三峡库区浮托减重型滑坡对库水升降的响应规律

三峡大坝自2003年蓄水以来,库区形成大量涉水滑坡。长江三峡库区的浮托减重型滑坡随库水位升降,变形非协调性增加,此类滑坡变形与库水位关系的不明确性,为其监测预警预报工作带来困惑。以木鱼包滑坡为研究对象,通过全自动GPS变形监测系统获取的滑坡监测资料,结合多次的野外考察、15年专业监测和库水位升降等资料进行分析,运用有限元软件Geo-studio进行数值模拟,模拟库水位以不同速率在175~145m间升降下对滑坡稳定性的影响。研究表明:(1)库水位由145m升至175m的过程中,滑坡的稳定系数变化为先减后增再减,库水上升速率越大,前期稳定系数减小的时间段越小,随后稳定系数增加的速率也越快;(2)在库水位由175m下降到145m的过程中,整个稳定系数变化趋势为先减小后增大,呈“V”字形,存在一个最危险水面,不同的库水下降速率对应的最危险水面高度也不一样,库水位以0.4,0.6,0.8,1.0,1.6m/d的速率下降时对应的最危险水位分别在169.8,167.8,162.6,162.0,162.2m左右;(3)木鱼包滑坡作为三峡库区典型的浮托减重性滑坡,在库水位大幅度及周期性升降的影响下,一直保持着蠕滑状态,平均日位移量为0.4mm/d,目前处于基本稳定状态。所得结论对三峡库区浮托减重型滑坡预警预报工作有一定的参考与借鉴意义。     

库水位升降作用下不同滑面形态老滑坡响应规律

收集了三峡库区自2003年6月蓄水至2015年6月发生过显著变形或失稳的463处涉水老滑坡相关资料。以典型老滑坡为例分析了其不同形成模式及滑面形态,提出三峡库区老滑坡存在4类典型滑面形态,分别为弧形、靠椅形、折线形和直线形。通过统计分析不同滑面形态老滑坡对库水位升降的变形响应时间规律及涉水程度规律,可得以下结论:（1）弧形与直线形滑面滑坡以中部与前部涉水时产生变形为主,这两类滑坡受动水压力效应影响较大,主要在库水位下降阶段发生变形,尤其是首次蓄水至历史最高水位后的下降期;（2）由于对库水位下降的响应滞后性,部分直线形滑面滑坡在库水位下降后低水位运行期发生变形;（3）靠椅形滑面滑坡主要为前部涉水时产生变形,折线形滑面滑坡中后部涉水比例较其他3类滑坡高,这两类滑坡受库水浮托减重效应影响较大,变形集中在首次135m和175m蓄水的水位上升阶段。研究成果对三峡库区涉水老滑坡防治具有一定参考和借鉴意义。     

库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响

三峡水库正常蓄水后, 库水位在175~145m之间周期性波动, 滑坡地下水渗流状态将会发生较大的改变, 可能导致滑坡失稳.因此, 研究库水位周期性波动下滑坡的稳定性具有十分重要的意义.提出了土水特征曲线的多项式约束优化模型和采用饱和-非饱和渗流数值模型.以赵树岭滑坡为例, 利用有限元数值计算了库水位在175~145m之间波动下地下水渗流场, 将计算得到的孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析, 探讨了库水位上升和下降对库岸滑坡稳定性的影响.研究表明: 多项式优化模型可以很好地拟合非饱和土的土水特征曲线; 库水位上升时滑坡稳定性系数总体逐渐增大, 库水位下降时滑坡稳定性系数总体逐渐减小; 无论是库水位上升还是下降到库水位155m时, 其稳定性系数最小; 同一库水位下, 库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.      

