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三峡库区涉水土质滑坡稳定性分析及处治技术研究

雷光宇  
【摘要】: 伴随着我国大规模经济建设步伐,一个又一个规模宏大的基础设施建设项目在我国建成或即将建成,这些特大型项目的建设极大地改变了我国基础设施落后的局面,促进了国民经济和社会发展,但同时也给生态环境带来一定的负面影响。据调查,三峡大坝建成后,将淹没陆地约632km2,总长5927km的库岸线上将有欠稳定和不稳定的库岸172段共计约385km,前缘高程低于175m的崩滑体约1627处,总体积约38.9亿m3,约占总库容的10%,在这些崩滑体中绝大多数为土质滑坡。变幅达30m的库水位周期性涨落将加剧库区古滑坡的复活,甚至产生新的滑坡,直接威胁库区人民的生命和财产安全。 论文以三峡库区某涉水土质滑坡防治工程为背景,针对涉水土质滑坡的稳定性分析和处治技术开展了系统深入的研究,取得的主要成果和创新点有: 1)基于非饱和土一维垂直入渗基本理论,研究了经典的Green-Ampt入渗模型和经典的Philip入渗模型,根据这两个模型特征参数之间存在的重要关系,提出了两个模型的改进形式。改进后的入渗模型不仅保留了原模型形式简单、特征参数物理意义明确的优点,同时还克服了原Green-Ampt模型不能表达成时间的显函数、原Philip模型不能确定湿润锋面位置的缺点,更便于工程应用。 2)提出了以地表理论积水时间、地表实际积水时间和地表平均积水深度为重要参数的求解降雨入渗问题的改进的Green-Ampt模型和改进的Philip模型,运用这两个模型计算了三峡库区某涉水土质滑坡在极端降雨量时滑体土的饱和浸润深度。计算结果表明:在降雨量不变的情况下,短时间暴雨造成的入渗浸润深度明显小于长时间小雨造成的入渗浸润深度。当降雨强度小于土壤饱和入渗率时,入渗浸润深度主要受降雨总量和雨前土壤初始含水量控制。 3)基于潜水一维流Dupuit假定,通过引入含水层平均厚度,对Boussinesq非线性方程做线性化处理,得到了具有不规则隔水底板和不规则岸坡的坡体在库水位等速涨落时坡体内地下水浸润线的近似解析解。提出了不同于传统抛物线浸润模型的新抛物线浸润模型,提出了既考虑时间区段变化又考虑空间区域变化的含水层平均厚度计算方法,从理论上论证了传统方法局限性。 4)运用大型有限元软件ABAQUS模拟了库区典型滑体土在持续降雨、库水位等速涨落单独作用以及持续降雨与库水位等速下降联合作用下地下水渗流场的动态变化过程,得到了不同降雨强度、不同降雨持时、不同隔水底板倾角、不同库水涨落高度时地下水浸润线的变化规律。 5)基于传递系数法,针对涉水土质滑坡稳定性分析,提出了以滑动面特征点、浸润线相交点为节点将计算剖面垂直分条,用降雨饱和区、非饱和区、潜水饱和区将计算条块分区的新条分方法,并相应地确定了计算条块各分区所受重力和渗透力的计算原则。工程算例表明,该方法概念清楚,计算简便,克服了长期以来凭经验考虑降雨入渗对滑坡稳定性影响的盲目做法,特别适合工程应用。 6)采用地表截排水、抗滑桩阻滑、重力式挡墙支挡、挡板护岸等处治技术综合治理三峡库区某涉水土质滑坡,成功地阻止了滑坡灾害的继续发展,两年的监测数据说明,该滑坡的处治措施合理有效,达到了预期的治理效果。


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