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三峡水利枢纽工程,位于长江三峡之一的西陵峡中段,坝址在湖北省宜昌市三斗坪,是当今世界上最大的水利枢纽工程。长江三峡水利枢纽工程建成后,将在防洪、发电、航运、南水北调、供水灌溉等方面带来巨大效益。但另一方面,它也带来了众多问题有待我们解决,地质灾害问题则是其中之一。三峡水库蓄水后,库岸边坡的岩土环境将被改变,岸坡岩土体与库水之间的水-岩(土)相互作用将增强,恶化岩土体的工程性质,从而导致滑坡等地质灾害问题。因此,深入研究三峡库区库岸边坡中的水-岩相互作用具有重要的理论意义和工程应用价值。
本文在分析水对岸坡的不同作用的基础上,设计了室内饱水条件下的水-岩(土)化学相互作用实验。通过测定试样的自由膨胀率及其在饱水过程中渗透系数的变化,借助X射线衍射仪对试样进行矿物成分分析,利用离子色谱法对水样进行阴离子变化测试,并通过测试分析试样饱水前后的化学成分,运用扫描电镜测试分析饱水前后的结构变化,对石榴树包滑坡岩土体进行了水-岩(土)化学相互作用研究。在研究中得到了以下的一些认识:
(1)在饱水过程中,岩土体的渗透系数将发生变化,并呈现出先增大后减小的变化规律。
(2)饱水后,试样的细观结构将发生变化。饱水前,试样的结构整体性良好,主要由片状体叠聚而成,试样结构各层间排列有序,并且连接紧密,呈面-面接触,基本无粒状体;饱水后,试样结构转变为絮凝状结构,出现较多的散乱片状体,片状体多以棱边或棱角相互接触,接触面积较小。
(3)饱水前,试样结构紧密,孔隙较少;饱水后,试样结构中出现了部分较大的溶洞孔隙,这与饱水前期试样的渗透系数逐渐增大有较好的吻合,同时也说明了饱水前期溶蚀作用占了很大的比重。
(4)土样饱水后,土样中的SiO2、TFe2O3、MgO、CaO、K2O、TiO2、MnO、H2O-的含量发生了变化,而Al2O3、Na2O、P2O5的含量则没有变化。其中,SiO2、H2O-的含量减少,TFe2O3、MgO、CaO、K2O、TiO2、MnO的含量和烧失量有所增加。
(5)F和NO3-在饱水过程中主要以土样对其的离子吸附为主;而对于SO2-4,土样对其的吸附作用较土样中的矿物溶解作用更小,从而造成土样中SO2-4的逐渐流失。
(6)石榴树包滑坡滑体松散岩土体在饱水条件下的细结构发生变化,这主要是因为岩土体饱水后,岩土体的矿物成分将和水发生矿物成分的溶解、离子交换和吸附等化学相互作用,使得化学元素在岩土体与水之间重新分配,土颗粒、矿物成分的分子之间形成新的结构,从而导致岩土体结构的改变。
(7)不同给定渗透系数条件下,库水位从175m以2m/d匀速下降至157m时,石榴树包滑坡内的地下水位线的计算结果表明:渗透系数越大,坡体内的地下水位线对库水位变化的时间滞后效应越小。
(8)考虑滑坡体渗透系数在水-岩(土)化学相互作用下的动态变化,库水位从175m以2m/d匀速下降至157m的工况下,石榴树包滑坡的稳定性计算结果表明:稳定性系数将随时间呈现出先增大后减小的变化规律。这与水-岩(土)化学相互作用下,石榴树包滑坡岩土体的渗透系数变化对地下水位线的滞后影响与库水位下降时坡体内孔隙水压力蓄积的藕合作用关系密切。