水位升降对库岸滑坡变形及稳定性的影响研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:aeo55121891
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库区是滑坡等地质灾害多发地带,滑坡稳定性由内在因素和外在因素决定,内在因素是斜坡本身固有的,外在因素包括地震、水,开挖卸荷等。水库蓄水后,水位的上升或下降,首先将改变水环境系统特征,进而通过水岩作用影响到岩土环境系统,使其受到扰动,从而库岸斜坡岩土介质和地下水在失去平衡及恢复平衡过程中产生了环境和灾害问题。因此,分析研究库水位变化下岸坡的渗流规律及水岩相互作用特点,对于研究库区岸坡的稳定性有着十分重要的现实意义。为研究宣恩县双龙洞滑坡在库水位升降作用下的变形失稳机制,本文首先通过试验的方法获取该滑坡岩土体的饱和-非饱水力学参数,进而进行滑坡地下水渗流场的模拟,根据渗流场的模拟结果,充分考虑流固耦合作用,分析滑坡在库水位变化下的变形特性以及稳定性,文章主要研究内容有:   1.分析地下水对岩土体物理化学作用及力学效应。对三峡库区多个滑坡岩土体浸水软化试验进行统计分析,分析表明,岩土体吸水性越强,其抗剪强度在水的作用下下降幅度越大。库水位升降对库岸的破坏形式可分为塌岸和滑坡,从三峡库区多个不稳定斜坡的研究统计得出,水库蓄水和骤降是形成塌岸和滑坡的主要原因。   2.简要介绍双龙洞滑坡的工程地质条件,根据双龙洞滑坡的地形地貌、地层岩性、气象水文条件,初步分析该滑坡的形成机制。通过SNMR技术对双龙洞滑坡进行长期监测,监测表明:双龙洞滑坡堆积体的渗透性因土体矿物成分组成、结构特征不同而表现出差异性。表层耕植土层粘性土含量较大,透水性比较差,属于弱透水层;耕植土以下的滑坡体一般由碎石土、块石土组成,属强~中等透水层,滑坡堆积体中地下水水位受库水位变化影响较大;滑带粘性土含量较高,岩性为泥质砂岩,透水性相对于滑坡堆积体来说较差;滑坡基岩地层中,上层泥质粉砂岩岩体由于受到风化作用或是其他历史地质作用的影响,岩土较为破碎,具有裂隙含水性,一般为降雨补给,基本不受库水位变化影响。因而双龙洞滑坡区无统一的地下水位,滑坡地下水主要接受大气降水补给,地下水渗流方向总体为顺坡流动,主要向龙洞水库排泄。   3.对采自双龙洞滑坡的各层土体进行级配分析,分析滑坡各层岩土体的粘性土含量以及碎块石的含量。通过室内压力板仪试验,获取土样在不同基质吸力下的含水量,进而拟合出土水特征曲线,并根据经验公式得出基质吸力同非饱和岩土体渗透系数之间的关系。试验研究表明:碎石土因为颗粒不均匀,土样孔隙较多,碎石土的初始含水率较高,随着基质吸力的增大,其持水能力降低,易于脱水。耕植土以及滑带土细粒粘土含量较高,基质吸力对土样的含水率的影响相对较小,反映在土水特征曲线上,曲线的斜率比较平缓。   4.从最基本的Darcy定律展开,推导饱和-非饱和渗流控制微分方程,分析在渗流场计算中需要给定的初始条件和边界条件。通过对双龙洞滑坡在库水位变化下的地下水渗流场数值模拟发现,库水位在上升过程中,滑坡内地下水位在一定程度上滞后库水上升,地下水浸润线在滑坡前缘呈弯曲状,库水反灌滑坡体,并产生较大的水力梯度,水力梯度随库水的上升而逐步减小到最低值。在库水上升到预定高程后,地下水需要较长的时间才能趋于稳定;库水在下降过程中,滑坡地下水位也是滞后于库水位下降,并在滑坡前缘产生较大的水力梯度,水力梯度随库水位下降逐步增大然后减小并趋于稳定。   5.假设两种不同的库水位升降速度,对双龙洞滑坡进行库水位变化下的流固耦合分析,分析结果表明,在不考虑水对岩土体软化作用的条件下,库水位在上升期间,滑坡整体不会发生较大变形,但在水库蓄水一段时间后,在滑坡体内地下水位达到稳定的过程中,滑坡前缘和中部均会产生一定变形。库水位下降则对滑坡前缘的变形产生较大影响,下降速率越快,其变形速率就越快,不利于滑坡的稳定。根据龙洞水库实际的水位运行条件,简化计算工况,对双龙洞滑坡进行耦合计算分析,分析表明,该滑坡在水位降-升-再降的情况下,其前缘变形受库水位波动的影响较大,水位的每一次改变都是滑坡前缘产生变形的主要原因。   6.充分考虑孔隙水压力以及基质吸力的作用,利用一般的条分法对双龙洞滑坡进行稳定性分析,在库水上升时,滑坡稳定性系数变化不大,但在蓄水以后,一方面受到滑坡岩土体力学强度降低的影响,另一方面受到滑坡岩土体吸水增重的作用,其稳定性系数大幅下降,下降幅度达到16%。根据自动搜索的滑面显示,滑坡涉水前缘在蓄水后稳定性系数为1.14,因此有可能失稳。在库水位下降时,滑坡整体稳定性系数会有所降低,但随着地下水渗流场的稳定,稳定性系数又会缓慢增大,在两种库水位下降速度下(1m/d,3m/d),稳定性系数的降幅分为9%,11%,这表明,库水位下降越快,滑坡稳定性系数的最小值就越小。通过对库水位下降期间的滑面自动搜索发现,滑坡前缘涉水段在动水压力的情况下有可能发生局部破坏。
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