巴东县城黄土坡滑坡库水与降雨联合作用复活机理

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三峡库区滑坡、崩塌等地质灾害频发。水库蓄水以后,库水周期性的涨落和降雨作用对库岸滑坡的变形及稳定性产生不利影响,也将成为三峡库区在正常运营以后最重要的问题之一。因此,开展库水与降雨联合作用下顺层滑坡复活机理的研究具有重要的理论和实践意义。本文以三峡库区黄土坡滑坡为研究对象,通过对黄土坡临江Ⅰ号崩滑体的野外调研和试验隧洞群的开挖揭露,对临江Ⅰ号崩滑体的地质结构和成因机制有了更深入的认识。从隧洞获取滑带上进行了微观和常规物理力学性质、水力学参数等试验,对该滑带土的性质有基本的了解。刘各项监测数据进行分析,掌握在现阶段情况下滑坡的变形情况和变形部位,以及库水和降雨作用下对滑坡变形和滑坡渗流场的影响。从孔隙水压力效应等方面总结和阐述了库水和降雨对滑坡产生不利影响的作用机制。基于以上研究,建立黄土坡滑坡库水和降雨作用下的数值模拟模型,分析库水涨落和降雨作用下滑坡渗流场、应力场、位移场、塑性区和稳定性的变化情况,并和监测资料作对比分析,分析库水和降雨作用下顺层滑坡的复活机理。最后,提出了库水和降雨作用下滑坡的防治措施。通过开展库水与降雨联合作用下滑坡复活的研究,得到以下结论:(1)从巴东野外试验场隧洞群揭露临江Ⅰ号崩滑体地质结构特征发现:1、临江Ⅰ号崩滑体滑床基岩以泥灰岩、灰岩互层为主,普遍发育层间剪切软弱夹层;2、主隧洞与Ⅲ号支洞揭露滑体特征表明,滑体物质组成为棕红色碎石土、泥灰岩、灰岩碎石、块裂岩,滑体内潜水丰富,渗水量较大;3、试验隧洞揭露主滑带不连续,具有多层位顺层发育特征。与前人勘察成果对比发现:1、整个临江Ⅰ号崩滑体的平面范围与水文队(2001)勘查结果大致相同,临江Ⅰ号崩滑体的主滑方向仍为近北向,试验隧洞进口段岩体破碎、挤压变形强烈,与出口段、支洞滑体组成特征迥异,属滑床部位;2、临江Ⅰ号崩滑体主滑带位置在Ⅲ号支洞处与水文队(2001)勘查结果较为一致,在Ⅴ号支洞处与长委(2009)勘查结果较为一致。(2)临江Ⅰ号崩滑体主滑带呈土黄色和浅灰色两层,电镜扫描显示,土黄色滑带土以片状粘土矿物为主,浅灰色颗粒状粉砂、砂粒成分明显增多,软弱夹层以颗粒状为主。通过颗分试验,两层滑带土含碎石成分较多,按土的颗粒级配分类,分别定名为粉质粘土和粉砂。对两层滑带土细粒组分重塑样进行试验,并用最大干密度和最优含水率作为滑带土试验控制指标。饱和快剪强度分别为:C=39.2kPa,Φ=4.8°;C=8.5kPa,Φ=16.1°。饱和慢剪强度分别为:C=0.5kPa,Φ=22.0°;C=0.4kPa,Φ=24.2°,土黄色滑带土对滑坡的变形和稳定性起主控因素。饱和渗透系数分别为:3.0-8m/s、1.8-7m/s,两层滑带土都属极微透水性。土-水特征曲线试验结果显示,体积含水量在基质吸力增加的初始阶段降幅较大,并用V-G模型对两层滑带土非饱和参数进行拟合,拟合效果好。(3)从各项监测资料分析,临江Ⅰ号崩滑体变形最为强烈,地表和深部位移较一致,前缘位移最大,前缘地表和深部位移分别为2.57mm/月和2.04mm/月。且在降雨和库水上涨时期出现了位移加速的变化,说明临江Ⅰ号崩滑体受降雨和库水影响较大。根据滑坡地下水位监测资料,对黄土坡滑坡地下水渗流场的建立提供了依据。通过分析ZK4号孔2010年10月以来的地下水位监测数据和库水、降雨资料的的关系,发现ZK4号孔基本不受库水涨落影响,降雨对其影响也较微弱。(4)综合野外调研、试验隧洞开挖揭露和监测资料,浅部滑体受挤压变形强烈,深部钻孔监测资料显示,在土层与基岩面主滑带及层间剪切带均有蠕滑变形。临江Ⅰ号崩滑体是在构造与重力长期作用下,顺软弱夹层、土层与基岩面产生蠕滑变形形成的,并且具有多层滑动面。(5)从孔隙水压力效应等方面对库水、降雨对滑坡的影响进行了闸述。认为库水涨落和降雨作用都对滑坡渗流场的影响,孔隙水压力的改变导致浮托力和渗透力作用的改变进而对滑坡变形和稳定性造成影响。同时静水压力作用,水对岩土体力学强度的软化、弱化以及非饱和土力学参数的弱化等方面也是库水和降雨对滑坡变形和稳定性造成不利影响的重要因素。(6)通过Geo-Studio软件的对库水和降雨作用下滑坡渗流场、应力场和位移场进行了模拟分析。模拟及分析表明:①库水位涨落对黄土坡滑坡前缘300m以内有一定影响,远离库水位的坡顶及滑坡上部,基本不受库水的影响。浸润线在库水涨落过程中都存在滞后现象,库水位上升时,浸润线上凹,下降时,浸润线上凸。在库水位涨落过程中滑坡体前缘浸润线形成较高的水头差,对滑坡体前缘稳定性影响较大。②库水由80m缓慢上涨至145m对临江Ⅰ号崩滑体变形和整体稳定性不利,库水位由145m至175m快速上涨过程中对临江Ⅰ号崩滑体变形和整体稳定性有利,库水位由175m下降至145m对黄土坡滑坡稳定性不利。同时,库水涨落过程中对滑坡前缘变形和稳定性都有不利影响。③库水下降与短时暴雨工况条件是可能诱发滑坡复活的最不利工况。④在滑坡体前缘布设单向水平排水孔、保证滑坡体地表排水网的畅通,可减小库水和降雨作用对滑坡的不利影响。
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