库水位变动条件下库岸古滑坡滑带劣化机理研究

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大型水库的建设推动了我国的经济发展,同时也给当地的自然环境带来了不可忽视的影响。三峡水库正常运行后,库区水位按调度计划每年在145m的防洪水位和175m的蓄水发电水位之间周期性升降变化,改变了库区原有的地质环境平衡状态,使库岸边坡部分岩土体处于饱和-非饱和循环状态,这对库岸滑坡的变形和稳定性产生了不利影响。开展库水位变幅带岩土体的水-岩相互作用机理研究,确定岩土体的力学特性变化规律,对水库型滑坡的预测预报及稳定性分析具有重要指导意义。论文以三峡库区典型库岸滑坡为研究对象,采用室内试验、现场调查与监测及数值模拟等手段,对水库运行条件下的滑带土的力学特性变化、滑坡的变形规律以及水库长期运行条件下的滑坡稳定性进行了研究分析。取到了以下主要成果:  1.通过滑带土的饱和-非饱和循环环剪试验,研究了周期性浸泡作用对滑带土残余强度的影响,试验结果发现:周期性浸泡作用对滑带土的残余强度有劣化作用,滑带土的残余粘聚力cr随循环次数的增加逐渐减小,而残余内摩擦角φr值略有增大,这种影响主要集中在前几次循环作用中,随着循环次数的增加饱和-非饱和循环对滑带土的影响逐渐消失。  2.通过电镜扫描(SEM)和核磁共振试验研究了滑带土剪切带的微观结构和滑带土的孔隙分布。分析发现:  (1)滑带土经过剪切达到残余强度后,土体的大颗粒发生破碎,所占比例减小,小颗粒所占比例增多;剪切过程中滑带土被挤密压实,剪切带的孔隙率降低,变的更加密实;剪切后土颗粒的圆形度降低,颗粒变的更加狭长,且颗粒排列出现了明显的定向性;剪切带的微观结构具有明显的分形特征,通过颗粒周长对数与面积对数的关系可以得出颗粒分形维数。  (2)经历不同饱和-非饱和循环作用的滑带土,剪切带的颗粒有序性随着循环次数的增加逐渐变差,颗粒分形维数逐渐减小,在循环达到一定次数后该现象逐渐消失。颗粒分形维数D与滑带土残余内摩擦角ψr的变化规律相似,并且剪切带颗粒分形维数D与φr具有良好的负线性相关性,由此可知,滑带土的微观结构与宏观力学特性具有密切的联系,可通过土体颗粒分形维数建立土体微观结构与宏观强度参数的关系。  (3)通过核磁共振技术对滑带土重塑样的孔隙分布进行研究,发现随着周期性浸泡次数的增加,试样的孔隙率逐渐变大,且大孔隙增多小孔隙减少,这种现象在周期性浸泡作用的前期比较明显。  3.滑带土具有“自我修复”能力,通过预制剪切面的直剪试验验证了该现象。其“自我修复”能力的大小与修复时间和含水率有关系,修复时间越长含水率越接近塑限含水率时其修复能力越大。饱和-非饱和循环作用对滑带土的自我修复能力有削弱作用,在滑带土自我修复期间经历4次饱和-非饱和循环,其自我修复能力就大大下降,随着循环次数的继续增加,滑带土的自我修复现象逐渐消弱。  4.获得了三峡水库运行期间库区实时水位、马家沟滑坡地下水位以及滑坡体的变形等现场监测资料,为分析库区水位对库岸滑坡的影响提供了实例数据。对监测资料分析发现:库岸滑坡前缘的地下水位受库区水位的控制,二者具有一致的变化规律;水位变化对滑坡体变形速率的影响有以下规律:高水位大于低水位,动水位大于静水位,水位骤降大于水位骤升。  5.通过数值分析研究了库水位变化对马家沟滑坡变形及稳定性的影响,将计算结果与现场监测数据进行对比,验证了数值模拟的可靠性。将滑带土的劣化规律与数值计算相结合对长期库水位周期性升降作用下马家沟滑坡的稳定性进行了预估计算,计算结果表明:库水位升降变化的前期对滑坡的稳定性影响较大,随着时间的增加,库水位变化对滑坡的影响逐渐减弱。
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