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乌江白马航电枢纽位于重庆市武隆县境内,是乌江干流梯级开发最后一级枢纽。羊角滑坡群位于比选坝址上游,距比选上下坝址分别为1.5km和6.5km,其稳定性直接决定着白马航电枢纽能否修建。羊角镇滑坡是羊角滑坡群中的次级滑坡,白马航电枢纽修建后,按照正常蓄水位,水面将抬升23m。对羊角滑坡群的稳定性影响非常明显。本文选择羊角滑坡群中危害性最大的羊角镇滑坡,运用有限元方法分析,从分析研究库水位变化和降雨联合作用下滑坡饱和/非饱和渗流场变化特征入手,建立滑坡渗流场/应力场耦合模型,对不同库水位条件下,渗流引起滑坡变形破坏特征进行了模拟分析。主要研究内容如下:
1.从地形地貌、基岩面空间形态、水文地质条件、滑坡堆积体物质组成等方面介绍了羊角镇滑坡所处的工程地质环境及其特征,从水岩相互作用材料力学效应、水力学效应和化学作用三个方面定性分析了在水库水位和降雨联合作用下羊角镇滑坡地质环境变化特征以及对滑坡稳定性的影响;
2.以饱和/非饱和渗流理论为基础,结合长江勘测技术研究所前期勘察、试验数据和部分高速远程滑坡机制研究项目现场踏勘分析成果,建立了羊角镇滑坡在库水位变化及降雨作用下的渗流模型,分析了库水位升降和降雨等不同工况下的滑坡地下水的运动状态和地下水浸润线的波动规律;
3.从多孔介质渗流/应力耦合作用理论出发,运用FLAC3D流固耦合分析模块,在第四章滑坡渗流特征分析的基础上,分析了160m、183m、193m库水位条件下羊角镇滑坡的应力、位移特征。
通过上述研究得到如下结论:
1.羊角镇滑坡地表浅层变形普遍,但整体变形量较小,冲沟遍布且深切,地形破碎,冲沟岸坡陡峻,局部近直立,时有小规模崩塌和滑坡发生,并堵塞冲沟,构成了泥石流的重要物质来源。滑坡区地下水主要为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。孔隙水主要赋存于滑坡及周边堆积体中,基岩裂隙水赋存于滑床后缘及侧缘的二叠及三叠系灰岩中。根据滑坡区地表、地下水化学成分的测定,区内水体中主要含有侵蚀性CO2、Cl-、SO42-、HCO3-、K+、Na+、Mg2+等多种离子,因此,坡内水化学作用主要表现在离子交换吸附、水解作用、酸性侵蚀作用等方面。
2.从平硐和钻孔揭露的情况看,滑坡群中的单个滑坡体含水层为具有统一地下水位的潜水含水层。滑坡中后部地下水位变幅主要受降雨入渗影响,地下水位变幅与降雨强度、历时密切相关。降雨渗入地表非饱和带补给地下水,受其补给范围影响,地下水位中后部抬升较大。滑坡前缘水位主要受库水位控制,库水位上升过程中,库水补给地下水。受滑坡内含碎块石粉质粘土弱透水层顶托作用,及其在前缘剪出口的阻隔,地下水雍高现象明显,但随水位上升该现象逐步减弱。前缘水位随库水位上涨而抬升,地下水位上涨速度与库水位上涨速度成正比,且地下水位上涨过程中会出现“外凸”现象,并存在骤降或骤升的条件。
3.降雨对滑坡渗流速度影响较库水位升降要大。渗流速度受地形和滑坡岩土体渗透性的共同影响,且地形因素比介质渗透性影响要大。地形越陡,地下水水力梯度越大,渗流速度越大。在降雨作用过程中,随滑坡表层非饱和带土的含水量增加,介质基质吸力减小,渗透系数增大,滑坡内地下水渗流量变大。因此,降雨引起地下水位上升幅度随时间逐渐变小,当渗流流量大于降雨入渗量时,局部甚至会出现地下水位回落现象。
4.在160m枯水位状态时,滑坡整体稳定性较好,整体平均位移约2~5cm,最大位移达6.63cm,位于滑坡中后部石英沟东侧碎块石土层内;183m蓄水位时,整体平均位移约3~7cm,最大位移8.48cm;193m洪水位时,平均位移5~10cm,最大位移量达10.39cm,符合随着库水位上升滑动位移增加的规律。
5.滑坡位移方向基本为顺坡向,位移场受地形控制明显,大变形量区域均位于滑坡中后部地形坡度较大部位。库水位上升过程中,160~183m水位位移量增加约1.4cm,183~193m水位位移量增加约1.91cm,随着库水位升高滑坡变形量增大,并有向地形平缓区域扩展趋势。
6.在库水位上升过程中,滑坡应力场变化不大,仅剪应力集中区域有向滑坡中后部和浅部岩土体扩展的趋势;受坡内分布不均匀的弱透水层影响,在滑坡中部有孔隙水压力增大区域出现。