基于离心模型试验的库岸滑坡变形特征研究

三峡库区蓄水后，大量库岸滑坡发生复活变形，为研究滑坡随库水位升降的变形特征和机制，以库区典型直线形滑面形态滑坡为地质原型，概化设计了大尺度离心模型试验，通过模拟两个水位升降过程，布设高速相机和传感器，获取了滑坡变形演化全过程高清影像、孔压和土压?时间变化曲线，可得以下研究结果：在水位首次下降时，孔压和土压逐渐减小，当下降15 min后滑坡发生整体蠕滑变形，首先是前部产生横向张拉裂缝，中后部则是以竖直位移为主的蠕滑压密变形过程，水位停止下降2 min后变形停止，表明变形对库水位变化具有一定滞后性；当水位再次下降时，前部沿原破裂面再次下滑并失稳，中后部则无变形，变形演化具有典型牵引式特征。在库水首次入渗滑坡时，坡体孔隙水压力对库水位升降具有明显的滞后性，而在下一次水位升降过程中，这种滞后性明显减弱。该类滑坡受水位下降的动水压力效应影响较大，在滑坡变形过程中，中后部滑体变形在竖直方向的蠕滑压密行为使得中后部稳定性有所提高，因此，在后期蓄水过程中不再发生变形，试验现象与实际库岸滑坡吻合。试验揭示了三峡库区该类滑坡在水位升降条件下的变形破坏模式及长期演化趋势，为库区地灾防治提供了参考依据。     

基于离心模型试验的库岸滑坡变形特征研究

三峡库区蓄水后,大量库岸滑坡发生复活变形,为研究滑坡随库水位升降的变形特征和机理,以库区典型直线形滑面形态滑坡为地质原型,概化设计了大尺度离心模型试验,通过模拟两个水位升降过程,布设高速相机和传感器,获取了滑坡变形演化全过程高清影像,孔压和土压变化时间曲线,可得以下研究结果：在水位首次下降时,孔压和土压逐渐减小,当下降15 min后滑坡发生整体蠕滑变形,首先是前部产生横向张拉裂缝,中后部则是以竖直位移为主的蠕滑压密变形过程,水位停止下降两分钟后变形停止,表明变形对库水位变化具有一定滞后性;当水位再次下降时,前部沿原破裂面再次下滑并失稳,中后部则无变形,变形演化具有典型牵引式特征。在库水首次入渗滑坡时,坡体孔隙水压力对库水位升降具有明显的滞后性,而在下一次水位升降过程中,这种滞后性明显减弱。该类滑坡受水位下降的动水压力效应影响较大,在滑坡变形过程中,中后部滑体变形在竖直方向的蠕滑压密行为使得中后部稳定性有所提高,因此在后期蓄水过程中不再发生变形,试验现象与实际库岸滑坡吻合。试验揭示了三峡库区该类滑坡在水位升降条件下的变形破坏模式及长期演化趋势,为库区地灾防治提供了参考依据。     

水位波动对黄土坡滑坡稳定性的影响分析

三峡水库运行后,库水位将在145—175m范围内变动,水位的波动变化,将会引起坡体内孔隙水压力的变化,以及坡体外水压力的变化,进而影响滑坡的应力场和滑坡稳定性。在考虑渗流场和应力场耦合的条件下,对三峡库区黄土坡滑坡在水位变化过程中进行连续的分析,研究其连续变化规律。结果表明：（1）黄土坡滑坡在水位波动条件下,饱和区和非饱和区的位移都受到不同程度的影响;（2）库水位骤降对滑坡体各部位位移的影响最为明显;（3）黄土坡滑坡稳定性系数最小值出现在水位开始下降后48d,水位下降11．9m时刻,最大值出现在175m稳定水位时刻。因此,在滑坡稳定性综合评价过程以及滑坡的勘查设计过程中,应充分考虑库水位波动对滑坡的影响,特别注意最小稳定系数的确定。     

