向家坝库区某大型顺层滑坡复活机制研究

论文摘要

滑坡是世界上广泛分布的一种地质灾害。近年来,由于暴雨天气重现期的缩短、地震频率的增加和其它多种因素的作用,滑坡灾害越来越频繁。水利水电工程给人类社会带来巨大经济效益的同时,也改变了库岸周边地质环境,受坡体结构、强降雨和库水位变化的进一步影响,库岸极易发生大型乃至巨型顺层古滑坡的复活或失稳。同时,由于滑坡地质环境特征、形成条件、影响原因等因素的多变性,导致滑坡的复活机制极其复杂,成为防灾减灾工作的难题。因此,开展水库库区顺层滑坡复活机制的研究,具有重要的理论和现实意义。论文选取向家坝水电站库区某大型顺层复活滑坡为研究对象,基于详细的地质调查资料和多年监测数据,开展滑坡时空演化特征研究,并结合地表裂缝分布特征,揭示复活演化过程和模式;利用先进的仪器和试验方法,开展滑带土微观特性和残余强度特征研究,揭示滑坡复活的内在机制;通过三维数值模拟分析地下水位影响下滑坡变形的响应规律,揭示地下水位上升诱发滑坡复活的机制,并基于排水洞作用下地下水三维渗流场计算结果,提出并论证排水洞排水和抗滑键抗滑联合防治方案的有效性。相关主要成果和结论归纳如下:（1）滑坡复活基本条件研究。向家坝水电站库区某大型顺层滑坡为古滑坡的部分复活,该复活滑坡呈“八”字型,前宽后窄,前缘临空条件非常好,坡体直抵金沙江;滑坡岩层主要发育在侏罗系中统上沙溪庙组(J2S)地层中,且上陡下缓;后缘岩层多为软质泥岩;前部深部存在多层软弱泥化夹层。坡体本身的地形地貌、地质结构和地层岩性为滑坡复活提供了基本条件。（2）滑坡复活变形的时空演化特征及变形模式研究。受内部（地形地貌、地质结构和地层岩性）和外部（降雨和库水）因素影响,复活滑坡经历了“蠕滑-加速变形-稳速变形”的过程,表现为“后缘推移-中部顺层滑移-前缘剪切”模式。滑坡复活变形的时空演化特征表述为:（1）滑坡不同分区的变形方向基本一致。滑坡中部东侧P-1填方区受局部回填造成的固结差异特性影响,向北偏东方向变形,期间产生左旋特性,后缘G区、中部P区向近乎正北方向产生变形,坡体前缘Q区受到推挤作用,向北偏西方向变形,并出现隆起现象。（2）滑坡不同分区的变形在空间上不同。2013-2015年,各个分区水平变形和垂直变形平均值在每年旱、雨季表现出不同的特征。（3）位移变形速率随时间波动。随时间变化,滑坡地表累积位移呈“台阶”状,雨季抬升显著;变形速率呈上下波动特征,坡体处于加速变形阶段时表现出周期性的陡增,波峰也呈现周期性变化。（4）滑坡不同分区的深部变形存在差异。后缘地表变形与深部变形同步,前缘地表变形略大于深部变形,且浅部存在次级剪切。滑坡地下水位变化主要受控于降雨,与日降雨量呈正相关关系,但对降雨的响应存在滞后现象;滑坡变形主要受控于降雨,变形位移与月降雨量呈正相关关系。库水对地下水位的影响主要集中在坡体前缘;库水作用下,滑坡变形依然集中在坡体前缘,且库水位骤降相对库水位上升对变形的影响要显著。（3）滑带土微观特性和残余强度特征研究。滑坡复活的主要内在机制是:滑坡形成过程中,滑带土原有结构发生破坏,抗剪强度降低,细粒含量增加且高度定向排列,形成了滑坡复活的基本条件,同时滑带土富含强亲水性黏土矿物,高达26.5%-40.7%,土体饱水膨胀软化,再次降低了抗剪强度尤其是残余强度。滑带土环剪试验表明:单级剪虽耗时长,但残余强度值精确,多级剪残余强度值偏大;剪切速率与残余强度应力比曲线呈凹型,在1.09mm/min速率达到最小值;残余强度和细粒含量呈二次多项式关系,当细粒含量超过临界值后,残余强度逐渐减小,在一定范围内,较高的细粒含量会降低土体的残余强度。（4）滑坡复活机制及防治措施研究。受强降雨和库水影响,2013-2015年滑坡内部地下水位抬升显著,坡体稳定系数逐年降低。滑坡后缘深部变形与地表变形近似一致,整体推动中部岩土体产生变形,造成中部深部变形略大于地表;变形向前缘扩展过程中,一部分岩土体向北偏东方向产生变形,一部分向北偏西方向产生变形,且东部变形大于西部;变形在前缘受到阻滑部位影响,导致地表变形量略大于深部,滑坡变形模式为推移式顺层剪切。滑坡次级剪切位于岩土分界面处,受到后缘岩土体强烈推挤和北部阻滑部位联合影响,岩土分界面凹槽处出现位移、应力等集中;凹槽最低点东西两侧岩土体因地势影响,造成最低点南北侧小部分区域呈现不同方向的变形。基于排水洞降水条件下的地下水三维渗流场计算结果,排水洞和抗滑键联合防治滑坡变形的数值模拟研究结果表明:随着水位降低,坡体变形范围逐渐减小,抗滑键区域表现最明显;极大值分布区域虽存在小范围扩大,但相较仅有排水洞防治的滑坡,排水洞埋设较深的联合防治变形值有所减小;稳定系数比仅有排水洞防治的滑坡有所提高,且排水洞布设位置较深并联合抗滑键的变形防治,稳定性满足规范要求。

