巴塘水电站库区尼增滑坡形成机制及稳定性研究

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半个世纪以来,世界范围内发生了多起库区滑坡地质灾害,给人类带来了巨大的损失。统计中发现,该类滑坡多数为复活型滑坡,为了避免此类事件的持续发生,探究其形成机制及稳定性成为了解决问题的关键,也因此受到了学术界和工程界的广泛关注。近年来,对库区滑坡的研究成果较多,但对于具有软弱基座型滑坡的研究相对较少,尤其是上覆坡体岩性为块状侵入岩的情况。本文研究的尼增滑坡位于软弱基座型斜坡内,上覆硬岩属于块状结构的石英闪长岩,滑坡前缘为薄层、中~厚层状的云母石英片岩,同时滑坡位于三江深切割的强隆区,地质背景复杂,因此对其形成机制的深入分析能够为研究具有类似结构的滑坡提供参考,具有理论意义。尼增滑坡位于拟建巴塘水电站库区范围内,滑坡的剪出口位于水库正常蓄水位线以下,蓄水势必会影响滑坡的稳定性,对坡体上近百户居民的生命财产造成影响,因此预测蓄水后滑坡的稳定性状态是水电站正常运营的关键,具有现实意义。本文以尼增滑坡为研究对象,首先详细阐述了滑坡区的工程地质条件,然后结合现场勘查资料对滑坡的形态规模、边界特征、物质组成及变形破坏特征进行了详细分析。接着结合滑坡的地质环境条件和基本特征,分析了滑坡的形成条件,在此基础之上,利用地质分析、物理模拟和离散元模拟等方法对滑坡的形成机制进行了综合研究。最后利用二维和三维数值模拟计算了滑坡在蓄水前后的稳定性变化情况,并预测了滑坡的塌岸范围及其对滑坡的稳定性影响。主要的研究成果如下:(1)研究得出,活跃的地质时期、陡峭的地形、复杂的地质构造和坡体的双层结构特征构成了滑坡形成的基础条件,降雨和高烈度的地质环境是诱发滑坡的主要外界因素。结合滑坡自身的基本特征,将滑坡的形成过程分为了初期变形阶段,累积性变形阶段和滑坡发生等三个主要阶段,主要变形破坏模式为倾倒变形和滑移-压致拉裂。(2)利用底摩擦物理模拟再现了滑坡在重力作用下的变形破坏过程,模拟结果表明,首先发生变形的是坡体前缘的反倾层状石英片岩,为中后部坡体的变形提供了基础。整个物理模拟展示了由前缘自下而上发育的滑移面与后缘自上而下的拉裂面相向发育的过程,最终形成存在锁固段的潜在滑面。(3)利用离散元数值模拟研究了坡体在重力作用的基础上,降雨和地震对滑坡形成产生的影响,结果表明两者均可加剧滑坡变形,导致滑坡发生整体大规模滑动,但地震型滑坡具有持续时间更短、发生规模更大、运动距离更远的特点。(4)利用刚体极限平衡法(Geo-studio)计算了水库蓄水给滑坡带来的影响,计算结果表明:滑坡整体稳定性良好,但前缘稳定性明显减弱,为欠稳定状态。对前缘不稳定区域进行了塌岸预测,结果显示塌岸范围没有对坡体上居民集中区产生直接影响,但通过计算证实了塌岸会对滑坡稳定性造成不利影响,导致前缘稳定性进一步减弱,但整体稳定性变化不明显,稳定性状态依然良好。利用三维计算对比分析了滑坡蓄水前后的稳定性情况,得出与二维计算相同的结论,即前缘区域是蓄水后主要影响带。
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