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三峡库区是地质灾害极强发育区,水库回水是三峡库区地质环境变化的重大转折点,随着三峡工程的完成,库区水位将由现在的135m逐步升高到156m、175m,并将在145m与175m之间作周期性的变动,库区地质灾害的孕育及诱发将有一个变化的过程。在整个三峡库区,巴东库岸段为易滑地层最为集中的地区,在回水效应的影响下,一些古老滑坡如黄土坡滑坡变形加剧,一部分库段岸坡的稳定性也将相应降低,库区的地质灾害会呈现新的变形破坏特征,需要进一步加强研究、形成新的更加科学的认识,对已经治理的滑坡如太矶头滑坡等滑坡的防治工程的抗滑桩治理效果需要进行综合评估,并对蓄水后的变形趋势作出预测。本为紧紧围绕黄土坡滑坡、太矶头滑坡进行研究,以期得到一些合理的建议并提供下一步滑坡治理以及滑坡监测方面的建议。
论文首先介绍了巴东库岸段的概况,从地形地貌、地层岩性、地质构造及水文地质等方面分析了该库岸段容易产生大规模地质灾害的各种原因;接着对黄土坡滑坡群进行了简要介绍,分析了滑坡要素及滑坡的形成机制,其中重点对地下水对滑坡发生的诱发作用进行了分析;运用极限平衡法进行稳定性评价;然后运用二维有限元方法对滑坡进行了位移、应力、应变分析,并对滑带土的物理力学参数、各种复杂工况的处理进行了探讨,最后对滑坡在目前状态、175m回水,175m骤降到145m等工况下的稳定性作了评价和预测,本文还通过监测资料首次对模型进行了修正,并在此基础上,得出一些合理的结论:
1.巴东库岸段地质环境条件复杂,地处破碎、易滑的三叠系巴东组(T2b)地层区,斜坡多为顺向坡,官渡口向斜形成后期初始构造应力场的调整使该层位大面积卸荷松弛,加之多暴雨,人类工程活动强烈,以及三峡水库蓄水和水位波动的影响,使得库岸段容易形成大的水库型滑坡。
2.通过各种极限平衡方法在不同工况下的计算表明,大气降雨和地表水入渗使土体饱水、库水位急剧变化、地震、不合理的人类工程活动是诱发黄土坡滑坡复活的主要因素。经对38个剖面在不同工况下的稳定性计算,175m水位+饱水+地震条件下的稳定性比现在状态下降低5~7%,有些块段甚至降低10%以上。
3.通过基于有限元方法的数值模拟分析和力学计算,表明黄土坡滑坡在现状条件下,整体处于基本稳定状态;但在水库蓄水到175m及175m回落到145m情况下,坡体存在沿崩滑堆积体与基岩接触面之间出现贯通的塑性屈服区,可能产生沿基岩面的深层滑移,
4,根据巴东太矶头滑坡勘察和施工资料,首次采用有限元法分别建立滑坡在水库回水条件下桩土共同作用的分析模型,根据滑坡失稳破坏的机理,采用非线性有限元法来模拟抗滑桩与土体的相互作用,分析其应力应变关系,能达到反馈信息、优化设计、评价预测滑坡治理效果的目的;并对该滑坡在经过抗滑工程治理后在特定地层条件、土性参数和桩土结构体系下,桩土共同作用的一些规律:
①设抗滑桩前,滑坡上部主体呈现以垂直位移为主的沉降变形,同时台阶坡面以水平位移为主;设桩后,滑坡上部主体仍然以垂直位移为主的沉降变形,但变形量减少;中部抗滑桩后的部分与前缘都以水平位移为主,水平位移量也减少。
②设抗滑桩前,滑坡内部存在一个较明显的应力集中带,集中带位于滑带较陡的地方。应力集中区更显著地偏向坡体前缘,应力集中范围由基底向上、向前缘扩大,形成连通趋势;设桩后,应力集中带主要分布在抗滑桩附近,滑坡内部的其它应力集中带明显减小。可见,由于抗滑桩的存在,应力区域及应力大小被抗滑桩所限制。
本文主要针对巴东库岸段的黄土坡滑坡及太矶头滑坡进行了研究,提供了一种基于FEM方法的滑坡稳定性和桩土共同作用的数值分析方法,以期为其他滑坡的提供参考,并服务于滑坡勘察和治理设计。