三峡库区地质条件复杂、问题库岸斜坡众多,库岸滑坡灾害预防问题十分突出。考虑到三峡工程重要的政治意义、强有力的经济带动效应、巨大的社会效益,需要进一步查明该地区库岸滑坡的分布、成因、变形机理、演化规律等疑难问题,在三峡工程正常运行过程中,科学有效地避免和减轻重大库岸滑坡的危害,是摆在我们面前的一项刻不容缓的课题。三峡库区发育的库岸滑坡具有典型性,其中黄土坡滑坡是最具代表性的一个库岸滑坡,长期以来对黄土坡滑坡成因机制和稳定性的研究一直是国内外的研究前沿,其持续受到研究者关注原因主要有两点,一是因为黄土坡滑坡结构组成复杂,是个大型复合古滑坡,有很多问题尚未研究清楚,对此进行选题具有十分重大的理论意义；二是因为黄土坡滑坡体上建有巴东县城镇,居住着大量人群,一旦发生滑坡,后果不堪设想,所以需要研究者来评判黄土坡滑坡的稳定性现状和演化规律,对此进行研究也具有了显著的实际意义。目前不同部门、不同单位、不同专家和工程技术人员对黄土坡滑坡的范围、边界条件、成因机制等方面的认识还存在分歧,又由于判定滑坡稳定性状态需要建立在对滑坡地质结构、成因机制等内容的清晰认识上,但是这一块恰恰是关于黄土坡滑坡研究的薄弱环节,黄土坡滑坡的地质结构异常复杂,含有多层非连续、非贯通的软弱夹层,受到研究条件的限制,前期单位主要依靠钻探揭露来研究黄土坡滑坡内部特征,造成前期研究者对黄土坡滑坡当前稳定性和长期稳定性的判断存在一定的不确定性。因此,在2009年中国地质大学(武汉)研究团队开始在黄土坡滑坡进行巴东野外大型综合试验场的建设,建成一个集滑坡灾害教学、科研、生产于一体的教学、科研平台。巴东野外大型综合试验场隧洞群的开挖,标志着“长大硐室直接揭露法”开始在滑坡地质灾害研究中得到应用。这是自对黄土坡滑坡进行勘查研究以来,对黄土坡滑坡临江1号滑坡体(临江1号崩滑堆积体)的滑体、滑带与滑床最为充分的揭露,为直接而深入研究黄土坡滑坡提供了有利条件。本论文依托巴东野外大型综合试验场研究平台,针对黄土坡滑坡长期以来的争议问题展开研究,首先采用“长大硐室直接揭露法”、地面调查、钻探揭露法等方法研究了黄土坡滑坡的地质结构：以此为基础,基于历史资料对比法、U系测年法揭示了黄土坡滑坡多期次滑动的成因机制；为了后续研究需要,对现场采集到的大量岩土水样开展了微细观特征分析、水化学分析以及物理力学性质分析,得到了黄土坡滑坡岩土体的特征参数；最后,结合最新的黄土坡滑坡地质结构和多期次成因机制的研究成果,基于理论模型、数值模拟、滑坡原型试验、监测分析相结合的方法研究了库水位升降与降雨联合作用下黄土坡滑坡渗流场、应力场、位移场以及稳定性的动态变化规律。本论文研究成果在一定程度上解决了学术界的研究分歧,还为相关的决策者提供了有力参考,因此具有极其重要的理论和实际意义。主要取得了如下成果：(1)黄土坡滑坡地质结构研究。通过详细地面调查、前期钻孔资料分析、监测数据判识及试验隧洞揭露法,结合滑坡、滑带(面)判别标志,较准确的确定了由临江滑坡体(临江1号、2号崩滑堆积体)、园艺场滑坡和变电站滑坡组成的黄土坡滑坡系统的平面范围。查明了黄土坡滑坡软弱夹层及滑带分布规律,其中临江1号滑坡体(临江1号崩滑堆积体)内软弱夹层最为发育,基于试验隧洞群的开挖揭露,发现了较典型的软弱夹层和剪切错动带12处,在主洞、3号支洞与5号支洞的开挖中都揭露到了主滑带,同时在多个地方都发现了剪切作用判别标志,说明临江1号滑坡体(临江1号崩滑堆积体)经历了多次变形,这是巴东组岩性的软硬相问特点所决定的。