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三峡库区是滑坡等地质灾害的多发地带,自2003年水库蓄水至今,库岸很多斜坡出现了不同程度的变形,甚至整体滑动。因此库水位的波动对滑坡以及库岸斜坡的稳定性的影响是迫切需要解决的重要课题。巴东县新城区位于长江三峡巫峡与西陵峡过渡地带,为长江三峡地质条件最复杂的地区之一。区内发育有黄土坡滑坡、赵树岭滑坡、童家坪滑坡等多处大型古滑坡。复杂的地质构造和多发的地质灾害迫使巴东县新城区历史上三次选址,两次搬迁。经过三期地质灾害及库岸防治工程,区内大部分地质灾害体的危险性已得到控制。但是,今年三峡水位在尝试性的上升至175m的过程中,库区内多处库岸斜坡、古滑坡存在失稳、复活的迹象。今后库水位周期性在145m至175m间变化,巴东新城区斜坡(滑坡)稳定性问题依然是困扰当地人民生命财产安全和国民经济可持续发展的重要环境地质和工程地质问题。因此,对巴东县新城区库岸斜坡的稳定性开展研究,具有重要的理论价值和社会意义。
本文在现场调研、资料收集、及室内试验等实际工作的基础上,对巴东县新城区库岸类型进行了分析,结合新城区的地质构造、地形地貌的特点,对新城区进行分区。通过分区,选取了区内西壤坡、白土坡作为代表性斜坡进行研究。采用数值模拟的手段,分析了在库水位变化与降雨联合作用下斜坡体内地下水渗流场在不同工况下的变化过程,通过渗流场与应力场的耦合分析,探讨巴东县新城区库岸斜坡在水位变化及降雨作用下稳定性的变化特征。通过以上的研究,得到了以下一些结论:
(1)通过野外实地踏勘以及资料整理分析,对新城区库岸斜坡的基本类型进行研究。研究区内岩质岸坡占岸坡全长的18.6%,土质岸坡占81.4%。
(2)通过对沿江岸坡内滑坡以及变形体的统计分析得到,岸坡变形破坏密度(D)为0.98个/Km,岸坡变形破坏模数(E)达1248.9万m3/Km。
(3)结合新城区地形地貌、地质构造等特征,对新城区库岸斜坡进行分区,主要分为五个斜坡区:童家坪滑坡区、西壤坡基岩斜坡区、云沱—赵树岭古滑坡区、白土坡—大坪基岩斜坡区以及黄土坡古滑坡区。
(4)结合前人的一些工作,研究了影响新城区库岸斜坡稳定性的主要内在因素和外动力作用,并分析了它们的主要作用机制。
(5)在新城区库岸斜坡分区的基础上,选取了区内典型斜坡——西壤坡、白土坡作为研究对象,采用数值模拟的手段,分别对两个斜坡在库水位变化与降雨作用下地下水渗流场进行了模拟分析。通过模拟发现:①两岸坡内地下水的水力坡度在初始状态下很小,约3.0°左右,地下水埋深很大。②库水位由145m升至175m的过程中,地下水浸润线呈明显向岸坡内弯曲的形态;岸坡地下水位并不立即随库水位快速上升,具有一定的滞后性,孔隙水压力分布随着水位上涨而改变。③库水位由175m降至145m的过程中,地下水浸润线明显向岸坡外弯曲;孔隙水压力分布随着水位下降而明显向下弯曲。④在降雨作用下,斜坡体表面附近孔隙水压力发生明显变化,但坡体内部影响甚微。
(6)采用SIGMA/W软件对典型岸坡进行渗流场与应力场耦合分析,得到了西壤坡与白土坡的变形特征云图,通过对云图的分析,得到西壤坡与白土坡在4种工况下变形相对较小,说明两岸坡在水位变化与降雨作用下处于稳定状态。
(7)在岸坡渗流场与应力场的耦合模拟分析的基础上,分析了库水位变化与降雨作用下岸坡的稳定性变化规律。采用Janbu法、Bishop法、M-P法分别对西壤坡、白土坡在145m、151m、157m、163m、169m、175m水位的稳定性进行计算,得到了稳定性的变化规律。水位上升过程中,初期稳定性基本保持不变,随着时间增加稳定性系数逐渐降低;在水位下降过程中,稳定性系数呈先降低后升高的趋势。