值。③对中等透水~微透水滑坡体(k=10-6~k=10-8m/s),其稳定性系数随水位的下降起初呈加速下降趋势,然后呈 缓慢上升趋势。且多为负值。从稳定性下降率的角度看,当k≥10-4m/s稳定性系数变化率曲线具有相同的变化趋势,且均为正值;当k≤10-6m/s时稳定性系数下降率亦具有相同的趋 势。基于上述研究成果,建立了水位升降条件下不同类型堆积层滑坡的稳定性随水位的标准变化曲线图。 (5)典型堆积层滑坡复活变形机理研究。以典型堆积层滑坡——鹤峰乡场镇滑坡工程地质模型为基础,根据水位实际波动曲线所得到的坡体内浸润线的变化特征,得到了稳定性系数随水位变动的关系,建立了鹤峰乡场镇堆积层滑坡的三维数值-力学模拟模型,研究了水位变动条件下滑坡应力场、位移场、剪应变增量、塑性区的发展规律,从外因如何影响内因的角度揭示了典型堆积层滑坡复活变形机理,为滑坡的变形预测奠定了基础。 (6)堆积层滑坡变形预测模型研究。以鹤峰乡场镇滑坡为例,根据所在地区的库水位变化过程线,调整地质-数值-力学模型中的水位线及岩土体参数,建立滑坡的综合预报模型,通过强变形区实际位移监测值与数值模型中模型监测点位移追踪对比,获得了FLAC3D模型中时步与实际时间的对应关系,通过时步的外延预测了未来一个水文年内滑坡的变形发展趋势。 本文创新点主要有以下几点: (1)以玉皇阁滑坡、鹤峰场镇滑坡为例,得到了不同渗透特性滑坡对库水变动的响应规律,并构建了水库型堆积层滑坡的基本地质模型; (2)基于不同渗透特性滑体内的地下水对库水位变动的响应规律和地下水实时监测反演了滑体渗透系数; (3)建立了基于三峡水库设计水位变动的不同类型滑坡稳定性系数-水位标准变化曲线。 综上所述,论文揭示了水库型堆积层滑坡的复活变形机理,从引起滑坡变形的内外因出发,对水位变动条件下滑坡变形进行预测预报,为防灾减灾提供科学决策依据。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:P642.22

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【引证文献】
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4 张旭;;丰都县长江沿岸三期滑坡(搬迁避让)灾害特征浅析[A];第七届全国工程地质大会论文集[C];2004年
5 刘光华;;重庆市河岸松散堆积滑坡机制的模拟试验研究——以九渡口、镇江寺滑坡为例[A];第四届全国工程地质大会论文选集(一)[C];1992年
6 王泰书;李全荣;;前河露天矿边帮滑坡防治问题的探讨[A];中国典型滑坡[C];1986年
7 孙广忠;姚宝魁;;中国滑坡地质灾害及其研究[A];中国典型滑坡[C];1986年
8 李芙林;马惠民;张华;;中尼公路滑坡概况[A];2002年中国西北部重大工程地质问题论坛论文集[C];2002年
9 刘忠绪;严明;林锋;揭秉辉;;锦屏对外交通专用公路K48+125~230段古滑坡复活机制工程地质分析[A];2010年全国工程地质学术年会暨“工程地质与海西建设”学术大会论文集[C];2010年
10 李广俊;;自贡市区滑坡的基本特征[A];岩石力学理论与工程实践[C];1997年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 袁西龙 付云霞;堆积层滑坡预警成功率可大幅提升[N];地质勘查导报;2010年
2 记者 王尚锋;我市地质灾害防治形势严峻[N];商洛日报;2010年
3 记者 王尚锋;我市地质灾害防治工作形势严峻[N];商洛日报;2011年
4 记者 杨雁斌 通讯员 余兴福;省财政紧急拨款治理紫阳两处重点地质灾害[N];陕西日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱大鹏;三峡库区典型堆积层滑坡复活机理及变形预测研究[D];中国地质大学;2010年
2 张华;堆积层斜坡的地震诱导行为研究[D];西南交通大学;2011年
3 李长冬;抗滑桩与滑坡体相互作用机理及其优化研究[D];中国地质大学;2009年
4 吴红刚;隧道—滑坡体系的变形机理及控制技术研究[D];中国铁道科学研究院;2012年
5 王智磊;降雨影响敏感型滑坡变形动态预测方法及排水洞效果研究[D];浙江大学;2012年
6 雷光宇;三峡库区涉水土质滑坡稳定性分析及处治技术研究[D];中国矿业大学;2009年
7 邓宏艳;大型水电工程区库岸滑坡形成机理与水作用影响研究[D];西南交通大学;2011年
8 张帆宇;黄土的剪切行为和黄土滑坡[D];兰州大学;2011年
9 王薇;土石坝安全风险分析方法研究[D];天津大学;2012年
10 邱海军;区域滑坡崩塌地质灾害特征分析及其易发性和危险性评价研究[D];西北大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘辉;堆积层滑坡机理及其稳定性研究[D];西安工业大学;2012年
2 贾圣君;地震动力条件下水库型堆积层滑坡稳定性与位移响应规律及其防治研究[D];青岛理工大学;2010年
3 李博融;秦巴山区堆积层滑坡发育规律及危险性研究[D];西安科技大学;2012年
4 柳玉青;堆积层滑坡稳定性动态分析方法[D];石家庄经济学院;2010年
5 唐文洋;堆积层滑坡物理力学参数改造及其稳定性控制研究[D];青岛理工大学;2010年
6 邢林啸;三峡库区典型堆积层滑坡成因机制与预测预报研究[D];中国地质大学;2012年
7 崔宪丽;堆积层滑坡的坡形改造数值模拟与优化防治研究[D];青岛理工大学;2010年
8 于永贵;三峡库区万州、开县段堆积层滑坡发育规律及破坏模式[D];中国地质大学(北京);2008年
9 李晶;位移矢量角参数及其在堆积层滑坡治理工程优化设计中的应用[D];青岛理工大学;2008年
10 李新志;降雨诱发堆积层滑坡加卸载响应比规律的物理模型试验及其破坏机理研究[D];青岛理工大学;2008年
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