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滑坡是自然界最常见的地质灾害之一,尤其是在三峡库区,滑坡地质灾害比较发育,有些是新生滑坡的出现,还有一些是古滑坡的复活,它们给人民群众的生命和财产造成了严重的损害,为了能够科学有效地防治滑坡地质灾害,就必须要对滑坡的形成破坏机制和影响因素进行深入研究,而在诸多引起滑坡失稳的因素当中,水无疑是最活跃的也是最主要的因素,在三峡库区范围内,水对滑坡起作用的形式主要表现在两大方面:即降雨和库水位升降,因此,研究降雨入渗对滑坡的影响作用机理对揭示滑坡的变形破坏机制和做到科学防治滑坡灾害具有重要的意义。
本论文是根据国家自然科学基金项目《三峡库区顺层滑坡库水位与降雨耦合作用复活机理》进行选题的,以三峡库区典型顺层滑坡——千将坪滑坡为具体研究对象,通过对滑坡的地质发育环境和变形特征的分析,讨论了该滑坡的影响因素和成因机制,并采用数值模拟手段着重对该滑坡的降雨入渗作用机理进行了深入剖析。
根据论文的研究思路,首先大量收集了前人勘察资料和研究成果,并对千将坪滑坡进行了野外调研工作,在此基础上,对滑坡滑动之前的地形地貌进行了恢复,建立了滑坡滑动之前的地质模型,然后采用Geo-Studio软件分别对千将坪滑坡的渗流场、应力场和位移场进行数值模拟计算,最后对滑坡的稳定性进行了计算和分析。
根据上述研究思路,开展了如下工作:
(1)广泛收集了国内外关于三峡库区顺层滑坡及其降雨诱发形成机制的相关研究文献,并进行了归纳整理,提出了本课题相关的研究现状,明确了本文的研究目标;
(2)选取千将坪滑坡作为本文的研究对象,对千将坪滑坡的前人勘察资料及研究文献进行了全面的收集整理和总结分析,此后对该滑坡开展了野外调研工作,获取了一些试验数据等成果,并对千将坪滑坡的成因机制做了一些有益的探讨,提出了本文的观点;
(3)基于上述工作成果的基础上,恢复了千将坪滑坡滑动之前主滑面的地质剖面模型,并利用Geo-Studio数值模拟软件建立了千将坪滑坡滑动之前的二维几何模型,将模型用结构化网格进行了剖分。
(4)根据所收集的千将坪滑坡前人勘察资料及本课题组的野外调研成果,并结合有关经验理论模型,综合确定了用于进行降雨入渗作用机理数值模拟的滑坡各岩土层物理和力学参数;
(5)对滑坡降雨入渗作用机理数值模拟的初始条件和边界条件进行了探讨和定义,在此基础上,采用Geo-Studio数值模拟软件对千将坪滑坡在初始状态和降雨条件下的渗流场、应力场和位移场分别进行了模拟计算分析,并研究了其稳定性系数随降雨的变化情况。
通过对千将坪滑坡影响因素和成因机制的分析以及对降雨入渗作用过程的数值模拟,本文得出以下结论:
(1)从内因和外因两大方面总结分析了千将坪滑坡的影响因素,主要包括地质构造、地形地貌、物质结构、库水位上升、持续降雨和滑坡后缘泉水的入渗,在这些诸多内外因素共同作用下,滑坡发生了变形破坏,通过对滑坡的成因机制进行分析讨论,认为千将坪滑坡曾经错动过或者长期处于蠕滑变形状态,本次滑坡是千将坪古滑坡体的部分复活所致,而三峡水库的蓄水和随后的持续降雨则加剧了滑坡的变形,破坏了其整体稳定性,最终导致滑坡的发生;
(2)降雨开始以后,雨水的入渗对坡体内的孔隙水压力产生了一定的影响,特别是在坡体表层,基质吸力较降雨开始之前迅速减小,部分地方出现了暂态饱和区,暂态饱和区的基质吸力已经消失,孔隙水压力由负值变为正值;降雨入渗主要影响坡体后缘,对前缘的影响较小,分析知坡体前缘主要受库水位控制;随着降雨的持续进行,坡体内的地下水位也不断抬升,这使得坡体前缘滑带受到越来越强的浮托力作用,在这种浮托力的作用下,坡体前缘地段的阻滑作用势必会越来越被削弱,从而会对滑坡的稳定性产生非常不利的影响;
(3)雨水的入渗使得无论是坡体内部还是坡体表面,都出现了不同程度的应力集中现象,尤其是在坡体中后部表层,应力集中现象较为明显,这些地方是整个坡体比较脆弱的地带,在降雨过程中很容易发生变形破坏而出现拉张裂缝,从降雨条件下的塑性区分布图也反映出,这些部位最先进入塑性破坏状态,随着降雨的进行,坡体中前部所受压应力越来越大,坡体后部所受的拉应力也同样变大,这种由降雨入渗所引起的坡体应力变化是导致滑坡发生的重要原因;
(4)在降雨的过程中,滑坡已经处于蠕滑变形状态,其中最大变形位移处出现在坡体中部,并从表层向深部扩展,坡体表面产生位移的直接体现就是该处地面出现拉张裂缝的现象,这与前期勘察及监测资料中所描述的一些滑坡前兆现象较为吻合;根据分析,认为千将坪滑坡同时存在牵引变形和推移变形,其中以前部的牵引变形破坏为主,中后部的推移变形破坏为辅,二者相互影响促进,滑坡即是在其作用下而发生整体滑动;
(5)由于前期三峡水库的蓄水,在降雨开始之前,千将坪滑坡已经处于临界状态;降雨开始之后,雨水的持续入渗一方面增加了坡体的自重,另一方面消减了坡体内的基质吸力,降低了岩土体的抗剪强度,这使得滑坡的稳定性系数不断减小,稳定性变得越来越差;降雨结束后,滑坡已经进入不稳定状态,当不断集中的应力超过最后一个锁固段的极限强度时,滑面完全贯通,滑坡因此突然启动而发生了整体下滑。