库水位升降诱发堆积体滑坡物理模型试验及数值模拟研究

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河流过洪、堰塞湖泄洪、水库泄水和海水退潮等均引起坡前的库水位降落,进而导致边坡失稳的现象时有发生,这不仅给国家带来了重大经济损失,且易造成重大人员伤亡。坡前库水位降落会引起坡内原有稳态渗流场发生变化,进而使得边坡的稳定性发生改变。三峡库区土质岸坡多分布在库区山前的河谷两岸,水库蓄水及库水位周期性的循环涨落必将引起岸坡地下水位长期周期性波动,岸坡水土作用加剧,导致土体饱水软化,引起坡体渗流场、应力场的变化,改变土体的物理力学参数,岸坡的稳定性降低,突发性失稳几率增大。因此,三峡库区库水位周期性升降作用与土质岸坡的稳定性变化及岸坡的失稳破坏关系密切。深入研究坡内渗流场对坡前库水位升降下的响应规律及相应的边坡安全系数变化,不仅能够帮助全面了解坡前水位升降引起边坡失稳的力学机制,同时为树坪堆积体滑坡的预防和治理工作提供了更可靠的理论依据。本文的主要研究工作和结果如下:  1.通过设计制作的钢化玻璃模型槽,采用树坪滑坡原状土,并按照库区堆积体滑坡的反向坡结构进行堆积体重构。模拟库水位上升、下降过程中,监测坡内的渗流场变化过程,并观测得到了边坡随渗流场变化的失稳现象。重点对比分析了不同坡度和不同水位下降速度下坡内渗流场的响应规律,结合所观测到的边坡失稳现象,分析渗流场的变化对边坡稳定性影响。  2.通过观察不同坡度下堆积体的破坏现象,分析堆积体在库水上升和下降过程中的破坏规律,揭示堆积体在库水升降作用下的破坏机理。  3.在模型试验的基础上,利用Geo-studio软件中的seep/w模块,对不同坡度和不同降落速度情况下的堆积体内瞬态渗流场进行了分析,对堆积体的稳定性进行了计算分析,得出了不同坡度和不同降落速度工况下堆积体内渗流场及稳定性的变化特征。  通过研究分析得出,库水下降速率相同时,坡角越大,安全系数越小;坡角相同时,库水下降速率越大,安全系数也越小。将试验结果与模拟结果进行了对比分析,试验结论与软件模拟结果的吻合性较好,验证了数值模拟与物理模型的可靠性。堆积体物理模型的“掏空——滑塌——掏空”破坏规律与三峡库区反向坡的“坍塌——滑移——再加载——变形滑动”破坏机理相吻合,验证了反向坡的崩塌滑移复合破坏机制。  该研究结果有助于深入认识库水位升降引发库岸边坡失稳破坏的机制,可为三峡库区库岸边坡治理提供依据。
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