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。     

库水位波动条件下黄土坡临江1~#崩滑堆积体稳定性研究

水库蓄水是诱发三峡地区库岸滑坡的主要因素之一,开展库水位波动条件下滑坡稳定性研究意义重大。通过现场地质调查、原位监测、理论分析和数值模拟等手段,对三峡库区黄土坡临江1~#崩滑堆积体在库水位波动条件下的稳定性进行了研究。利用现场监测数据,分析了滑坡体地下水位与库区水位的关系、滑坡体深部不同高程处位移随时间的变化值以及库水位波动对滑坡体变形的影响。采用三维离散元程序"3DDEC",对临江1~#崩滑堆积体进行了数值模拟,分析了库水位波动条件下滑坡体内应力、应变的变化规律,并提出了考虑干湿循环作用的强度折减法,定义了安全系数的求解方法。研究结果表明,三维离散元法结合强度折减法研究水库滑坡是可行的;黄土坡临江1~#崩滑堆积体在目前的调水曲线作用下处于稳定状态;由2013年12月16日巴东地震前后滑坡堆积体的变形可现低烈度地震对滑坡体的稳定性影响不大。     

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.      

三峡库区黄土坡滑坡I号崩滑体成因

黄土坡滑坡是三峡库区4个大型滑坡之一,因其典型性和重要性,"长江三峡库区地质灾害研究优势学科创新平台"在此建立了巴东野外大型综合试验场.野外试验场隧洞群揭露滑坡结构,有助于深入认识和研究黄土坡滑坡的地质结构特征和成因机制.通过试验隧洞开挖揭露黄土坡滑坡临江I号崩滑体特征发现:(1)临江I号崩滑体滑床基岩普遍发育层间剪切软弱夹层;(2)主隧洞与Ⅲ号支洞揭露滑体特征表明,滑体物质组成为棕红色泥岩、粉砂岩碎石土,灰色泥灰岩、灰岩碎石土,各类破碎岩层,滑体内潜水丰富,渗水量较大;(3)试验隧洞揭露滑带具有多层位顺层发育特征,平面范围与前人勘察成果较一致,厚度在不同剖面处存在较大差异;(4)深部钻孔监测资料显示,在土层与基岩面及层间剪切带均有蠕滑位移.分析得出:临江I号崩滑体是在重力和构造应力作用下顺多层软弱夹层、土层与基岩面发生蠕滑变形形成的,具有多层滑动面.     

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。     

三峡库区枣子树包滑坡稳定性和治理研究

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的变形。从三峡库区枣子树包滑坡的结构和变形特征出发,分析了其成因机制及其稳定性状况;采用有限元法模拟了库水位下降时滑坡地下水渗流场,并将所得孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析,探讨了水位下降速率对滑坡稳定性的影响机理和规律。研究表明：该滑坡是早期岸坡岩体产生滑移-弯曲破坏后堆积并经漫长改造形成的,目前处于基本稳定状态,预计在加大库水位下降速度后处于欠稳定状态;滑坡稳定性系数随库水位下降而降低,库水位下降速度越大,稳定性系数降低越大;相对于库水位下降速率,强降雨对滑坡稳定性影响更明显;为提高滑坡整体稳定性,提出了抗滑桩的加固措施。研究方法和成果对滑坡的评价与治理具有较好的参考价值。     

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。     

库水位升降速率对雅安双家坪堆积体滑坡稳定性影响模拟分析

水库蓄水后库岸边坡的稳定性一直是研究的热点,库水位周期性涨落使得坡体内部渗流场发生变化进而影响其应力场,应力场作用于岩土体产生变形,其中水库水位升降速率对滑坡稳定性的影响尤为显著。本文以瀑布沟水电站库区双家坪滑坡为研究对象,在调查分析的基础上,基于非饱和土力学理论,考虑水—土特征曲线与渗透特性,对库水作用下的双家坪堆积体滑坡稳态—瞬态进行渗流场—稳定性数值计算。运用GeoStudio软件中的seep模块模拟库水作用下滑坡体地下水变化,计算出不同库水位升降速率条件下堆积体滑坡内部渗流场的变化并将结果耦合至slope模块中进行稳定性计算,研究结果表明:水位抬升阶段,滑坡的稳定性表现为先升高再降低,且水位抬升速率越大,滑坡稳定性升高后衰减的程度越大;水位下降阶段,滑坡的稳定性表现为先降低再逐渐回升的趋势,且水位下降速率越大,滑坡稳定性下降后再回升的程度越低。该研究结果对于库区地质灾害防灾减灾、监测预警以及水库合理调蓄具有重要的意义。     

