库水升降条件下考虑饱和渗透系数空间变异性的白水河滑坡渗流变形分析

堆积层滑坡的岩土体渗透系数具有一定的不确定性,且渗透系数是饱和-非饱和渗流分析的重要参数,开展考虑其空间变异性的库岸堆积层滑坡渗流变形分析具有重要意义。以三峡库区中的白水河滑坡为研究对象,基于地面核磁共振技术获取的岩土体渗透系数,分析滑坡体渗透系数的空间变异特征,采用半变异函数方法求得滑坡体渗透系数的竖直波动范围,在此基础上建立渗透系数的非平稳随机场模型。以非侵入式随机有限元的方式开展库水升降两种工况下不确定模型与确定模型的流固耦合模拟,分析两种模型的渗流场、位移变形特征及其差异。结果表明：相比于确定模型,不确定模型孔压改变的滞后性更为明显,且库水下降工况下整体的变形更大,若忽略滑体渗透系数的非平稳空间变异特征将会低估滑坡的实际变形。     

库水变动下堆积层滑坡加卸载响应规律与稳定性预测

三峡库区堆积层滑坡稳定性受库水位变动影响十分明显,库水变动下堆积层滑坡的演化过程与稳定性预测研究对防灾减灾具有重要的指导意义。基于库水变动与滑坡变形的响应关系,建立库水动力加卸载与位移速率响应耦合的加卸载响应比预测模型;建立库水变动与滑坡稳定系数的响应关系,进而确定库水变动下滑坡体的渗流场类型,并以滑坡稳定系数的变化率的正负来判断库水变动的加卸载作用。以黄莲树滑坡为例,预测其稳定性,并对预测结果进行验证。结果表明:黄莲树滑坡水平方向位移变化与库水变动存在响应关系,且响应具有明显的滞后性;库水变动下该滑坡的渗流场属于动水压力型,每个水文年中库水动力对滑坡有6个月为加载过程,1个月为卸载过程;滑坡监测点的加卸载响应比在2011年出现整体上升并大于1,揭示滑坡趋于失稳,对库水变动加卸载作用的响应加强。结论得到了宏观变形破坏迹象的验证,说明改进的加卸载响应比预测模型具有良好的预测效果。     

三峡库区黄土坡滑坡浸润线动态变化规律研究

以三峡库区黄土坡滑坡为研究对象,结合滑坡体地下水位监测数据,分析库水涨落对滑坡地下水位的影响。建立了黄土坡滑坡渗流模拟的有限元计算模型,并确定了模型合理的水头边界条件。利用Geo-Studio软件的SEEP/W模块,对库水位涨落情况下滑坡暂态渗流场的变化进行模拟,并且分析浸润线的动态变化过程,确定了库水位涨落对滑坡前缘浸润线影响区在滑坡前缘300 m范围内,并对库水位上升和下降两种工况下滑体前缘浸润线位置进行了预测。最后,分析了库水位涨落下库岸滑坡浸润线变化对滑坡稳定性影响,为研究库水位涨落下库岸滑坡浸润线和滑坡稳定性提供了依据。     

特大暴雨诱发平缓浅层滑坡堆积土饱和与非饱和水力学参数试验研究:以王正塝滑坡为例

第四系残坡积堆积(Q_4~(dl+cl))土和滑坡堆积(Q_4~(del))土,其岩性变化较大且土体密实程度不同对其渗透性有较大影响,室内直接测试其渗透系数较困难。首先,在王正塝滑体上开展双环渗透试验,测得了不同位置的渗透系数;其次,利用滑带土土样,开展了增减湿循环条件下的土水特征曲线测试,将实验室测得的土水特征曲线离散点,采用3种经典的土-水特征曲线模型进行拟合;最后,根据van Genuchten拟合的土水特征曲线和饱和渗透系数,采用van Genuchten经验公式估算了其非饱和渗透系数。研究表明:该滑坡体土层的饱和渗透系数为1.15×10~(-7)~366×10~(-7)m/s,相差100倍的数量级,这主要是滑体不是均匀土体,入渗快的地方可能存在水的优势入渗通道的原因;对离散的试验数据采用3种模型拟合效果较好,这3种模型对该滑坡体非饱和土具有较好的实用性;相关研究成果可为王正塝滑坡非饱和非稳定渗透计算提供参数依据,并对同类型土体非饱和水力学参数的确定具有一定的借鉴意义。     