三峡库区白家包滑坡变形特征与影响因素分析

针对三峡库区阶跃型滑坡,以白家包滑坡为例,统计分析滑坡位移、变形速率和裂缝监测数据。显示滑坡在2007年6月之前为蠕动变形初期,受降雨和库水位等外界因素的作用,6月滑坡发生剧烈变形,之后一直保持约75°方向滑动。滑坡体中前部位移速率大于后缘,其变形具有牵引式特点。滑体上裂缝与变形位移具有一致性,位移量越大的区域裂缝越发育。将位移速率与降雨、库水位和地下水进行影响机制分析,建立滑坡变形与外界动态影响因素之间的响应关系。结果表明降雨量和库水位变化是引起滑坡季节性变形的主要因素,其中降雨强度、库水位下降及下降速率是导致滑坡位移速率波动大小的关键因子。     

库水下降作用下滑坡动态变形机理分析以三峡库区白水河滑坡为例

在每年的库水位下降期间,三峡库区的许多滑坡都出现了较大变形。为了深入研究库水下降作用下滑坡的动态变形机理,评价和预测此类滑坡的稳定性及发展趋势,本文以白水河滑坡为例,在现场地质调查和详细地质勘查的基础上,充分利用十多年监测数据,分析其变形特征、失稳机理、影响因素及稳定性,预测了其变形发展趋势。研究结果表明在水库水位下降的过程中,由于滑坡岩土体渗透性能较差,地下水来不及及时排出,滞后于水库水位的下降,滑坡受到了坡体内地下水向外的渗透动水压力作用,从而使得滑坡稳定性降低。另外库水位下降速度越快,滑坡的位移速率也越大,表现出阶跃型动态变形特征。     

三峡水库水位变动下的库岸滑坡稳定性评价

水库岸坡滑坡稳定性主要受库水位涨落的影响。由于库区水位变化可概化为二维非稳定流,地下水位变化可采用有限元模拟。三峡水库正常运行时的水位涨落速度在0.6～4.0m/d、高程145～175m之间变化,通过有限元法对库区的马家沟滑坡模拟表明:库水位和滑坡体内的地下水位同步升降,水力梯度很小,因此水位涨落对滑坡的影响主要是浮托力作用。在此条件下,采用Morgenstern-Price法对滑坡稳定性进行计算表明,随着水位上升,滑坡稳定性降低,水位上升到165m时,稳定性达到最小,水位再上升则稳定性增大,当滑坡完全淹没在水下时的稳定性高于未被淹没的情况,滑坡最终的稳定性按最小稳定系数评价。     

考虑饱和-非饱和渗流作用的重庆奉节鹤峰乡场镇滑坡稳定性分析

岩土体中由于孔隙水压力的存在使得力学性状的分析变得更加复杂化,对饱和-非饱和渗流场的研究一直是岩土工程界的一大难点问题。基于三峡水库的库水位调度方案与实测月的降雨资料,分三种工况以极限平衡原理和Morgenstern-Price条分法为基础对重庆奉节鹤峰乡场镇滑坡进行了瞬态稳定性分析,研究了水分在坡体内的运移对边坡稳定性的时间影响效应。研究表明:场镇滑坡在库水位为145m与降雨耦合情况下,稳定系数1.15,不会失稳产生滑动;在降雨与库区水位175m和175m陡降至145m等因素耦合情况下失稳,稳定系数介于0.94～1.10,处于极限平衡状态及不稳定状态。     

顺层缓倾型水库滑坡稳定性物理模拟试验研究—以向家坪滑坡为例

深入研究顺层缓倾型水库滑坡的变形破坏规律、影响因素以及失稳条件, 以三峡库区向家坪滑坡为典型实例, 基于相似理论建立地质物理模型, 考虑水位升降、降雨(含汛期)等诱发因素, 通过监测滑坡模型的位移、土压力及孔隙水压力的时空演化规律, 掌握滑坡的变形特征和规律。结果表明:库水位上升, 坡体前缘不断被浸没, 致使土体结构松散, 前缘发生滑移式滑塌; 库水位下降, 其位移、土压力和孔隙水压力在坡体中部和后缘均无变化, 但前缘破坏范围扩大, 延伸至中部; 库水位的独立变动仅影响下伏滑床水位, 但当其与后缘的基岩裂隙水耦合作用时, 可改变滑床的承压水头; 汛期降雨较小, 对滑坡稳定性影响不大, 仅土压力和孔隙水压有小幅度的变化, 没有位移变形; 在暴雨作用下, 中部和后缘先后发生变形, 土体应力累积和释放。库水位下降时, 强降雨将改变坡体原始应力状态, 坡体产生微小变形; 在极端条件下向家坪滑坡发生滑动的可能性较大, 库水位的下降、暴雨和后缘水位相互耦合作用导致坡体变形破坏。研究结果可为库区地质灾害防治和减灾提供科学依据。     

