库水升降作用下浮托减重型滑坡稳定性研究

大坝建成后形成众多涉水滑坡。为研究库水位升降作用对涉水边坡稳定性的影响机制,基于重大涉水滑坡分类,针对浮托减重型滑坡,运用自主研制的滑坡模型试验系统,建立浮托减重型滑坡模型进行库水升降作用试验。试验结果表明,库水位升高,滑坡模型体内有效应力随之减小;库水位降低,有效应力随之增大。对于模型试验过程,运用Geo-studio软件进行渗流及稳定性计算,对照试验结果与数值模拟结果得出土压力及孔隙水压力渗流模拟变化情况与试验实测变化情况基本吻合。库水位上升阶段,滑坡稳定性系数随之减小;库水位下降阶段,滑坡稳定性系数随之降低。由此分析得出库水升降对浮托减重型滑坡稳定性的影响规律是：库水位上升引起滑坡体内阻滑段有效应力随之减小,导致滑坡稳定性降低;库水位下降引起滑坡体内阻滑段有效应力随之增加,使得滑坡稳定性提高。     

水位升降条件下牵引式滑坡离心模型试验

自三峡水库蓄水后,库区地质灾害频发,研究库水位升降条件下的库岸边坡稳定性与破坏模式日益重要。以三峡库区云阳县凉水井滑坡为原型,基于长江科学院CKY?200土工离心机,结合滑坡区工程地质概况,模拟制作了这一典型库岸滑坡的简化模型。采用高速相机、激光位移传感器、孔隙水压力传感器、土压力传感器等监测手段,在模型试验中实现了对边坡前缘水位高程及升降的控制,获取了试验过程中坡体水平位移和沉降、孔隙水压力、土压力值的变化规律,得到以下结论：试验从开始至加水阶段结束,模型位移以竖直方向为主,而在排水阶段则水平方向位移远大于竖直方向;试验过程中,在库水位上升与骤降作用下,首先在前缘产生裂隙,并逐渐向中部、后缘扩展,随后在中部产生较大变形,出现局部滑移,模型总体破坏形式呈牵引式破坏模式;试验结束时,模型自后缘起体积含水率逐渐增大;在水位上升期间,模型变形相对较小,主要滑移出现在水位下降期间,因此,该滑坡为动水压力型,产生变形破坏主要是由于动水压力效应所致。试验揭示了库岸牵引式滑坡在库水位升降条件下的破坏模式和变形失稳机制,为库区滑坡的防治提供了重要依据。     

考虑库水升降和滑带弱化作用的岸坡启滑机制分析

以三峡库区凉水井滑坡为研究对象,采用理论分析与数值模拟的研究手段,构建了滑带强度弱化模型,提出了渗流驱动的滑坡启滑判据,应用Geo-studio有限元程序分析了库水不同升降速率对滑坡稳定性的影响,揭示了库水升降作用下岸坡渗流场演变规律和渗流驱动下的启滑机制。研究表明：（1）渗透压力与渗透时间的变化是滑带土强度弱化的关键因素,弱化到临界强度时,在渗流驱动下发生压剪破坏而启滑,由局部向整体以渐进模式破坏失稳;（2）库水升降过程中,坡体内孔隙水压力滞后性较明显,水位升降速率会影响坡体地下水响应时程,升降速率越大,孔隙水压力变化越大,渗流驱动力越大,滑坡稳定性变化越快,越趋近于渐进破坏;（3）库水位从175 m降到145 m,凉水井滑坡滑面法向应力最大降低了38.19%,剪应力最大降低了22.20%,有效法向应力最大落差为168.64 kPa,抗剪强度最大落差为63.45 kPa。以上分析结论与规律可为涉水滑坡启滑机制分析、库岸山体滑坡失稳研究及应急防治工程等提供科学依据和理论方法。     

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。     

间歇型降雨对堆积层斜坡变形破坏的物理模拟研究

为研究间歇型降雨作用下缓倾堆积层斜坡的变形破坏特征,以樱桃沟滑坡为例,进行了降雨作用下斜坡变形破坏的物理模拟研究。试验结果表明：前期降雨作用下坡体变形特征表现为前缘滑移沉陷、中部滑移、后缘沉陷、坡体裂缝生成,且前缘裂缝扩张明显,后期降雨作用下坡脚区域首先发生滑塌,然后依次向后缘传递发生逐阶滑塌破坏;降雨入渗易在基岩面上储存,形成暂态地下水位、高孔隙水压力区域和坡向渗流场,基岩面附近土体饱水时间长,软化程度高,抗剪强度弱化显著,边坡易沿基覆界面土层发生滑坡;坡体滑动易发生在降雨间歇期,触发特征表现为雨后坡体暂态饱和区水分和坡表积水持续下渗,导致地下水位上升滞后于降雨,造成坡体内浮托力、渗透力和孔隙水压力增大,有效应力降低,诱发滑坡。     