动水压力型滑坡对库水位升降作用的响应以三峡库区树坪滑坡为例

三峡库区涉水型滑坡众多,库水位周期性涨落引起库岸滑坡岩土体物理性质的改变,还使得滑体内渗流场发生变化,进而影响滑坡体稳定性。为研究库水位升降作用对涉水边坡稳定性的影响,基于三峡库区重大涉水滑坡分类,对动水压力型滑坡进行分析。以三峡库区秭归县树坪滑坡为例,利用Geo-Studio软件的SEEP模块及SLOPE分别对滑坡渗流场与稳定性进行计算,分析不同滑体渗透系数及不同库水位升降速率对动水压力型滑坡的影响规律。结果表明:对于动水压力型滑坡,库水位上升过程中,地下水位线有下凹趋势,稳定性系数有所增大; 库水位下降过程中,地下水位线有上凸现象,且稳定性系数明显减小; 库水位升降速率越大,滑体渗透系数越小,库水位变动对滑坡渗流及稳定性影响越明显。     

库水位升降条件下不同渗透性的滑坡体稳定性变化规律

库水位升降作用下不同材料滑坡体稳定性变化规律不同。选择代表三峡库区不同土体材料滑坡4个数量级的饱和渗透系数,采用Geostudio软件Seep/W和Slope/W模块,分析了三峡水库库水位升降作用下不同渗透系数滑坡体浸润线的分布规律及由此引起的滑坡稳定性变化规律,结果表明:库区涉水滑坡体稳定性的变化与滑坡体的渗透系数密切相关,在库水位上升阶段,随着滑坡体渗透系数逐渐变小,浮托力增大的速率变缓,指向坡内的渗压逐渐增强,滑坡稳定性系数有相对增大趋势。在库水位下降阶段,随着滑坡体渗透系数逐渐变小,浮托力减小的速率变缓,指向坡外的渗压逐渐增强,滑坡稳定性系数有相对减小趋势。     

降雨条件下堆积层滑坡体滑动机制分析

以某物流园区堆积层滑坡体为例,分析了地质结构特征及滑坡类型。在此基础上,运用非饱和土力学方法,分析了滑坡体在降雨条件下的动态稳定性特征,揭示了滑动机制及原因,认为滑坡体位于坡面凹槽处,地形较陡、表面堆积层结构松散、强度差,为滑坡形成提供了便利条件;随着降雨持时的增长,降雨沿堆积体表面的裂缝入渗,在土-岩接触面上汇流贯通,形成滞水,降低了滑面土体的力学性质,产生动态浮托力,同时雨水不断充填裂缝和软弱结构面,产生顺坡向的动态扩张力,使张裂缝扩大,加剧堆积体的变形,促使其发生滑动。     

关键影响因子作用下三峡库区堆积层滑坡分布规律及变形破坏响应特征

三峡库区崩滑地质灾害频发,堆积层滑坡是最常见的滑坡类型。在分析三峡库区145处库岸堆积层滑坡资料基础上,选取地形地貌、地质岩性和斜坡构造作为控制因素、降水和库水波动作为主要诱发因素,探究堆积层滑坡在上述关键影响因子下的分布发育规律及变形破坏响应特征,阐明内在机理,结果表明:(1)受区域地质构造和基岩地层岩性显著控制,滑坡发育频次和规模沿长江存在显著空间差异性;(2)砂页岩夹煤层岩组(SC)和泥灰岩与砂泥岩互层岩组(MSM)对库区堆积层滑坡危害最大,软岩、“软-硬”互层二元结构和水-岩(土)相互作用是主导滑坡发育的主要影响因素;(3)大多数滑坡涉水,主要发育在10°~30°斜坡上,前缘高程集中在100~175 m,受库水波动影响严重,岸别和斜坡结构对堆积层滑坡发育没有明显控制作用;(4)库区滑坡主要由降雨-库水下降联合诱发滑体前缘滑移-拉裂,引发牵引式滑坡,降雨与库水波动各自对滑体的影响格局和程度存在明显差异。以期研究成果为有针对性的库区滑坡总体防治提供一定的科学指导。     