三峡库区大型单斜顺层新生滑坡变形特征与失稳机理研究

以三峡库区巫山轿顶峰2号滑坡为例,结合库水位变化、地质环境条件资料,通过现场调查测绘、无人机航空摄影测量、工程地质钻探、地表及深部位移监测等方法,详细分析了该滑坡的变形特征、成因机制与发展趋势。该滑坡体积约250×104 m3,为大型单斜顺层新生岩质滑坡。滑坡前后缘高差约380 m,前缘剪出口高陡临空,位于库区蓄水位以下。深部监测数据显示消落带发育两条滑动错动面,分别位于距坡面深度12.0~17.0 m和25.0~30.0 m之间。滑坡目前处于蠕滑变形阶段,受地形地貌、地层结构、消落带劣化以及水的影响,垂直方向变形持续增大,前部劣化带发生崩滑破坏失稳可能性较大,并且存在滑坡涌浪灾害链风险。建议持续开展库区消落带劣化系统观测研究,提升库区新生滑坡灾害识别与预警能力。     

三峡库区典型堆积层滑坡变形滞后时间效应研究

堆积层滑坡是三峡水库运行过程中的重要地质灾害,其变形演化往往滞后于库水位的变化,表现出时间滞后效应,给滑坡灾害精准预测和灾害警情准确发布造成极大困扰。采用集对分析法并结合层次分析法,构建了滑坡加权位移向量计算模型,在滑坡加权位移演化与库水位波动相互关系定性分析的基础上,寻找滑坡加权位移与库水位变化速率相关性达到最大时的平移步数,从而计算出滑坡变形滞后于库水位变化的时间。以三峡库区典型堆积层滑坡——树坪滑坡为例,在分析滑坡变形演化规律基础上,分别选取2012年、2013年、2014年汛雨期地表位移与库水位下降速率的监测数据开展滑坡变形滞后时间研究。研究发现:当库水位下降速率小于等于0.43 m·d-1时,树坪滑坡变形滞后时间大于等于5 d;当库水位下降速率在0.43 m·d-1到0.7 m·d-1之间时,树坪滑坡变形滞后时间在2 d到5 d之间;当库水位下降速率大于等于0.7 m·d-1时,树坪滑坡变形滞后时间小于等于2 d;随着库水位下降速率不断增大,树坪滑坡变形滞后时间不断缩短。通过分析滑坡不同空间位置监测点的滞后时间,发现越靠近滑坡体前缘变形滞后时间越短,当库水位下降速率在0.43 m·d-1到0.7 m·d-1之间时,滑坡前缘变形滞后时间在2.4 d到5.4 d之间,滑坡中部的变形滞后时间在3.4 d到5.6 d之间,滑坡前缘和中部的变形滞后时间差在0.2 d到1.4 d之间。研究成果可以为树坪滑坡的监测预警防治工作提供参考,对重大水利工程涉水滑坡监测预警具有一定借鉴意义。     

