三峡库区堆积体滑坡稳定性的基覆界面控制机制研究

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三峡库区发育大量岩体滑坡堆积体,严重威胁库区人居、航运与大坝等安全,基覆界面形态及力学性质对这类堆积体稳定性及灾变机制有重要控制作用。本文围绕三峡库区岩体滑坡堆积体稳定的基覆界面控制机制,采用统计、理论、试验及数值模拟等方法,开展了库区岩体滑坡堆积体时-空发育规律及主要影响因素、基覆界面形态与滑源坡体结构的相关性、堆积体渗透性及基覆界面强度与倾角对堆积体稳定性影响机制研究。并以塔坪滑坡和藕塘滑坡为例,分别阐述了库水-降雨联合作用下类直线形、上陡-下缓形基覆界面岩体滑坡堆积体的变形规律与灾变演化机制。主要研究工作及成果如下:(1)基于790个岩体滑坡堆积体地质资料数据统计,揭示了库区岩体滑坡堆积体在空间上呈现出明显的区域分选性及临江发育规律与时间上具有明显的阶段性发育规律。此外,滑坡概率密度-规模遵循自组织临界性规律,滑坡规模临界面积约2.5×10~4m~2。探讨了高程、坡度、岩性、坡体结构、库水和降雨对岩体滑坡堆积体发育的影响规律。发现了滑坡堆积体面积与体积具有幂函数关系,论证了三参数反伽马函数较双帕雷托函数可更好的描述滑坡发育规律。(2)根据筛选的560个滑坡地质数据,建立了基覆界面形态与滑源坡体结构的关联模型。凝练了类直线形和上陡-下缓形两类基覆界面形态模型,并分析了滑体渗透性对其稳定性的影响规律。对于上陡-下缓形基覆面滑坡堆积体,当库水作用于较缓段时,随滑体渗透性增加,滑坡安全系数与库水位升降的关系从正相关发展至负相关;当库水波动范围对应于较陡段时,滑坡安全系数与库水升降的关系则从正相关(滑体渗透性较差)发展至相关性不明显(滑体渗透性较好)。滑体渗透性对类直线形基覆界面滑坡稳定性的影响规律与库水作用于上段-下缓形基覆界面滑坡的较缓段所产生的稳定性变化规律基本相同。(3)基于数值模拟及稳定性计算,探明了基覆界面强度参数对类直线形和上陡-下缓形两类基覆界面堆积体稳定性及滑面位置控制规律。基覆界面强度参数的劣化均会降低滑坡稳定性。对于上陡-下缓形基覆界面滑坡堆积体,滑动面位置会随着强度参数的降低首先在靠近基覆界面的坡体前部出现,然后发展至上部并与基覆界面搭接贯通,最后既有可能从滑体中部剪出也有可能沿基覆界面发生整体破坏。对于类直线形基覆界面滑坡堆积体,滑动面位置会由前部靠近基覆界面,逐渐延伸至上部并扩大与基覆界面的重合程度,最终沿整个基覆界面发育。(4)基于数值模拟及稳定性计算,揭示了基覆界面倾角变化对类直线形和上陡-下缓形两类基覆界面堆积体稳定性的影响规律。总体上,滑坡安全系数随陡、缓段基覆界面倾角之差的增加而上升。类直线形基覆界面滑坡稳定性随倾角的增大由快速下降发展至缓慢下降,类直线形基覆界面倾角越大,其安全系数对强度参数的变化越敏感。(5)以塔坪滑坡为例,建立了库水-降雨耦合作用下类直线形基覆界面岩体滑坡堆积体多级牵引式失稳演化机制。基于长期的监测数据分析,揭示了滑坡变形及地下水位的时空演化规律及其主要因素。采用室内试验、监测及数值模拟相结合的研究方法,揭示了塔坪滑坡的变形机理及失稳模式,建立了坡体前缘表层剥落-坡体前部破坏-中部破坏-滑坡整体失稳的多级牵引式滑坡演化模式。(6)以藕塘滑坡为例,建立了库水-降雨耦合作用上陡-下缓形基覆界面岩体滑坡堆积体推-拉复合式失稳演化机制。藕塘滑坡由三个次级滑体组成,其中一级滑体和二级滑体沿IL1滑动,三级滑体沿IL3滑动。随着高程的增加,影响滑坡地下水的因素从库水过渡至降雨。基于长期监测数据和理论分析,厘清了各级滑体变形影响因素。通过数值模拟研究,明确了库水对滑坡的影响主要集中在堆积体前部,降雨对滑坡的影响主要集中在堆积体中部和后部,滑坡在长期降雨和库水耦合作用下呈现前缘牵引(库水作用)-后部推移(降雨作用)的复合式失稳机制。
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