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。     

基于数值模拟的三峡库区典型堆积层滑坡变形预测方法

目前对堆积层滑坡的变形预测大多基于数学模型或方法,忽略了引起滑坡位移显著变化的动力外因及滑坡自身的地质特征,因此,预报准确度和可信度较低。以三峡库区典型堆积层滑坡--鹤峰场镇滑坡为例,通过4组主要控制因素科学组合构建了滑坡的基本地质模型;以此为基础,重点考虑引起滑坡发生变形的库水作用动力因素,建立滑坡的数值-力学模型。通过实际监测点的变形监测结果与数值-力学模型中模型监测点的变形进行拟合分析,获取了实际时间与数值-力学模型中时步的等效关系;基于时间-时步等效关系及三峡水库设计水位调度曲线,得到了不同时步水位的波动特征;通过时步的外延,并在相应的时步段对数值-力学模型施加等效时间的库水作用,预测了滑坡在未来库水位变动条件下的变形。该预测方法既考虑了滑坡的工程地质模型又考虑了地下水作用效应,克服了纯数学方法预测的不足。     

库水变动下水库滑坡变形演化机理

滑坡变形演化是滑坡内动力物质系统与外动力激励系统相互作用的结果,对于库水变动影响下的水库滑坡而言,内外系统相互作用的过程则是通过地下水的力学作用效应得以体现的,为此可通过库水变动过程中滑坡地下水力学作用效应的强弱关系及其演化规律来揭示水库滑坡的变形演化机理。基于上述思路,以三峡库区巴东县李家湾滑坡为研究对象,首先利用敏感性系数分析方法进行了分区研究;然后,采用神经网络与渗流有限元相结合的反演算法,对滑坡体的渗透系数进行了反演分析;在此基础上,采用渗流稳定性计算方法,揭示了李家湾滑坡的变形演化机理及其稳定性演化趋势,同时结合FLAC3D数值模拟软件,揭示了该滑坡的时空演化特征。研究成果能为三峡库区水库型滑坡防灾减灾提供理论指导与帮助。     

降雨作用碎石土堆积层滑坡变形规律

降雨诱发碎石土堆积层滑坡十分普遍,野猫面滑坡则是典型的碎石土堆积型滑坡,也是三峡库区内距三峡大坝最近的特大型滑坡体,研究其在不同降雨条件下的变形规律具有示范性和实用价值。首先,在滑坡区域地质分析的基础上,研究了碎石土堆积层滑坡的组成结构;然后应用Modflow软件建立了滑坡地下水渗流场数值模型,对不同降雨强度和降雨历时条件下,降雨入渗补给地下水的规律进行了模拟;最后,运用FLAC3D软件对不同降雨工况条件下,渗流场变化引起的滑坡变形规律进行了模拟。研究结果表明:①野猫面滑坡碎石土堆积层表现为三层结构,上部为碎块石土,中下部为块石土、钙质胶结碎块石,下部滑面为碎石土和黏土夹碎石;②降雨强度和降雨历时增加均使滑坡地下水头抬升,在斜坡前缘临近库岸部分的水力坡度明显增大;③降雨作用下,滑坡位移量增加,变形由地表向深部、由前缘向后缘发展,在滑面处剪应变集中;极端大暴雨条件下,前缘存在整体变形区;④碎石土堆积层滑坡地表径流疏导与生态防渗可有效防治滑坡。     