基于NMR的库区滑坡三维稳定性数值模拟

传统的勘探、测试手段, 难以获取可靠的滑坡岩土体水文参数, 直接影响滑坡研究的建模、评价工作.应用核磁共振找水方法并结合其他方法建立滑坡三维地质模型, 并提出基于NMR技术的库区滑坡稳定性研究思路.以赵树岭滑坡进行测试, 获取了岩土体的水文地质参数数据, 确定出该滑坡具有两层地下水, 上部潜水含水层, 下部微承压含水层; 具有两层滑面.该技术的分析结果与钻孔数据吻合较好, 可为建立符合实际的滑坡模型提供可靠依据.利用自编渗流-应力耦合有限元程序和ANSYS进行了145 m、175 m及175m降至145 m滑坡的稳定性模拟.结果表明: 145 m及175 m水位, 该滑坡整体处于稳定状态, 前缘随水位抬升局部破坏范围扩大; 175 m降到145 m时, 坡整体稳定性接近极限状态.且滑坡后缘局部位置出现小规模变形破坏的可能.      

三峡库区树坪滑坡变形失稳机制分析

树坪滑坡自2003年三峡水库蓄水以来,就一直持续变形。为了对其稳定性及变形发展趋势进行评价和预测,有必要对其变形失稳机制进行深入研究。为此,采用现场地质调查和勘探的方法确定了滑坡的形态和性质;充分挖掘变形监测数据,详细分析了滑坡的变形特征。在此基础上,深入研究了变形失稳机制及影响因素,并对滑坡的稳定性进行了计算和预测。结果表明,滑坡区地形、岩性及地质构造等地质因素控制了树坪滑坡的形成和发展;库水位下降和大气降雨进一步激励了滑坡的变形。库水位下降,坡体内地下水位随之下降,但其速度远小于库水位下降速度,导致坡体内水力梯度和渗透力明显增大,从而使滑坡稳定性急剧下降,并且库水位下降速度越快,滑坡的位移速率也越大,是典型的水库下降型滑坡。在库水位下降过程中,若出现明显的降雨过程,更加剧了滑坡的变形,有产生大规模滑动的可能性,须采取防护治理措施。     

优化方法在库岸斜坡稳定性评价中的应用

对三峡库区归州老滑坡在库水位从175m下降到145m过程的滑坡稳定性进行研究,通过黄金分割方法优化计算时步,利用MIDAS/GTS有限元软件分析了库水位下降时岸坡内孔隙水压力的变化及由此引起的岸坡稳定性变化,确定了库水位下降量与库岸斜坡稳定安全系数的关系,结果表明:将优化方法用到库岸斜坡稳定性分析中,可提高计算效率;在库水位下降过程中,斜坡的稳定安全系数不是单调降低,而存在一个极小值;三峡库区归州老滑坡基本稳定。     

Real-time monitoring and early warning of landslides at relocated Wushan Town,the Three Gorges Reservoir,China

A special monitoring and warning system has been established and improved in the Three Gorges Reservoir area since 1999. It is necessary to develop a real-time monitoring system on landslides because there are dense populations centered in the reservoir area and geo-hazards may be triggered by a 30-m water level fluctuation between 145 and 175 m in elevation during reservoir operation; the regular monitoring could not be suitable to the early warning on landslides. Since 2003, the authors have carried out a real-time monitoring and early warning project on landslides at the relocated Wushan town in the Three Gorges Reservoir area. The monitoring station includes Global Positioning System with high-accuracy double frequency to monitor ground displacement, time domain reflection technology, and immobile borehole, inclinometer to monitor deep displacement, piezometer to monitor pore water pressure, and precipitation and reservoir water level monitoring. Compared with traditional methods, the real-time monitoring is continuous and traceable in the acquisition process, and the cycle of data acquisition is very short, usually within hours, minutes, or even shorter. Based on the landslide monitoring experience at the Three Gorges Reservoir area, the early warning criteria on landslide are established in which the critical situation is classified into four levels: blue, yellow, orange, and red, respectively, expressed by no, slight, moderate, and high risk situation. Comprehensive judgment from multimonitoring data of Yuhuangge landslide in this area since 2004 suggested that the new Wushan town will be at the blue early warning level, although some monitoring data of individual displacement at deep borehole showed that the displacement was increased by 5 mm in 5 months with an average velocity of 1.0 mm/month, and the data of BOTDR also showed an obvious dislocation along a stairway on the landslide.