库水位变化加卸载动力效应及其对堆积层边坡稳定性影响规律研究

作     者：武秀文 

作者单位：青岛理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贺可强

授予年度：2012年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：堆积层滑坡 库水位变化 渗流场 加卸载响应比 稳定性演化 

摘      要：三峡库区是滑坡地质灾害多发地带，该区堆积层滑坡发育较多。2003年三峡水库蓄水后，库水位从135m上升至175m，导致一部分滑坡部分或全部被库水淹没，库水位周期性的升降变化对滑坡体的渗流场产生了极大的影响，严重威胁着三峡库区滑坡的安全。因此，研究地下水在堆积层滑坡中的动力作用规律和边坡稳定性演化特征既是一个复杂的理论课题，也是一个重大的工程应用课题。 本论文以三峡库区为背景，以“国家三峡库区地质灾害防治工程项目（三期）规划阶段调（勘）查、国家自然科学基金项目：“水诱发堆积层滑坡加卸载响应比参数与位移动力学预测（项目编号：40672182）和“堆积层滑坡位移矢量角动力学参数与位移多源信息综合预测（项目编号：40872184）、高等学校博士学科点专项科研基金：“堆积层滑坡渗流卸加载动力学预测方法与失稳判据研究（项目编号：20113721110002）、中国水利水电科学研究院开放基金项目：“三峡水利工程库岸滑坡复合水环境动力特征研究（项目编号：IWHRKF201019）山东省自然科学基金项目“降雨作用下堆积层滑坡变形破坏机理与失稳判据研究（项目编号：ZR2011DL002）以及山东省自然基金项目“深基坑边坡位移矢量角对变形控制设计及位移失稳预测的意义研究（项目编号：BS2009HZ018）为依托，以三峡库区典型堆积层滑坡-八字门滑坡为例，建立堆积层滑坡概化模型，在运用大型有限元程序GeoStudio进行数值模拟的基础上，研究不同渗透性和不同库水位变动速率对边坡渗流场和稳定性系数演化规律的影响。获得了以下认识： （1）通过对三峡库区典型堆积层滑坡的地质调查，并对堆积层滑坡的基本特征及位移动力学特征进行了归类、分析与总结。 （2）本文运用数值模拟方法和饱和-非饱和渗流基本理论，对不同渗透系数边坡及不同库水位变动速率下的边坡进行了数值模拟，分析了地下水在堆积层滑坡中的动力作用。计算了在库水位上升下降期间不同因素对边坡渗流场的影响。得出不同工况下的浸润线位置，以及坡体饱和非饱和变动区在水位变动过程中，渗透系数的演化规律。进一步证实了前人试验研究的正确性。 （3）本文在分析总结各种滑坡评价方法优缺点的基础上，分析了加卸载响应比法的理论依据以及其在堆积层滑坡中应用的重要性。指出了加卸载响应比法在堆积层滑坡中应用中亟待解决的问题。 （4）本文针对三峡库区滑坡，选取八字门典型滑坡为模拟原型，对不同渗透系数及不同库水位升降速率下的边坡进行了稳定性分析。分析结果认为，不同渗透系数对堆积层滑坡稳定性的影响规律是不同的。当渗透系数较小时，库水位上升时稳定系数呈增大规律，当渗透系数较大时，稳定系数先减小后有增大的规律。库水位下降时，稳定性也会因渗透性的不同有不同的变化规律。 （5）文章针对三峡库区岸坡分布特征，分别选取了凹形、凸形、上凸下凹形、上凹下凸形四种类型的滑坡进行分析研究，在八字门滑坡的基础上建立这四种滑坡模型，分别运用GeoStudio软件计算了这四种模型的稳定性。认为，这四种模型在库水位上升和下降时稳定性变化规律是不同的。 （6）文章研究了不同条件下的边坡稳定系数演化规律，将研究结果与非线性加卸载响应比理论的应用相结合，研究结果分析了在库水位上升下降的不同阶段，在不同的渗透系数条件下，何时为加载，何时为卸载，明确了不同条件下的不同加卸载区段。该区段的划分为非线性加卸载响应比在堆积层滑坡中的应用提供了基础条件，同时稳定性动力演化规律的研究也为三峡库区库水位具体的调动方案提供了指导性依据。