基于数值模拟的地下水位上升条件下区域性斜坡稳定性研究

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西安白鹿塬属典型的黄土台塬地貌,受地质构造和气候演变影响,其塬边斜坡滑坡地质灾害广泛发育,这给当地居民造成巨大的经济财产损失。为了研究白鹿塬滑坡地质灾害的发育规律,对研究区区域性斜坡进行地下水影响条件下稳定性研究,进而指导人们科学防灾减灾。本文以西安市东南30km处白鹿塬为研究对象,通过收集资料、野外地质调查、室内实验、数值模拟等技术手段揭示了白鹿塬区域性滑坡地质灾害的分布规律、成因类型、发育特征等地质灾害基本相关信息;利用Geostudio数值模拟软件中seep/w模块研究了白鹿塬地下水渗流场变化,并与slope模块结合,分析了在不同水头作用下,斜坡模型稳定系数变化规律;基于以上基础,通过Scoops3D三维确定性模型,模拟了白鹿塬在现状及地下水位上升条件下,区域性斜坡稳定系数变化。研究得出的主要结论有以下几点:(1)经统计,白鹿塬现有滑坡地质灾害74处,沿灞河、浐河两岸成带状分布;按发育类型划分主要有黄土层内滑坡、黄土-古土壤滑坡、黄土-红黏土滑坡、黄土-基岩接触面滑坡;按成因类型划分为降雨诱发型、水库蓄水诱发型、人类工程活动诱发型、河流侵蚀诱发型、地下水位升降诱发型5类;滑坡发育特征主要表现为老滑坡的局部复活。(2)利用Geostudio软件对黄土+红黏土型斜坡模型进行数值模拟,由模拟结果可知:在设置80m、85m、90m、95m、100m水头条件下,随着地下水位的上升,模型体中饱和区面积逐渐增大,非饱和区面积逐渐减小,部分非饱和区开始向饱和区转化。相应的,斜坡稳定系数从最开始80m水头时的1.110降至100m水头时的1.041,直至水头施加至115m时,整个斜坡模型达到极限平衡状态。(3)通过Scoops3D三维确定性模型对白鹿塬区域性斜坡进行研究,由研究结果可知:现状条件下,白鹿塬不稳定区分布面积为0;欠稳定区分布面积为1.26km~2,主要分布在耶柿-白庙村段、鲸鱼沟段、三杨坡-马家十字段和杨刘坡段;稳定区分布面积为12.66km~2;极稳定区分布面积为250.18km~2;(4)现状条件下,白鹿塬区域性斜坡自稳性较好。随着地下水位上升5m,10m,15m,20m,35m,斜坡稳定系数开始降低,极稳定区逐渐向稳定区转化,稳定区逐渐欠稳定区转化,欠稳定区逐渐向不稳定区转化,尤其以三杨坡-马家十字段和杨刘坡段转化程度最为明显,这说明该区域对地下水响应较为敏感。
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