通过分析主洞与3号、5号支洞揭露的滑带和岩层的空问形态,发现主洞揭露的滑带产状与5号支洞揭露的滑带产状接近,在岩层走向上延伸较好,并且两处揭露点的基岩岩层产状相近,所以推测主洞与5号支洞揭露的同属一个滑带；而3号支洞揭露的滑带,距离其他两处滑带较远,产状与之也有较大差异,通过分析空间关系,发现3号支洞滑带与其他两处滑带不是属于同一个滑动面,而是两个不同层位的滑动面,即推测临江1号滑坡体(临江1号崩滑堆积体)是由两个独立的滑坡组成,这颠覆了前人的认识。基于实测统计分析,探讨了滑坡内部裂隙发育规律,发现临江1号滑坡体(临江1号崩滑堆积体)内部裂隙发育规律与背景变形行迹的特征有一定联系,分属滑坡不同组成部分的裂隙仍然残留背景变形行迹的痕迹,但根据所属滑坡部分不同,又有些许的不同,总体而言,滑床部位的裂隙发育规律与背景值最为接近；滑带部位和滑体部位继承了一部分背景变形特征,但由于滑坡运动,产生了很多新生变形,这些变形叠加到背景变形行迹上面,引起了优势裂隙排序和占比的重分布,形成了具有滑坡特征的变形行迹,在此研究基础上建立了滑坡变形行迹和背景变形行迹的比对方法。(2)黄土坡滑坡多期次成因机制研究。考虑到黄土坡滑坡地质结构的复杂性、所处位置的特殊性等因素,故采取先区域(长江三峡地区)、再区段(巴东段)、最后聚焦单体(黄土坡滑坡)的研究思路,首先研究了黄土坡滑坡多期次滑动的地质背景,发现第四纪时期长江三峡地区以构造抬升为主,间以短暂稳定为特点,不同河段的下切速率略有不同：长江贯通后,超强的水动力作用使长江三峡两岸的斜坡产生了一系列的物理化学变化,其演化过程可概括为：斜坡岩土体强烈卸荷→松动→开裂→转动→泥化→垮塌→崩滑→阶地超覆→形成复合堆积体：长江三峡巴东段库岸斜坡体系正是在长江贯通、快速下切或后期改造背景下孕育了多个滑坡,从物质组成上分析,这些滑坡均发育于中三叠统巴东组第二、三段岩性中；从物质结构上分析,巴东段斜坡体系上的滑坡物质结构具有垂向上的分层性和平面上的分带性；滑面一般生成于软弱带和土岩接触面上。开展了黄土坡滑坡多期次滑动的年代学研究,基于U系测年法,对黄土坡滑坡不同位置处的滑带进行了测年分析,结果表明临江1号滑坡体(临江1号崩滑堆积体)内部的主洞、5号支洞所揭露的滑带处与临江2号滑坡体(临江2号崩滑堆积体)内部的TP4平硐所揭露的滑带处的裂隙充填方解石脉体的形成时间很接近,距今10万年,印证了主洞揭露的滑带与5号支洞揭露的滑带为同一滑带,且具有协同变形的规律：而同在临江1号滑坡体(临江1号崩滑堆积体)内部的3号支洞所揭露的滑带和剪切褶曲处裂隙充填方解石脉体的形成时间较新,接近5万年,呈现不同期次特征,佐证了临江1号滑坡体(临江1号崩滑堆积体)是由2个独立的子滑坡组成的推测。结合黄土坡滑坡前期测年数据,还原了黄土坡滑坡的多期次滑动历史,其中临江崩滑堆积体是经历了5次大规模的滑动而形成的,距今时间分别为(40-38)×104a、(31-30)×104 a、(22-18)×104 a、10×104 a、5×104 a:变电站滑坡发生稍晚于临江崩滑堆积体,形成于距今(19-13)×104a的中更新世末期；园艺场滑坡在变电站滑坡之后发生,形成于距今(13-11)x104a。与长江三峡地区其他古滑坡形成时间对比后发现,黄土坡滑坡的滑动周期与长江三峡地区古滑坡时序规律基本吻合,这说明了黄土坡滑坡的形成原因除了受到其本身特性的影响外,还和其他同地区古滑坡一样,受到区域地质环境因素的控制,正是由于这些因素的控制,才使得这些古滑坡出现成批次并发的规律。黄土坡滑坡多期次滑动的影响因素可以分为两大类,一是内部因素,包括地层岩性、节理裂隙(结构面)及岸坡结构；二是外部因素,包括地壳隆升／长江下切、断裂构造(地震)及古气候,研究表明黄土坡滑坡各期次滑动与外部因素之间有较好的相关关系。在此基础上将黄土坡滑坡多期次滑动的成因机制可以概括为：斜坡发育阶段、卸荷蠕滑阶段、崩滑阶段、滑坡超覆阶段、重力堆载蠕滑阶段与改造阶段。