地下水与开挖作用下堆积层滑坡体滑动机制分析

川东红层地区修建的巴中达州万州高速公路在穿越第四系堆积层时,堆积层滑坡灾害频繁发生,这类滑坡滑动面为平缓的岩土界面。地下水渗流分布影响下的坡体非饱和强度特征和开挖卸荷是引发这类滑坡灾害的主要因素。在室内非饱和直剪试验提取土体力学参数基础上,结合非饱和土渗流分析软件和岩土应力变形分析软件对滑坡机制进行深入分析。分析表明:地下水的渗流分布孕育了岩土界面附近的滑带土,为边坡的滑动失稳提供潜在可能性。堆积层渗流场特征决定着坡体基质吸力的分布,基质吸力的分布特征导致了堆积层土体由顶部往底部的非饱和抗剪强度的逐层弱化,最终形成沿平缓岩土界面分布的抗剪强度最低的一层软弱土体。在路堑边坡开挖致使的不平衡力影响下,岩土界面附近的软弱土体表现出最为显著的屈服和变形,堆积层坡体中部沿着岩土界面的软弱土体发生剪切蠕滑,滑体后缘出现张拉破坏,形成拉裂缝和拉裂槽,并于滑体前缘发生剪切挤压,随着滑体的蠕滑发展,滑体内地下水逐渐消散并在开挖面处渗出。     

库水位骤降时的滑坡稳定性评价方法研究

三峡水库蓄水及水位波动,将极大地改变滑坡体内的水文地质条件,库水位骤降和暴雨入渗是导致滑坡的主要因素。库水位骤降时的滑坡稳定性评价是滑坡防治中的一个难题。根据三峡水库水位调控方案和库区滑坡地下水作用的力学模式,利用有限元模拟库水位从175 m骤降至145 m时的滑坡暂态渗流场。建立了渗透力作用下滑坡稳定性评价的不平衡推力法。研究表明：滑坡的渗透系数和库水位下降速度是影响滑坡稳定性的主要因素,当库区堆积层滑坡渗透系数小于0.864 m/d,库水位发生骤降为2 m/d。库水位骤降时滑坡稳定性降到最小的水位通常在175 m水位以下10～20 m处。其研究为库区 175 m水位滑坡治理提供了科学依据。     

基于颗粒流方法的堆积层滑坡运动过程模拟

以颗粒流离散元为研究方法对勉县杨家湾十组堆积层滑坡破坏方式与运动过程进行数值模拟研究。通过PFC2D双轴模拟试验所标定的岩土体宏观模拟参数与室内试验所获取的宏观实测参数进行对比,确定堆积层滑坡所需的颗粒细观参数,然后将标定的细观参数代入堆积层滑坡模型,对滑坡破坏方式及运动过程进行模拟研究。结果表明:滑坡破坏在初始阶段蠕滑变形累积,滑坡体挤压坡脚,直至坡脚产生剪切破坏,并向上牵引发展,使得滑坡整体顺接触面破坏下滑并堆积于坡脚,表现为典型的牵引式渐进破坏,结果与实际情况基本吻合。研究认为,采用颗粒流方法对堆积层滑坡破坏与运动过程的模拟研究具有较高的适用性,对该类滑坡防治具有一定的参考意义。      

基于三维激光扫描的堆积体滑坡变形机理及阈值模型试验研究

为分析白龙江流域舟曲段江顶崖滑坡的变形演化机理及其阈值,设计降雨条件下的大型堆积体滑坡物理模型试验,采用FARO FocusS 350三维激光扫描仪进行滑坡数据采集、处理,获取滑坡在不同降雨工况的点云模型数据,对比分析不同降雨工况下滑坡宏观及局部特征点的变化情况。研究表明：滑坡模型表面出现持续、快速、变化鲜明的整体变形特征,伴随出现滑坡模型中、前部横向、纵向的张拉裂缝,表明在非饱和渗流影响下,堆积体滑坡模型的基质吸力降低、孔隙水压力以及滑坡体重力荷载增加,导致滑坡模型临近失稳;根据滑坡模型宏观变形情况,其变形演化过程可划分为：初始变形阶段、等速变形阶段和加速变形阶段,3个不同变形阶段坡体宏观变形各自有其特点。通过对试验阶段的变形特征分析,设立了滑坡变形速率阈值,分别为0.01 m/h、0.02 m/h、0.2 m/h。基于三维激光扫描技术坡体监测,结合坡体变形宏观和局部分析的优势,在保证高精度监测、采集、处理的同时,得到坡体的整体变形和位移。     