含弱透水层岸坡地下水渗流特征的数值分析

库岸滑坡同坡体内地下水渗流场的动态变化具有密切的关系。传统的饱和土渗流分析方法无法正确描述水位升降过程中岸坡内孔压场的动态变化规律。从饱和-非饱和非稳定渗流理论出发,选取典型的岩土体的渗流参数,对含有弱透水夹层的理想层状岸坡进行有限元数值分析,得到水位升降过程中岸坡内孔隙水的渗流规律。同时,也得到了坡体内基质吸力和体积含水率随库水位升降变化的历时曲线。分析表明,岩土体的饱和渗透系数、土水特征曲线以及坡体的结构特征等共同决定了水位升降过程中岸坡内孔隙水压力和浸润线的分布。模拟结果可为库岸尤其是含弱透水层边坡的稳定性评价及岸坡的排水加固提供参考依据。     

流-固耦合模型试验用的新型相似材料研制及应用

为研究隧道突水、突泥过程中断层及围岩各物理场变化规律,根据地质力学模型试验相似原理,通过大量多组别配比试验,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及围岩相似材料。其中,断层相似材料以砂为粗骨料,滑石粉为细骨料,石膏、膨润土作为胶结剂,液态石蜡作为调节剂;围岩相似材料以砂为粗骨料,重晶石粉、滑石粉为细骨料,白水泥及乳胶作为胶结剂。通过大量室内试验,对比分析原岩及相似材料变形特征及强度破坏特性,重点对单轴抗压强度、渗透系数、重度、泊松比、弹性模量等重要变形及水理特性参量进行调控,系统研究不同配比对材料参数的影响规律。试验结果表明：该材料力学参数变化范围广、性能稳定、操作工艺简单,可用来模拟不同渗透系数的低、中等强度岩体材料。将该相似材料应用于吉莲高速公路永莲隧道断层突水、突泥三维地质力学模型试验中,力学性能及水理特性均达到试验要求,能够有效地模拟突水、突泥的发展演变过程,真实反映断层灾变过程中各物理场响应规律。     

水位涨落作用下藕塘滑坡响应特征模型试验研究

藕塘滑坡是三峡库区结构复杂的巨型古滑坡之一,由多个次级滑体和滑面组成,大坝蓄水运行以来,滑坡出现复活迹象,对周边数千人的生命财产安全构成威胁。为明确藕塘滑坡在库水位涨落作用下的响应特征、变形破坏模式和机制,以物理模型试验为手段,通过制配滑坡模型试验材料,精确控制试验中库水位涨落条件,实现了藕塘滑坡变形失稳过程试验模拟,并从试验角度探讨了藕塘滑坡响应特征和力学机制。得到以下结论:库水涨落速度越快组成滑坡的3个次级滑坡产生的变形越大,库水位下降造成的滑坡变形明显大于库水位上涨和稳定状态;库水位涨落影响主要集中于第一期次滑坡区域,当库水位快速下降时第一期次滑坡坡脚局部发生牵引式崩滑的风险大;第一期次滑坡变形造成其后的第二期和第三期次滑坡稳定性下降,随之发生变形;藕塘滑坡为动水压力型滑坡,滑坡在库水位涨落作用下发生整体沿基岩面滑移破坏的可能性不大,变形失稳模式表现为第一期次滑坡前缘的局部崩滑。试验揭示了该类滑坡在库水位涨落作用下的响应特征和变形破坏机制,可为类似滑坡的研究提供参考。     

