下土地岭滑坡敏感性分析与可靠性评价研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wxthaoa
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我国是一个多山的国家,约70%的陆地面积是山区。随着社会主义现代化建设不断推进,我国大量修建山区公路、铁路以及水利水电等基础设施,这不可避免地诱发了滑坡,再加上人类不合理的经济活动,使滑坡问题越来越突出。滑坡严重灾害威胁着人民生命财产安全,造成了巨大的经济损失。滑坡稳定影响因素的敏感性分析是滑坡稳定性评价的重要组成部分。影响滑坡稳定性的因素是多方面的,但是不同因素对特定滑坡稳定性的影响程度是不同的。通过敏感性分析可以对影响滑坡稳定性的因素进行分析和检验,从而确定出影响滑坡稳定性的主要控制因素,为滑坡可靠性分析选取随机变量提供依据,同时使滑坡的防治和监测更具有针对性。滑坡岩土体是地质体的一部分,是经长期地质作用形成的产物。它所涉及的工程地质条件及岩土体物理力学参数往往具有随机不确定性。传统的稳定性系数法评价方法是建立在确定性概念基础之上的,没有考虑滑坡岩土体固有的随机不确定性。基于概率理论与数理统计理论的可靠性理论应用于滑坡稳定性分析与评价,有效考虑了滑坡岩土体系统内部的随机不确定性。因此,研究可靠性理论在滑坡稳定性分析与评价中的应用具有深远的意义。   论文以我国三峡库区的下土地岭滑坡为研究对象,在分析滑坡地质勘察资料的基础上,对滑坡的成因机制进行了分析,选取影响滑坡稳定性的滑带土粘聚力与内摩擦角、滑坡体容重、地震、滑坡地下水位等五种因素,基于正交试验设计对上述五种因素进行敏感性分析,并分别采用极差分析法与方差分析法对试验结果进行分析。根据滑坡敏感性分析结果选取滑带土抗剪强度参数c、ψ作为随机变量,根据滑带土抗剪强度参数反演结果,结合室内试验资料统计分析结果,确定随机变量c、ψ的统计特征,并通过工程地质类比确定随机变量c、ψ的概率分布类型。根据下土地岭滑坡滑动面形态特征,选取传递系数法建立极限状态函数,采取传递系数法与Monte-Carlo法相耦合的方法,对滑坡的不同工况进行可靠性计算,并对可靠性计算结果进行分析,结合传统稳定性系数评价方法与可靠性评价方法,对不同工况下滑坡的可靠性进行评价。最后,对影响可靠性计算结果的三种因素进行了分析和讨论。综合论文研究内容,初步得到以下几点结论:   (1)下土地岭滑坡的近期活动为古滑坡再次活动,是在内外因素共同作用下继承古滑坡活动史的自然演化过程,滑坡前缘的活动属于古滑坡体在自然演化过程中出现的解体现象。滑坡受袁水河侧向侵蚀,在降雨与其它地表水入渗和人类工程活动长期、反复影响下以及滑坡体自重作用下产生剪切蠕变,变形拉裂破坏由滑坡前缘逐步向中后部扩展直至滑坡后缘,滑动面逐渐贯通。在三峡库水位周期性变动或者是潜在地震活动的影响下,一旦滑动面整体贯通将导致滑坡整体复活,从而形成蠕滑一拉裂型滑坡。   (2)基于五水平正交试验设计进行滑坡敏感性分析,极差分析结果表明下影响土地岭滑坡稳定性因素的敏感性由大到小依次为:滑带土内摩擦角、滑带土粘聚力、滑坡地下水位、地震、滑坡体容重;方差分析结果表明滑带土内摩擦角与粘聚力、滑坡地下水位、地震等四种因素对滑坡稳定性有高度显著性影响,滑坡体容重对滑坡稳定性无显著性影响。   (3)根据滑带土抗剪强度参数反演结果并结合室内试验资料统计分析,确定粘聚力c的均值为8.00kPa,标准差为3.04 kPa:内摩擦角ψ的均值为11.49°,标准差为1.26°。通过工程地质类比,确定粘聚力c服从正态分布,内摩擦角ψ服从对数正态分布。选取模拟次数N=10000对滑坡的五种工况进行模拟计算,分析认为计算结果满足精度要求。通过对稳定性系数样本值进行拟合分析,发现稳定性系数近似服从正态分布。   (4)采用传统稳定性系数评价方法与可靠性评价方法,对滑坡五种工况下的可靠性进行评价。在现状水位工况下,滑坡中值稳定性系数为1.0734,处于基本稳定状态,但仍存在28.41%的破坏概率,滑坡处于低危险等级;在现状水位条件下考虑现状条件下5日暴雨影响的工况下,滑坡中值稳定性系数降为0.9813,相应破坏概率为56.87%,滑坡处于中等危险等级;在坝前162m水位考虑50年一遇5日暴雨影响的工况下,滑坡中值稳定性系数为0.8989,相应破坏概率为81.08%,滑坡处于高危险等级;在坝前175m水位考虑非汛期50年一遇5日暴雨影响的工况下,滑坡中值稳定性系数为0.9257,相应破坏概率为73.36%,滑坡处于高危险等级;在坝前库水位从175m降至155m时,且每天降1m的工况下,滑坡中值稳定性系数为0.9853,相应破坏概率为54.88%,滑坡处于中等危险等级。总体来看,下土地岭滑坡在现状水位条件下处于低危险等级,基本稳定,受现状暴雨影响发生蠕滑拉裂,处于中等危险等级,在暴雨与库水位联合作用下,稳定性急剧降低,将处于高危险等级,滑坡可能发生整体失稳破坏,因此需要对滑坡进行治理。综合分析两种方法的评价结果表明,当中值稳定性系数大于1时滑坡并不是绝对稳定的,仍然存在发生破坏的风险,同样,当中值稳定性系数小于1时,若破坏概率未达到必然破坏的等级,也并非表明滑坡必然破坏。   (5)论文以工况-为例分析了随机变量概率分布类型、模拟次数以及随机变量的变异系数对可靠性计算结果的影响。当随机变量c、ψ均服从对数正态分布时破坏概率取得极大值,随机变量c、ψ均服从正态分布时则取得极小值,极大值与极小值相差1.22%,分析认为随机变量的概率分布类型对滑坡破坏概率存在一定程度影响,但是影响不明显。当随机变量c、ψ均服从正态分布时,稳定性系数明显服从正态分布,当随机变量c、ψ中有一者或两者服从对数正态分布时,稳定性系数的频数分布曲线存在向对数正态分布类型转化的趋势。通过考察模拟次数对可靠性计算结果的影响认为,模拟次数在7000~9000次时,破坏概率计算结果已基本平稳,选取模拟次数为10000次进行可靠性计算是合理的,随机变量的概率分布类型对破坏概率计算结果趋于平稳时的最小模拟次数影响不明显。随机变量的变异系数对滑坡破坏概率存在显著影响,滑坡破坏概率随随机变量c、ψ的变异系数增大而增大,并且稳定性系数样本的标准差及其变异系数也相应增大。
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