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。     

水库滑坡地下水动态响应规律及浸润线计算模型

库水和降雨直接导致水库滑坡地下水变动,是诱发滑坡的主要因素。已有研究大多是基于监测数据探讨库水与降雨对滑坡变形的影响,未能揭示水库滑坡地下水响应规律,地下水浸润线计算模型没有同时考虑降雨和库水的影响,且模型边界条件与水库滑坡实际情况差别较大。为了揭示大型水库滑坡地下水动态响应规律,需要构建更接近实际情况的地下水位浸润线计算模型。通过三峡水库石榴树包滑坡地下水动态监测,揭示了库水水位变化和降雨条件下滑坡地下水水位动态响应规律,其地下水渗流场近似层流,滑坡前缘和中部的地下水水位与库水位几乎同步,滑坡后部的地下水水位主要受降雨影响,日降雨30 mm会引发地下水水位明显变动。在周期性库水位变化和随机降雨耦合条件下,建立了滑坡地下水非稳定渗流微分方程,解算出水库滑坡地下水位浸润线计算模型,并采用实际监测结果进行了验证。应用计算模型分析了不同工况条件下的滑坡渗流场,并得出滑坡内距前缘水平距离145 m内,库水对地下水有影响;引发地下水变动的降雨和库水位变化阈值分别为0.03,0.1 m/d,且不同的条件组合下降雨和库水位对地下水水位影响存在一定差异。     

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。     

New data and interpretations of the shallow and deep deformation of Huangtupo No. 1 riverside sliding mass during seasonal rainfall and water level fluctuation

The original Badong County, Hubei, China, was mainly below the highest water level of the Three Gorges Reservoir, which is 175 m above sea level. The new downtown of Badong was rebuilt in the Huangtupo area between 1982 and 1991. After detailed geological investigation in the Huangtupo area, four independent landslides were identified, making it one of the largest and most harmful landslide group in the Three Gorges Reservoir area. Since 2003, abundant data have been obtained from the Huangtupo No. 1 sliding mass about rainfall, water level, earth surface deformation and deep deformation. The monitoring data indicate that the earth surface and deep deformation of this landslide is closely related to the seasonal rainfall and water level fluctuation of the reservoir. During increases in the water level, the earth surface deformation velocity decreases, and then increases obviously in the subsequent water level decreasing stage. Because the water level drawdown period overlaps with the rainy season in this area, the earth surface deformation is affected by both rainfall and water level. The deformation velocity of the earth surface caused by rainfall is about 5 mm/month, while that caused by water level decrease is 5–7 mm/month. On the contrary, the deformation velocity of the deep sliding mass accelerates 2 to 3 times faster than average during water level increase. The distinction of surface and deep deformation regulations indicates that the effects of seasonal rainfall and water level fluctuation on the stability of reservoir wading landslides are different. Based on all monitoring data, we also found that the Huangtupo No. 1 riverside sliding mass is creeping seasonally during the seasonal rainfall and periodic reservoir water level fluctuation. The deformation velocities of the east regions of the sliding body indicate acceleration, making these regions even more dangerous.     

地下水渗流场对库区滑坡稳定性影响的数值模拟——以白马库区羊角滩滑坡为例

针对库水位变化条件下滑坡的稳定性定量评价复杂问题,考虑降雨和库水位变化对地下水渗流场变化规律的影响机制,采用饱和-非饱和渗流的基本理论,运用渗流模拟有限元法,对重庆市武隆区羊角滩滑坡在6种不同工况下的库区滑坡的稳定性开展了模拟研究。结果表明: ①降雨工况下,降雨对地下水渗流场都有影响,滑坡中部位置受地下水位影响最大,前后部影响小,降雨条件下,滑坡稳定性随着降雨历时的增加而变小,到达一定阶段后,滑坡已经滑动,滑坡稳定性系数不再变化; ②库水位工况下,主要影响滑坡前缘,地下水位是随库水位变化而迅速变化的,随着库水位的上涨,滑坡稳定性系数呈现先减小后增大的趋势; ③地下水位的骤升对浮托作用影响有限,对压坡作用影响较大,同时降低了渗流力的影响,对滑坡稳定起到了积极作用,地下水位的骤降增大了渗流力,减弱了前缘库水位的压坡作用,滑坡失稳的可能性最大。可为库区该类滑坡的稳定性现状及发展趋势预判提供科学依据。     

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。     

长江三峡库区木鱼包滑坡地表变形规律分析

三峡库区木鱼包滑坡自2006年实施专业监测以来,一直持续变形,对三峡大坝工程和长江航道造成巨大威胁。通过多次野外地质调查资料、长期现场巡查、人工GPS位移监测数据、近1年的全自动监测数据等,深入分析该滑坡在库水涨落及降雨条件下的变形特征、演化规律及变形机制。结果表明,滑坡坡体结构、岩性及地质构造等地质因素控制了木鱼包滑坡的变形,库水位是主要的驱动因素。库水位上升过程中,库水位由145 m升到155 m左右,月位移量为最小值;动水压力向坡内,滑坡变形最小;库水位155 m上升至175 m期间,库水入渗前部坡体,对滑坡前部抗滑段形成浮托减重效应,变形有所增加。库水位由175 m下降到170 m左右,累积位移形成阶跃,坡受向坡外动水压力和浮托减重效应作用,月位移达最大值。库水位由170 m降到145 m期间,浮托减重效应作用减小,月位移量降低。目前,木鱼包滑坡变形趋势减小,产生大规模滑动的可能性较小,但须进一步加强监测和机制研究。     

水位涨落引起分层边坡滑坡的机理分析

基于分层边坡在水位涨落时发生滑坡的模拟实验,简要描述了实验中的主要现象,计算了实验模拟的分层坡体内与水位变化直接相关的动态渗流场、孔隙水压力场与渗透速度场分布。根据计算结果,对水位变化导致坡体变形失稳的机理进行了分析,为这类分层边坡滑坡的治理提供了依据。