(3)黄土坡滑坡岩土体微细观特征及物理力学性质试验研究。以黄土坡滑坡岩土体为研究对象,开展了岩相分析、水化学分析、X射线衍射分析及岩土体物性参数分析等内容,揭示黄土坡滑坡岩土体的微细观特征及物理力学性质。岩性分析结果表明临江1号滑坡体(临江1号崩滑堆积体)内部的3号支洞、5号支洞岩性以泥晶、微晶、粉晶和细晶灰岩、泥灰岩为主,可推测出巴东组碳酸盐岩属于干旱气候条件下浅水台地型海相碳酸盐沉积,处于潮坪-泻湖相或海陆过渡相。靠近滑带、剪切错动带(软弱夹层)时,岩石薄片中方解石脉体数量显著增加,说明滑坡孕育过程中,在滑带、剪切错动带附近会产生一系列宏观裂隙、微细观裂隙,在地下水渗流作用下,部分宏观、微细观裂隙被方解石脉体充填,形成了当前的形态,因此可以考虑此规律作为滑带、剪切错动带辅助识别方法。水化学分析结果表明地表水、地下水、雨水具有不同的离子组合,且相对含量均不同,对于地下水而言,不同离子与滑坡岩土体水岩相互作用的反应强度有所差别；还发现地下水与地表水存在明显的水力联系,当滑坡体上方出现降雨时,试验隧洞内的渗水点会出现流量增大的现象,但是有明显的滞后效应,说明降雨与滑坡体内部的地下水之间存在补给关系,但雨水入渗到滑坡体后,与岩土体发生化学作用,导致水质发现变化,离子浓度也随之出现较大改变。X射线衍射分析结果表明,黄土坡滑坡滑带土中的矿物主要以粘土矿物为主,含量为40%左右,其中粘土矿物又由蒙脱石、绿泥石和伊利石等亲水矿物组成,反映了黄土坡滑坡的滑带土具有亲水特性和遇水膨胀软化特性。分别开展了岩石力学试验与土石混合型滑带土击实试验、压缩试验、三轴剪切试验、三轴流变试验,并得到了相关物理力学参数。(4)库水位升降与降雨联合作用下黄土坡滑坡渗流场研究。推导并建立了基于部分线性化简化方法的库水位升降与降雨联合作用下岸坡浸润线解析模型,进一步提出了能够考虑岸坡坡度的修正模型。运用Geo-Studio软件中的SEEP/W模块分析了黄土坡滑坡在库水位升降与降雨联合作用下的渗流场变化规律,按照初始稳态、降雨、库水位升降、库水位下降与降雨联合作用4种情况设定了8个工况,并对每个工况进行了分析。结果显示：在库水位快速上升条件下,滑坡前缘大约300m内的浸润线变化较大,前缘浸润线为坡外向坡内弯曲,且水位线越高弯曲越厉害,形成较高的壅水,说明随着库水位的上升,库水在向滑坡体补给,滑体内浸润线上升存在明显滞后现象,滑坡体后缘由于有定水头作用,所以与库水位没有密切的水力联系；在库水位下降条件下,滑坡前缘浸润线变化较大,后缘浸润线变化范围较小,前缘浸润线伴随着库水位下降而下降且凸向库水区,地下水位下降过程存在滞后现象,产生水头差,从而形成坡体内向坡体外的渗透力。在降雨条件下,滑坡体表层对不同降雨类型的响应规律不同,当雨型为数日小雨时,滑坡体表层受到浸水作用,基质吸力均有所减小,降雨初期基质吸力减幅较大,随着降雨过程的结束,基质吸力逐渐稳定,对比滑坡前缘与滑坡后部的孔隙水压力分布,可以看出滑坡后部基质吸力较大,当降雨进行时,滑坡后部的基质吸力减小也极为明显,接近饱和,滑坡前缘由于容易受到库水的影响,基质吸力较小,当受到降雨作用时,雨水也比较容易通过库水边界溢出,因此消散较快,另外孔隙水压力曲线局部出现弯折或尖角,其原因与滑坡体厚度和坡面形态有关；当雨型为短时暴雨时,滑坡后缘形成了暂态饱和区,随着降雨过程的结束,饱和区范围开始减小,滑坡前缘与中部,基质吸力下降也比较明显,已经趋近饱和,表明短时暴雨对滑坡体表层的影响大于数日小雨,当降雨作用发生后,滑坡体表层监测点孔隙水压力立即出现了响应,而随着深度增加,监测点孔隙水压力变化的启动时间逐渐延后,这反映了降雨滞后的现象,原因在于降雨入渗需要一定的时间,滑坡岩土体均不是理想渗透材料,降雨作用下滑坡体内的浸润线同样存在滞后现象,当降雨作用了一段时间后,滑坡体内的浸润线才开始抬升,这和实际情况完全一致。