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岩质滑坡地下水动态演化规律及对滑坡稳定性影响研究

李文辉  
【摘要】:在持续强降雨后,地下水位上升导致潜在滑动面及后缘拉裂隙内静水压力的增加,由水力触发岩质滑坡的观点已被广泛接受,但对地下水动态演化规律的认识尚不全面。因而,有必要探讨岩质滑坡地下水的动态演化规律,研究地下水动态变化对滑坡稳定性的影响。通过本文的初步探索研究,对认识及应用岩质滑坡地下水分布假设,优化边坡稳定性分析及计算,具有一定的理论意义及实用价值。 本文以平面破坏与楔体破坏两种岩质滑坡作为研究对象,分别选取垮梁子滑坡、城口滑坡作为典型实例,通过模型试验、现场监测及水文试验等技术方法,对地下水的动态演化规律及其对稳定性的影响进行研究,获得了如下主要结论及认识: 1.通过岩质滑坡滑动面水压分布模型试验,总结平面破坏及楔体破坏滑坡沿滑移线方向水压力的初期形成过程及分布模式的特征规律: (1)平面破坏滑坡滑面处水压力的初期形成过程规律特征为:三角形分布逐渐向前缘延伸发展,在水分到达前缘坡脚渗出后,水压力便以此近三角形分布模式发展,直至达到峰值后处于基本稳定状态。 (2)楔体破坏滑坡滑面处水压力的初期形成过程规律特征为:水压力分布模式由三角形分布→Ⅰ型梯形分布→Ⅱ型梯形分布→Ⅲ型梯形分布。并且,水压力峰值出现的位置在逐渐向后缘移动,在斜坡前缘渗水条件较好,后缘注水条件足够大时,水压力最终会由近梯形分布模式转变为三角形分布模式。 (3)试验结果在一定程度上证明了,E.Hoek提出的三角形分布模式假设,的确为特别条件下扬压力的实际最大值。 2.通过对垮梁子滑坡地下水开展现场监测、示踪试验等实地工作,初步总结分析滑坡在降雨过程中地下水的动态演化规律: (1)通过地下水实时监测发现,滑坡孔隙含水系统与裂隙含水系统的区别对地下水在汛期响应、非汛期衰减等过程中表现出显著的差异性,主要表现在:①与松散孔隙水相比,基岩裂隙水监测量值相对较小,部分监测点存在基本无变化的“异常”现象,无明显可识别的地下水位面。②汛期地下水位监测过程中,基岩裂隙水监测数据波动性稍大,但整体趋势是明确的。在降雨过程中,基岩裂隙水水位涨幅相对较小,响应降雨的时间相对较长,存在骤降突变现象。③汛期结束后,基岩裂隙水迅速衰减,衰减过程趋势无明显规律性,局部地段衰减至负孔压状态。 (2)通过地下水示踪试验发现,滑坡地下水流速流向具有较明显的优势运动特征,主要表现在:①在平面方向上,地下水沿坡体中两组优势结构面组成的裂隙网络中运移,两组节理面的交线矢量方向与地下水的主流向比较吻合。②在竖直方向上,地下水往往受地形控制由高处往低处运移。 垮梁子滑坡地下水运移,在平面上受控于裂隙结构面,在竖向上受控于地形条件。由此,共同形成了滑坡地下水的三维运移特征。 3.通过刚体极限平衡理论,采用解析方法,以垮梁子滑坡及城口滑坡为典型实例,分析研究在降雨过程中,斜坡稳定性系数随水压力(包括后缘拉裂缝中静水压力和底滑面扬压力)的不断改变而呈现出的动态变化规律: (1)垮梁子滑坡稳定性计算结果表明:①进入汛期后,伴随着四场强降雨过程,滑坡稳定性出现四次比较明显的降低。②7/22-7/27日期间地表位移速率剧烈增大,7/18-7/24日期间拉陷槽地下水位陡然增加,7/23日深部基岩内的渗压计监测孔压出现骤降现象,与滑坡在此期间处于不稳定状态的计算结果高度吻合,计算结果也证明了对孔压骤降现象的推测是正确的。③拉陷槽水位HW与滑坡稳定性系数Fs存在显著负相关关系,通过曲线回归分析拟合方程为: FS1.1710.012HW 在汛期强降雨持续作用下,滑坡的变形破坏在汛期尺度上滞后于降雨过程(在汛期中后阶段发生),该变形破坏特征与滑坡历史上的两次剧烈滑动特征非常相似。 (2)城口滑坡稳定性计算结果表明:①随着后缘拉裂隙中水位逐渐汇聚,滑坡稳定性系数逐渐减小。并且,随着地下水的上涨,滑坡稳定性系数的衰减速度是加快的。②通过假定近梯形水压力分布模式中拐点的位置I及水头高度HX,对不同水压力分布模式下滑坡的稳定性进行简单的定量化比较。结果表明,在后缘拉陷槽内水位相同时,采用不同的水压力分布假设,滑坡稳定性系数的计算值大小关系为:三角形>Ⅰ型梯形>Ⅱ型梯形>Ⅲ型梯形。③定量比较的结果与认识是一致的,在滑坡后缘拉裂缝内水位相同时,梯形分布模式拐点的存在,显著增大了两侧水压力,对稳定性不利。


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