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摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状及存在的问题

1.2.1 顺层滑坡的形成模式与条件

1.2.2 滑带土残余强度研究

1.2.3 库岸滑坡复活变形机制研究

1.2.4 存在的问题及发展趋势

1.3 研究内容、技术路线及创新点

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

1.3.3 创新点

2 顺层滑坡工程地质特征

2.1 区域地理地质背景

2.2 顺层滑坡工程地质条件与物质结构

2.2.1 滑坡形态及规模

2.2.2 地形地貌

2.2.3 地质构造

2.2.4 水文地质条件

2.2.5 滑坡物质结构特征

2.3 本章小结

3 滑坡复活变形的时空演化特征及变形模式研究

3.1 滑坡复活的地表裂缝分布特征

3.2 滑坡复活变形的时空演化特征

3.2.1 累积位移、位移速率分析

3.2.2 地表变形特征

3.2.3 深部变形特征

3.3 降雨及库水位变化对滑坡复活变形的影响

3.3.1 降雨的影响

3.3.2 库水位变化的影响

3.4 滑坡复活变形模式分析

3.5 本章小结

4 滑带土微观特性和残余强度特征研究

4.1 滑带土基本物理特性

4.2 滑带土微观特性

4.2.1 滑面粒度分析

4.2.2 滑带土X射线衍射试验分析

4.2.3 滑带土SEM微观结构特征分析

4.3 滑带土环剪试验

4.3.1 试验原理及方案

4.3.2 试验过程及成果

4.4 滑带土残余强度变化特征

4.4.1 剪切方式对残余强度的影响

4.4.2 剪切速率对残余强度的影响

4.4.3 细粒含量对残余强度的影响

4.5 本章小结

5 滑坡复活机制及防治措施研究

5.1 基本理论与方法

5.2 数值模型、计算参数及方案

5.3 滑坡复活机制分析

5.3.1 位移特征

5.3.2 应力特征

5.3.3 剪应变增量特征

5.3.4 稳定系数特征

5.4 滑坡防治措施研究

5.4.1 排水洞

5.4.2 排水洞和抗滑键联合

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简历

文章来源

类型: 博士论文

作者: 董文萍

导师: 戴福初

关键词: 向家坝库区,顺层滑坡,时空演化,微观特性,残余强度,复活机制,排水洞,抗滑键

来源: 华北水利水电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 华北水利水电大学

分类号: P642.22

DOI: 10.27144/d.cnki.ghbsc.2019.000023

总页数: 150

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