在库水位下降与降雨联合作用下,随着库水位的下降,滑坡前缘浸润线变化较大,后缘浸润线变化范围较小,前缘浸润线伴随着库水位下降而下降且凸向库水区,地下水位下降过程存在滞后现象,产生水头差,从而形成坡体内向坡体外的渗透力,由于降雨补给的原因,浸润线下降的速度比较缓慢；当长时小雨作用时,滑坡体浸润线出现了一定的抬升,滑坡体表层基质吸力出现了普遍下降,当长时小雨结束后,滑坡体孔隙水压力开始消散,但是进程比较缓慢,到180天时,消散仍在继续,可见长时小雨对滑坡体具有长期的不利影响；当短时暴雨作用时,会引起滑坡体表层暂态饱和区的产生,虽然暴雨历时较短,仅为3天,但是造成了滑坡体表层基质吸力的极速下降,当短时暴雨结束后,暂态饱和区范围开始减小,但是一直到122天时,暂态饱和区才全部消失,说明短时暴雨雨量较大,超过了滑坡体表层的入渗能力；通过研究滑坡体同一竖直方向上不同深度处监测点孔隙水压力在库水位与降雨联合作用下的变化曲线,发现当库水位与降雨同时作用时,滑坡体表层监测点孔隙水压力立即出现响应,而随着深度增加,监测点孔隙水压力变化的启动时间逐渐延后,反映出了一定的滞后现象,滑坡体内的浸润线同样存在滞后现象,由于降雨作用的存在,使得滑坡体内的浸润线减幅趋缓,因为降雨入渗减缓了由于地下水向坡体外渗流造成的浸润线下降趋势。通过对比渗流场数值模拟结果和现场实测结果,发现两者结果基本一致,能够相互印证,比较全面的揭示了黄土坡滑坡在库水位升降与降雨联合作用下的渗流场动态变化规律。(5)黄土坡滑坡变形演化规律及稳定性研究。深入分析了黄土坡滑坡的变形演化规律与稳定性状况,首先通过变形监测,研究了黄土坡滑坡地表变形规律以及深部变形规律,然后基于数值模拟方法,探讨了库水位升降与降雨联合作用下的黄土坡滑坡变形规律及稳定性特征。变形监测数据显示,临江1号滑坡体(临江1号崩滑堆积体)的地表变形呈现明显的分区性,即后缘<侧缘<中部<前缘,该区域还存在深部变形,主要产生在主滑带部和少量次级滑带,次级滑带附近的变形一般小于主滑带附近的变形；临江2号滑坡体(临江2号崩滑堆积体)也存在一定的地表变形和深部变形,且深部与地表变形程度大体相当,总体上,地表及深部累计位移相对临江1号滑坡体(临江1号崩滑堆积体)的变形要小得多；变电站滑坡变形总体不大,且基本稳定,近期无明显加速迹象；园艺场滑坡目前基本稳定,总体变形不强。库水位升降与降雨联合作用下数值模拟研究结果显示,在库水位升降条件下黄土坡滑坡不同部位、不同深度的岩土体变形强烈程度不同,不同部位呈现出明显的分区性,同一监测剖面不同深度位置变形也有所不同,并存在突变带,反映了软弱夹层或滑带的影响；对于降雨工况,短时暴雨引起的应力场、位移场变化比数日小雨引起的变化大,当降雨过程结束后,应力场、位移场仍在调整,出现了滞后效应,在降雨的作用下,滑带附近均出现了应力、位移集中现象,表明滑带处产生了一定的变形与位移,这和降雨诱发滑坡的形成机理类似；库水位下降与降雨联合作用时,滑坡的应力场、位移场均反映出两者的叠加影响,与单纯库水位下降条件比,滑坡各处的应力场、位移场变化更大。黄土坡滑坡在库水位与降雨联合作用下处于基本稳定-稳定状态,其中位于临江1号滑坡体(临江1号崩滑堆积体)前缘的浅层滑面稳定性系数较高,深层滑面稳定性系数略低,部分工况的稳定性系数接近1；园艺场滑坡稳定性较高,其稳定性基本不受库水位升降的控制,属于降雨控制型,黄土坡滑坡近期出现整体失稳的概率较低,但需注意前缘部位局部失稳现象。