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三峡库区典型顺层岸坡变形破坏机制及稳定性研究

张青宇  
【摘要】:顺层岸坡是在长江三峡工程库区内广泛分布、常发育大中型滑坡的一类岸坡。由于顺层滑坡具有规模巨大、发生突然、危害显著等特点,特别是三峡水库蓄水以来,发生顺层滑坡的概率大大增加。因此,在三峡水库蓄水和库区大移民工程建设的背景下,对三峡库区顺层岸坡的变形破坏机制及稳定性进行研究,不仅有工程实用价值,而且具有重要的社会意义和理论意义。 本文在资料搜集、野外调查、室内资料整理等工作的基础上,采用了统计分析、地质力学分析、极限平衡分析和数值模拟分析等研究手段,从三峡库区顺层岸坡的分布类型入手,通过研究典型顺层滑坡的实例,分析不同类型顺层岸坡的变形破坏特征;通过分析影响顺层滑坡的内在因素和外在因素,结合顺层滑坡实例和离散元模拟,分析不同类型顺层岸坡的变形破坏机制;以桃子坪潜在顺层滑坡为典型实例,从定量的角度探讨了在三峡水库蓄水这一新生外动力因素的影响下,顺层岸坡稳定性的变化特征。具体内容及成果如下: 1、通过对三峡库区新生型滑坡和老滑坡的统计分析可知:三峡库区顺层滑坡主要发育在中缓倾角平直层面顺层岸坡与变倾角顺层岸坡段。通过对三峡库区典型顺层滑坡进行分析可知:在三峡库区范围内,顺层滑坡主要发育在褶皱的转折部位或者向斜与背斜的过渡部位;发生顺层滑坡的岸坡坡体结构为软硬相间岩层组成或者含有软弱夹层的岩层组成;在顺层滑坡发生以前,顺层岸坡在重力作用下已经发生蠕变;在三峡水库蓄水以前,库区发育的顺层滑坡主要由暴雨与人类工程活动诱发的。 2、三峡库区顺层岸坡的变形破坏机制是地质环境与内外在因素共同作用的结果。内在因素包括:地层岩性、地形地貌、岩层倾角及其变化等;外在因素包括库水、降雨、人类工程活动等。 (1)通过对三峡库区顺层滑坡的不完全统计得出:在三峡库区内,发育顺层滑坡的地层岩性及岩性组合最多为砂泥岩互层、其次为泥灰岩;发育顺层滑坡的地形地貌主要体现在高程方面,库区内发育顺层滑坡最多的高程分布在300m-400m范围内,其次为200m-300m范围内,再其次为400m-500m范围内;库区内岩层倾角小于20°的范围内发育的顺层滑坡最多,其次为20°-45°的范围内,岩层倾角大于45°的范围内没有顺层滑坡发育。 (2)通过对资料搜集与野外调查综合分析得出:库水上升过程对顺层岸坡的影响主要体现在岩土体性质的变化、产生浮托力两个方面,库水下降对顺层岸坡的影响主要体现在产生渗透水压力、静水压力、超孔隙水压力三个方面;降雨的影响主要体现在增加岩土体容重、改变岩土体性质、在软弱岩层或层间破碎带产生静水压力与侧压力;人类工程活动主要体现在人工切脚、人为加载等方面。 3、通过三峡库区典型顺层滑坡实例分析与2D-block离散元软件模拟,综合认为:在三峡库区范围内,缓倾角平直层面顺层岸坡主要变形破坏机制为滑移-拉裂型,中等倾角平直层面顺层岸坡主要变形破坏机制为滑移-弯曲型;根据库水的影响,变倾角顺层岸坡主要变形破坏机制为滑移-弯曲-顺层剪出型与滑移-拉裂型。 4、取桃子坪潜在顺层滑坡为典型实例,采用传递系数法和Geo-slope软件计算方法相结合的方法,计算了不同静水位(145m、156m、175m)、库水位以1m/s、5m/s的速度上升、库水位以0.6m/s、1m/s的速度下降三种情况下岸坡的稳定性变化。计算结果表明: (1)在静水位作用下,库水位越高,岸坡的稳定性越差。 (2)在库水位上升过程中,以不同的速度蓄水,岸坡的稳定性均下降,但是蓄水速度越快,岸坡的稳定性下降的幅度比蓄水速度慢的情况下要小; (3)在以库水位以不同的速度下降过程中,岸坡的稳定性都有一个下降和上升的过程。以0.6m/s速度下降时,岸坡的稳定性在库水位为160m时达到最低,然后缓慢提高;以1m/s速度下降时,岸坡的稳定性在库水位为155m时达到最低,然后缓慢提高。 (4)库水位降速越小,岸坡稳定性下降的幅度越小。


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