水库库岸老滑坡复活过程中地下水作用机制研究

论文摘要

目前,三峡库区的滑坡多为古滑坡和老滑坡。老滑坡在地貌上多表现相对平缓的斜坡地带,为居民生活生产及工程建设提供了良好的场所。在三峡水库建成后,库岸老滑坡所处河流水动力条件发生明显改变,在库水周期作用下老滑坡可能加剧复活,给库区人民生命财产带来一定威胁,并影响水库正常运营调度,因此研究地下水作用下老滑坡复活地下水作用机制具有一定的现实意义。本文在老滑坡与地下水相关理论研究基础上,选取三峡库区典型老滑坡-重庆万州区万州中学老滑坡为研究对象,分析了万州中学老滑坡在库水运行周期中地下水饱和非饱和渗流特征及稳定性演化特征,并讨论了承压含水层模式下前缘砂卵石层渗透性对滑坡稳定性的影响,进而揭示老滑坡复活过程中地下水作用机制。本文取得的主要研究成果如下：（1）老滑坡是按滑坡发生时代而划分的,是指发生在现代河漫滩（包括高河漫滩）时期而目前稳定（包括暂时稳定）的滑坡。老滑坡具有明显特征：在地形地貌上表现为山体斜坡不圆顺、山坡上可见环谷状洼地、河岸凸出、河流阶地的连续性突遭破坏、河岸或沟岸不长距离内岩层产状发生较大变化且松动；物质结构成因多样、组分复杂、结构无序、呈土石混杂堆积,具有显著的非均质性、非连续性,其中滑坡土体结构一般为粘性土类及碎（块）石土类,滑坡岩体为块裂岩、碎裂岩、碎块石；老滑坡运动具有多期性,滑带发育特征具有多级性；老滑坡形成演化过程可分为：山体卸荷→松动→开裂→转动→泥化→垮塌→崩滑→阶地“超覆”→古、老滑坡堆积体,其复活过程可分为：古、老滑坡堆积体→解体（同时接受堆积）→泥化→崩滑→阶地“超覆”→古、老滑坡堆积体或新滑坡。（2）滑坡中地下水基本作用模式有潜水含水层模式及承压含水层模式两种,作用效应有软化效应、悬浮减重效应、动水压力效应、水垫效应、超孔隙水压力效应及库岸再造效应等。（3）在潜水含水层作用模式下,地下水对滑坡作用程度受滑体渗透系数影响明显。在库水上升阶段,同一时段,滑坡稳定性系数随滑体渗透系数的减小而增大。当滑体渗透系数较小时（小于10-5m／s）,外力对坡体作用主要为指向坡内的动水压力作用,滑坡稳定性随时差增大而增大；当滑体渗透系数较大时（大于10-5m／s）,外力对坡体作用主要为静水压力作用,表现为悬浮减重效应,滑坡稳定性随时差增大而减小。在库水下降阶段,同一时段,滑坡稳定性系数随滑体渗透系数的增大而增大。当滑体渗透系数较小时（小于10-5m／s）,外力对坡体作用主要为指向坡外的动水压力,滑坡稳定性随时差增大而减小；当滑体渗透系数较大时（大于10-5m／s）,库水下降初期外力对坡体作用主要为指向坡外的动水压力,后期稳定性增加主要是因为静水压力的减少及基质吸力的增加,在库水下降这个过程中,滑坡稳定性随时差增大呈先减后增趋势。（4）在承压水含水层作用模式下,地下水对滑坡作用程度受滑床渗透系数影响明显。在库水上升阶段,同一时段,滑坡稳定性系数随滑床渗透系数的减小而增大。当滑床渗透系数较小时（小于10-5m／s）,外力对坡体作用主要为指向坡内的动水压力作用,滑坡稳定性随时差增大而增大；当滑床渗透系数较大时（大于10-5m／s）,外力对坡体作用主要为浮托力作用,表现为水垫效应,滑坡稳定性随时差增大而减小。在库水下降阶段,同一时段,滑坡稳定性系数随滑床渗透系数的增大而增大。当滑床渗透系数较小时（小于10-5m／s）,外力对坡体作用主要为指向坡外的动水压力作用,滑坡稳定性随时差增大而减小；滑床渗透系数较大时（大于10-5m／s）,库水下降初期外力对坡体作用主要为指向坡外的动水压力,后期稳定性增加主要是因为浮托力的减少及基质吸力的增加,滑坡稳定性随时差增大先减小后增大。（5）万州中学老滑坡的复活形式、规模受老滑坡岩土体物质组成及结构特征、地形地貌、滑面形态、地下水等因素控制。万州中学老滑坡地形及底滑面整体平缓,基本不再具有整体滑动的可能性,但其物质组成中粘性土成分较高,有利于形成贯通性滑移面,容易引发局部或浅层滑移。由库水运行周期中滑坡稳定性演化规律可知,老滑坡复活最容易发生在库水下降过程中。老滑坡失稳复活最易发生在稳定性系数恢复到初始值之后到最低值出现之前这段时间内,滑坡失稳复活主要动力因素为指向坡外的动水压力,失稳复活是动水压力、静水压力及浮托力共同作用的结果。根据库水运行周期中滑坡稳定性定性分析与定量计算结果可知：万州中学老滑坡整体稳定性较好,在库水影响下发生整体复活的可能性小；中浅层局部滑体稳定性较小,在其它外界因素触发下极易复活。（6）在库水运行周期中前缘下覆砂卵石层的渗透性大小成为影响该类老滑坡稳定性的主要因素之一。前缘砂卵石层渗透性越大,越有利于承压水头的增大及消散,从而加速浮托力的变化,甚至在库水运行周期滑坡稳定性系数出现两个极小值点。库水上升阶段,砂卵石层渗透性越大,同一时段内形成的浮托力越大,越不利于滑坡稳定,甚至在库水上升初期出现下降趋势,形成第一个极小值点。砂卵石层渗透性越大,滑坡处于低稳定状态时间越长,且形成的最小稳定性系数越小。由此可见砂卵石层渗透性越大,越不利于滑坡稳定,老滑坡复活的可能性也越大。本学位论文特色与创新点在于：（1）系统总结了老滑坡地形地貌、物质结构与滑带发育特征以及形成演化过程,较全面、清晰地归纳了老滑坡基本地质模型特征;（2）系统研究了在潜水含水层作用模式与承压水作用模式下库岸滑坡地下水渗流场特征及其滑坡稳定性演化特征,揭示了滑坡稳定性演化过程中地下水作用机制；（3）以万州中学库岸老滑坡为典型实例,在地质模型基础上研究了滑坡地下水作用模式,分析了该滑坡的地下水渗流场特征与滑坡稳定性演化特征,揭示了老滑坡复活过程中地下水作用机制,并指出老滑坡发生局部复活的可能性大、整体复活的可能性较小,前缘砂卵石层渗透性大小决定了老滑坡复活可能性大小,是滑坡稳定性主要影响因素之一

