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《长安大学》 2011年 博士论文
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三峡库区涉水滑坡体稳定性的可靠度研究

徐平  
【摘要】:目前,在滑坡稳定性评价中,主要采用稳定系数作为评价指标,但稳定系数高度依赖于强度参数的取值,其计算中没有考虑岩土体参数的不确定性,因而对该方法的科学性提出了挑战。用可靠度理论评价滑坡长期稳定性是对该课题研究的一个发展趋势。本文以长江三峡库区涉水滑坡体为对象,开展正常蓄水时滑坡稳定性的可靠度研究。 本文是在课题组承担的“长江上游宜昌-江津段环境工程地质调查地质灾害遥感解译”项目和三峡库岸马家沟滑坡、归州老城滑坡、玉皇阁崩滑体、上西坪滑坡、烟厂后滑坡、四道桥滑坡、四道沟滑坡、北门坡滑坡和巴东小商品市场滑坡等多处滑坡勘察治理项目的基础上完成的。首先根据三峡库岸滑坡特点和岸坡工程地质条件,将三峡库区库岸分为三段,即秭归段、巴东-奉节段和奉节西-重庆段。秭归段从库首到秭归与巴东交界处,以侏罗系地层为主,地势较开阔,构造上受秭归向斜控制;巴东-奉节段主要为三叠系中统巴东组地层,宽缓的河谷与陡峻的山峰相间出现,形成独特的峡谷地貌;奉节西-重庆段主要为侏罗系地层,地势较平缓,宽缓的向斜与紧密的背斜形成平行于河流的线性构造。 在此基础上,分析了78个涉水滑坡案例,其中9处滑坡为作者和课题组参与勘察设计。由秭归到重庆段,滑坡的地表坡度及滑面倾角逐渐变缓,滑坡的长宽比由1.5-4.2逐渐减小到0.2-0.8,滑坡由纵长型向横宽型过渡。秭归段以中倾角、纵长型、中层、中型-大型滑坡为主;巴东-奉节段以中倾角、纵长型、中-深层、大型滑坡为主;奉节西-重庆段以平缓、横宽型、中-深层、大型滑坡为主。根据三个库段涉水滑坡的地表坡度、滑面倾角和滑坡前后缘高程等几何参数统计结果,建立了三个库段滑坡地质结构模型。 将库区滑坡的物理力学指标分为实测值(据勘察报告)和专家值(用于稳定性计算的值)。根据本课题组和其他勘察单位对三峡库区滑坡的勘察结果,共取得库区滑坡物理力学指标927组实测值和325组专家值。对滑体与滑带强度指标的天然峰值、天然残剪值、饱和峰值、饱和残剪值、原位剪切值、天然专家值和饱和专家值进行了比较,结果表明,从秭归到重庆,滑体与滑带的粘聚力逐渐增大。天然状态下,粘聚力的专家值介于实测峰值与实测残剪值之间;饱和状态下,秭归段滑体与滑带的粘聚力专家值比实测峰值大5-12kPa,巴东-奉节段和奉节西-重庆段粘聚力专家值介于实测峰值与实测残剪值之间。从秭归到重庆段,滑体与滑带的天然内摩擦角逐渐降低;饱和状态下,巴东-奉节段内摩擦角最大,奉节西-重庆段最小。整个库段中,滑体与滑带的内摩擦角专家值比实测峰值大1.5°-5.7°。 对各库段滑体土与滑带土强度指标和饱和渗透系数统计检验表明,各库段滑体与滑带的c、φ实测值与专家值都服从正态分布,除秭归段滑体粘聚力的饱和峰值与奉节西-重庆段粘聚力的天然峰值外,三个库段的滑体与滑带c、φ专家值和实测值也都服从对数正态分布;滑体与滑带的饱和渗透系数都服从对数正态分布和Weibull分布,本文在可靠度分析时,强度参数采用了正态分布概率模型。 采用Morgenstern-Price法建立极限状态方程,用有限元法模拟库水位升降引起滑坡体内渗流场的变化,对三个库段滑坡模型进行2250次Monte-Carlo模拟计算,结果表明,库水位上升时,各库段滑坡模型的失效概率逐渐减小;库水位下降时,滑坡的失效概率增大。对68个典型滑坡案例进行模拟计算,分析了失效概率曲线的变化形态,将失效概率曲线分为三类,即拐点左凹型、弧状左凹型和直线型。当水位降落比大于0.8时,失效概率与库水位的关系曲线多呈拐点左凹型,此时滑坡前缘高程多位于145m以上或附近,库水对滑坡稳定性的影响较小;当水位降落比在0.4-0.8范围内,曲线形态多呈弧状左凹型,滑坡前缘高程低于145m,涉水不深,库水对滑坡稳定性影响极大;当水位降落比小于0.4时,曲线多呈直线型,滑坡前缘高程远低于145m,涉水很深,库水对滑坡稳定性有一定的影响。 基于各库段滑坡的地质条件、实际变形特点、水位降落比和可靠度计算结果,给出了库水位涨落过程中三峡库区涉水滑坡体目标失效概率推荐值,即在库水位涨落过程中,秭归段和巴东-奉节段滑坡可接受失效概率低于30%、奉节西-重庆段滑坡可接受失效概率低于20%,低于此值时,对滑坡采取地表排水措施;秭归段和巴东-奉节段滑坡基本接受失效概率为30%-50%、奉节西-重庆段滑坡基本接受失效概率为20%-40%,在此范围内时,应对滑坡采取地表排水及监测预警措施;秭归段和巴东-奉节段失效概率超过50%、奉节西-重庆段失效概率超过40%为不可接受失效概率,此时应对滑坡采取地表排水及圬工防治措施。


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