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库水作用下滑坡变形演化规律研究

王朋伟  
【摘要】:滑坡作为一种严重斜坡变形的自然地质灾害,其作用力主要沿着贯通的剪切面滑移,其变形机制是滑面上剪切力超过抗滑力,从而使的地壳岩层、土体发生灾变现象,是一种多发性的地质灾害。滑坡在全球范围分布广泛,它不仅对人类生命财产造成威胁,而且对环境、资源破坏力极为严重。 本文以三峡库区香溪河右岸白家包滑坡为例,以地下水演化规律、滑坡变形模式、滑坡变形规律为本文的研究目标。通过了解滑坡的岩土组成、结构、地貌、水文地质等地质环境特征,以及2006年11月到2010年11月期间的滑坡监测数据的基础上,按照GPS监测时间尺度特征,对降雨、库水、地下水、位移进行转换、投影、分割,得到相同时间尺度的降雨因子集、库水因子集、地下水因子集以及主滑方向上的变形速率。首先从诱发因素与研究目标的相关性角度出发选择出对目标具有显著性意义的主要诱发因子,分析各因子与研究目标之间的关系;然后通过K均值算法对研究目标进行聚类分析,划分研究目标等级,分析各个等级在时间尺度分布特征,之后利用信息增益率与Gini系数算法对诱发因素重要性进行排序,分析诱发因素对研究目标贡献大小,综合判断降雨、库水、地下水与滑坡位移之间的相互关系;最后将所提取的主要诱发因素与研究目标数据结合起来,优化决策树模型,获取在库水波动条件下地下水演化规律、滑坡变形模式以及不同水位运行期滑坡变形规律,进而结合规律与滑坡地质环境特征解释滑坡演化趋势。通过对这些问题的分析与研究,论文得出以下成果: 1、库水作用下滑坡地下水演化规律 位于白家包滑坡中后部SK1处的地下水分布主要受降雨的影响很大,其中区段降雨量、区段日最大降雨量、滞后一周降雨量、期库水位,这四个因子对SK1处的地下水影响明显,与降雨量具有正相关,库水波动对其作用很不明显,仅仅与约束条件库水位有关。而处于滑坡中前部SK2处的地下水位分布主要受库水上升、月降雨量、库水位以及库水波动相关,其中库水上升对SK2处地下水影响最大,从影响因素得出SK2处地下水位分布是库水与降雨的联合作用结果,以库水补给为主,降雨作用为铺。 2、库水作用下滑坡变形模式特征 从白家包滑坡主剖面上两个监测点相对位移得到该滑坡属于混合变形模式,滑坡不同的变形模式主要与SK2处的水位差、累积库水波动量、月库水累积升量、区段降雨量、SK1处的水位差这五个因子相关,因子重要性由大到小排列为:SK2水位差(0.2444)累积库水波动量(0.2222)月库水累积升量(0.2)区段降雨量(0.1778)SK1水位差(0.1556)。从变量的重要性与规则获知地下水位与库水位之间水位差影响滑坡滑动模式的主要因素,滑坡主要动力来源于滑坡前缘地下水的动水压力。 3、不同水位运行期滑坡变形规律 研究发现低库水波动区(145m~156m蓄水阶段)时,滑坡变形受降雨影响较大,其中两月降雨量因子对该阶段滑坡变形影响最为显著,模型拟合精度为:0.399mm;而高库水波动区(145m~175m蓄水阶段)时,库水波动是影响滑坡变形的主要因素,模型拟合精度为:2.194mm。在不同区间波动时有一个共同的特性就是在蓄水期间首次大幅下降时,这时正好降雨较大,两者联合作用下滑坡变形明显,随着时间的推移在同一个波动区在相同诱发条件下滑坡变形逐渐缓慢,说明在新的库水环境下该滑坡具有自我调整的能力,逐渐趋向较稳的方向发展。


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