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 水库库岸老滑坡复活机制研究现状
• 1.2.2 地下水运动的饱和-非饱和渗流研究现状
• 1.2.3 库水作用下滑坡稳定性评价研究现状
• 1.3 主要研究内容与技术路线
• 第二章 老滑坡典型地质特征
• 2.1 老滑坡概述
• 2.2 老滑坡典型地质特征
• 2.2.1 地形地貌特征
• 2.2.2 物质结构特征
• 2.2.3 滑带发育特征
• 2.2.4 形成演化特征
• 第三章 滑坡中地下水作用效应
• 3.1 滑坡中地下水类型
• 3.2 地下水压力计算方法
• 3.2.1 孔隙压力比法
• 3.2.2 代替法
• 3.2.3 静水压力法
• 3.2.4 动水压力法
• 3.3 地下水对滑坡作用模式
• 3.3.1 潜水含水层模式
• 3.3.2 承压含水层模式
• 3.4 水库库岸滑坡地下水特点
• 3.5 库水对滑坡作用效应
• 3.5.1 软化效应
• 3.5.2 悬浮减重效应
• 3.5.3 动水压力效应
• 3.5.4 水垫效应
• 3.5.5 超空隙水压力效应
• 3.5.6 库岸再造效应
• 第四章 库岸滑坡中地下水作用机制研究
• 4.1 地下水饱和非饱和渗流场基本理论
• 4.1.1 土水势理论
• 4.1.2 饱和非饱和渗流的Dacry定律
• 4.1.3 饱和非饱和渗流微分方程
• 4.1.4 非饱和方程的定解条件
• 4.2 库岸滑坡地下水渗流场基本特征
• 4.2.1 渗流计算模型
• 4.2.2 渗流计算参数及计算方案
• 4.2.3 潜水含水层模式下渗流场变化规律
• 4.2.4 承压含水层模式下渗流场变化规律
• 4.3 考虑非饱和土抗剪强度的稳定性分析原理
• 4.3.1 土体的抗剪强度理论
• 4.3.2 非饱和土体滑坡的稳定性评价原理
• 4.4 库岸滑坡稳定性演化特征
• 4.4.1 稳定性计算模型及参数
• 4.4.2 潜水层含水模式下滑坡稳定性分析
• 4.4.3 承压含水层模式下滑坡稳定性分析
• 4.5 库岸滑坡中地下水作用机制
• 第五章 万州中学老滑坡复活过程中地下水作用机制研究
• 5.1 概述
• 5.2 滑坡区自然地理及地质环境条件
• 5.2.1 自然地理概况
• 5.2.2 地质环境条件
• 5.2.3 万州中学老滑坡基本特征
• 5.3 库水位周期性变化条件下滑坡渗流场特征
• 5.3.1 地下水作用模式分析
• 5.3.2 渗流计算模型
• 5.3.3 渗流计算参数
• 5.3.4 渗流计算工况
• 5.3.5 渗流计算的初始条件及边界条件
• 5.3.6 库水上升阶段滑坡渗流场分析
• 5.3.7 库水下降阶段滑坡渗流场分析
• 5.4 库水运行周期滑坡稳定性演化规律
• 5.4.1 稳定性计算模型
• 5.4.2 稳定性计算参数
• 5.4.3 滑坡稳定性演化分析
• 5.5 老滑坡复活过程中地下水作用机制
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献