水位涨落对库岸滑坡孔隙水压力影响的非饱和渗流分析

以某水库库岸滑坡为工程背景,根据饱和-非饱和渗流控制方程,针对不同滑坡体渗透性和库水位升降速率,研究库水位变化条件下滑坡体内孔隙水压力的动态响应,得到：(1) 水位升降时,在相同的入渗条件下,饱和渗透系数对初始地下水位有明显的影响;增大饱和渗透系数能降低地下水位,使地下水位线变得平缓,滑坡体的动、静水压力减小,有利于稳定;(2) 增加库水位升降速率,地下水位响应滞后变得显著,地下水位线形态整体变陡,滑坡体的动水压力增大,不利于边坡稳定性。     

有限元法分析降雨条件下斜坡稳定性——以邻水县马鞍坪滑坡为例

通过对华蓥市马鞍坪滑坡现有变形监测情况表明,斜坡变形位移与降雨的关系十分密切,马鞍坪滑坡的后部强变形区,斜坡位移与50mm以上持续降雨几乎呈对应关系。研究人员采用工程地质条件分析与有限元分析法相结合,对马鞍坪滑坡进行了滑坡体在降雨条件下饱和一非饱和渗流分析与坡体稳定性分析。分析结果表明,降雨量是华蓥山地区斜坡失稳下滑的主要引发因素,不同雨量决定斜坡演化成滑坡的不同阶段,其影响作用也不近相同。计算结果表明,当日降雨量达到150mm左右且累积降雨量超过300mm的情况下,斜坡土体将出现变形,出现滑坡可能性大。该分析结果为今后华蓥山地区地质灾害监测预警示范中的地质灾害单体预警预报,提供了可靠预警参数。     

大渡河瀑布沟水库红岩子滑坡变形特征与机理分析

库水涨落常诱发库岸滑坡变形破坏。为了研究库岸滑坡的变形特征及变形机理,以大渡河瀑布沟水电站红岩子滑坡为对象,通过详细的地表宏观变形调查和对监测数据的深入分析,结合GeoStudio数值模拟,深入研究了该滑坡的变形特征、渗流场、稳定性及库水对滑坡的作用机理。结果表明：红岩子滑坡地表宏观变形显著,累计位移曲线呈“阶跃”式特征,库水下降是滑坡变形的主要诱发因素;库水位由850 m高水位集中下降至830 m以下时,位移阶跃启动,“阶跃”段的累计变形量占全年总变形量的90%以上,当库水位下降速率大于0.5 m/d时,滑坡加速变形;滑坡变形模式为蠕滑-拉裂,库水升降导致滑体内部渗透力的变化,对滑坡稳定性影响很大,引发滑坡“阶跃”变形。     

三峡库区八字门滑坡变形破坏机理分析

三峡库区库水位周期性的变化引起库岸边坡地下水位发生变化,库水与地下水共同作用影响其渗流场与应力场,促使滑坡失稳。本文以三峡库区动水压力型滑坡——八字门滑坡为例,结合滑坡监测资料,运用Geo-Studio软件中SEEP模块、SLOPE模块以及SIGMA模块进行模拟,深入分析在不同库水下降速率条件下对滑坡渗流场、应力场、位移场以及稳定性的影响,研究其致灾机理。研究结果表明:八字门滑坡滑体物质遇水易软化、渗水性差,为动水压力型滑坡创造了良好条件。动水压力型滑坡的失稳主要是由于库水位下降,地下水位相对滞后,形成指向外侧的动水压力,不利于滑坡的稳定,库水位下降速率越大,滑坡体的稳定系数减小越快。在库水下降速率不断增大时,渗流作用增强,但是渗流速率的增长率有减缓趋势。八字门滑坡在库水下降的条件下,滑坡159 m处的滑体及滑带附近出现明显的应力集中现象并逐渐扩大连成一片,表明滑带附近为剪切塑性区,主要承受剪切应力。滑坡塑性区竖向位移呈现先减小后增大的趋势。在周期性库水作用下会产生应力带促进滑坡变形,长期在这种应力作用下可能产生新的滑带,形成次级滑坡。