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我国是一个多山国家,地质灾害发生频繁,且存在种类多、分布广、影响大的特点。其中,尤以滑坡灾害发生最多,且滑坡的类型众多,结构复杂。降雨是引发滑坡的主要因素,通常将这一类滑坡称为降雨型滑坡。滑坡虽然是一种地质现象,但其发生后会引起一系列社会和经济问题,会制约着国民经济的快速发展,威胁着人民生命财产安全,对工程的建设也极为不利。特别是20世纪八十年代以来,随着我国改革开放的不断深入,工程建设大规模展开,以技术和经济为支撑的工程活动对地质环境扰动程度不断加大,大型滑坡灾害频发,所造成的人员伤亡和经济损失也在不断加大。降雨对于碎石土堆积层滑坡变形的影响主要基于降雨入渗理论研究、滑坡应力应变分析和数值模拟研究。近年来,世界各地不断出现的极端天气情况,尤其是特大暴雨,诱发了大量具有灾难性的地质灾害。面对灾难给人类和社会造成的巨大损失,国内外学者纷纷致力于研究降雨对于滑坡的影响。
三峡库区秭归县野猫面滑坡系特大型滑坡,距离三峡大坝仅17公里,且地处船舶锚地地区,地理位置关系重大。滑坡主要受降雨因素影响,属降雨型滑坡,其稳定性关系着两岸居民的人身及财产安全,同时也影响着三峡大坝和航运安全。如若失稳,将对三峡航运造成巨大影响,同时也会引发一系列连锁反应,后果将不堪设想。所以,对其在降雨条件下的滑坡变形分析是十分必要的。论文以野猫面滑坡为研究对象,基于野外勘察和室内试验资料,对野猫面滑坡基本地质条件、滑坡基本特征及成因机制进行分析,在此基础上建立滑坡地质模型。结合滑坡区降雨及地下水特点,运用Visual-Modflow软件对滑坡在不同降雨条件下,降雨入渗对地下水的补给进行数值模拟,进而探讨不同降雨条件对滑坡变形的影响,并运用FLAC3D软件进行变形模拟分析,得出以下主要结论:
1、基于野外地质勘察和室内试验资料,对滑坡区自然地理、工程地质条件进行详细研究,野猫面滑坡属碎石土堆积层滑坡,滑坡体物质主要以块石、碎块石土组成,滑带土由粘土夹碎石组成,滑床基岩为灰岩及白云质灰岩。
2、对滑床的空间形态及物质组成进行研究,通过分析滑坡形成的空间、物质及构造条件,得出滑坡的形成机制。滑坡形成大致经历四个阶段:区域性地壳运动是的研究区缓慢抬升,受长江水下蚀作用,河谷深切,滑床面岩体较上、下伏岩体属软弱岩体,故而风化剥蚀严重,形成斜坡,后上部岩体发生崩塌,形成碎块石堆积于上,滑坡进入相对稳定阶段,此后滑坡区二次抬升,形成了又一次崩塌堆积过程,堆积体前缘受长江水冲蚀作用,形成了较陡的斜坡,发育成为今天的野猫面滑坡。
3、结合滑坡区降雨特点及地下水监测资料,在详细分析渗流场理论的基础上,运用Visual-Modflow软件,建立滑坡降雨入渗计算模型,模拟了不同工况条件下,降雨对滑坡体内地下水补给的变化规律,探讨了这一过程中降雨对滑坡体渗流场的影响。可见,降雨强度与地下水位呈正相关关系。当降雨强度较小时,对地下水的补给效果并不明显,说明短时低强度降雨对滑坡变形基本没有影响,这可能与滑坡地形地貌特点、碎石土表层土渗透性等相关。当降雨强度超过某特定阈值时,地下水位变化明显,而且具有强度越大,上升幅度越大的特点,说明降雨强度与地下水位等值线变化属于非线性变。当降雨历时较长时,地下水变化明显,二者呈正相关变化,且地下水位线随时间呈非线性变化。
4、基于地下水模拟结果,使用FLAC3D软件,建立滑坡模型,按照地下水位线位置,将不同土层建以不同group。设置模型参数,对滑坡体变形进行分析。随着降雨强度和历时的增加,位移逐渐增加,两者呈正相关。当降雨强度为5毫米/天时,X方向位移增量为起始位移的1.5倍;当降雨强度为80毫米/天时,X方向位移增量为起始位移的5.7倍;当降雨强度300毫米厌,X方向位移增量为起始位移的12.7倍。当降雨历时为1天、5天、10天时,X方向位移增量为起始位移的1.8倍、5.6倍和13.1倍。
5、降雨之后,水位线以上坡面土体开始发生变形,随着降雨强度和历时的不断增大,破坏逐渐向坡顶方向出现,且速度逐渐变大。可见,降雨入渗时,首先在地下水位线附近出现饱和区,坡脚出剪应变不断增大,地下水位线和基岩交界点处出现剪应力集中,逐渐形成潜在剪裂面。随着降雨历时的增长,饱和区逐渐向坡顶扩大。当降雨强度骤间增大,且其值较高时,会在表层土体内形成部分暂态饱和区,饱和区的形成一定程度上阻止了雨水的再次渗入,使得降雨强度大于入渗率的多余雨水形成地表径流。
这些成果,可为三峡库区野猫面滑坡的下一步治理工程及相关滑坡变形研究提供依据,具有良好的实用性。