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。     

水库型滑坡复合水动力增载位移响应比物理预测模型及其应用

众所周知,库水位变化和降雨复合动力往往是水库型滑坡的变形和破坏主因。本文在系统分析水库型边坡位移、库水位及降雨变化规律基础上,提出与确定了降雨与库水动力转换系数k的计算方法,并通过转换系数k将降雨动力与库水动力这两种不同的水动力增载效应进行了有机耦合叠加,建立了复合水动力增载参数的计算方法。并将复合水动力变化量及其位移变化量作为动力增载及其响应参数,建立了水库型滑坡复合水动力增载位移响应比物理预测参数与模型。同时,运用该模型对白水河滑坡复合水动力作用下的稳定性演化规律进行了系统分析与评价,结果表明该滑坡复合水动力增载位移响应比的变化规律与其稳定性动态演化规律相吻合,表明复合水动力增载位移响应比参数是一种水库型滑坡有效的物理评价参数,可运用该物理评价参数与预测模型对该类滑坡稳定性进行分析与评价。     

降雨和库水位联合作用下库岸滑坡模型试验研究

受库区水位波动和降雨影响,库岸大量老滑坡体变形加剧,地质灾害问题十分突出。为研究库岸滑坡影响因素、变形演化规律及失稳条件,以大型物理模型试验为手段,选取三峡库区黄土坡滑坡临江Ⅰ号崩滑体为对象,通过考虑水位波动、降雨及其组合作用等诱发因素,开展了一系列的库岸滑坡模型试验研究。试验结果表明：水位升降,变形主要集中于模型坡体前缘,其中,水位抬升过程中,滑坡模型变形较小,变形加速阶段出现于水位下降期间,且变形速率与水位下降速率成正比,即临江Ⅰ号崩滑体为典型的动水压力型滑坡;降雨影响下坡体变形在时间和空间上存在明显分区现象,时间上,变形发展主要集中于坡体浅表层饱和之后,即短时降雨对坡体变形未产生显著影响,空间上,坡体前缘和后缘变形剧烈;库水位下降和强降雨联合作用下坡体前缘产生局部流滑破坏,并溯源发展至前缘整体破坏,为典型的牵引式破坏模式。试验揭示处于临滑阶段坡体,其孔隙水压力、土压力变化呈现异常频繁的波动现象,可为滑坡预警预报提供一定参考依据。     

Centrifugal model test on a riverine landslide in the Three Gorges Reservoir induced by rainfall and water level fluctuation

Frequent soil landslide events are recorded in the Three Gorges Reservoir area, China, making it necessary to investigate the failure mode of such riverside landslides. Geotechnical centrifugal test is considered to be the most realistic laboratory model, which can reconstruct the required geo-stress. In this study, the Liangshuijing landslide in the Three Gorgers Reservoir area is selected for a scaled centrifugal model experiment, and a water pump system is employed to retain the rainfall condition. Using the techniques of digital photography and pore water pressure transducers, water level fluctuation is controlled, and multi-physical data are thus obtained, including the pore water pressure, earth pressure, surface displacement and deep displacement. The analysis results indicate that: Three stages were set in the test (waterflooding stage, rainfall stage and drainage stage). Seven transverse cracks with wide of 1–5 mm appeared during the model test, of which 3 cracks at the toe landslide were caused by reservoir water fluctuation, and the cracks at the middle and rear part were caused by rainfall. During rainfall process, the maximum displacement of landslide model reaches 3 cm. And the maximum deformation of the model exceeds 12 cm at the drainage stage. The failure process of the slope model can be divided into four stages: microcracks appearance and propagation stage, thrust-type failure stage, retrogressive failure stage, and holistic failure stage. When the thrust-type zone caused by rainfall was connected or even overlapped with the retrogressive failure zone caused by the drainage, the landslide would start, which displayed a typical composite failure pattern. The failure mode and deformation mechanism under the coupling actions of water level fluctuation and rainfall are revealed in the model test, which could appropriately guide for the analysis and evaluation of riverside landslides.     

考虑非饱和渗流作用下三峡库岸滑坡稳定性研究

水库水位的涨落对库岸滑坡稳定性有着显著影响。三峡水库水位涨落引起滑坡体内地下水位的变化,是非饱和到饱和过程。本文就非饱和渗流理论,在库水位涨落过程中,模拟了三峡库区马家沟滑坡暂态渗流场的变化,分析了库水位变动时孔隙水压力的变化。结合有限元强度折减法,将得到的暂态孔隙水压力以荷载方式叠加到有限元中,对该滑坡稳定性进行评价,并探讨了在一个水文周期内水位涨落时滑坡稳定性的变化。结果表明:不论库水位上升或下降,滑坡体的稳定性都显示先减小后增大的趋势。最后对马家沟滑坡提出了在库水位常规下降速度下抗滑桩与地表排水相结合的治理设计方案。     

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。     

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。     

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。