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久雨、暴雨引起滑坡群发的事实已广泛为人们所知,降雨诱发滑坡发生的机理一直是学术界所要解决的难题之一。长江上游地区雨季滑坡数量占全年滑坡总数的87%以上,由此可见降雨对该地区滑坡的发生有着重要的影响。万州地区广泛分布着堆积体滑坡,且雨量丰富,降雨时间集中,以暴雨居多。三峡地质灾害“二期”和“三期”治理工程的实施,基本查明了堆积体滑坡的工程地质环境,本论文在次基础上,对降雨入渗及库水位升降引起的堆积体滑坡稳定性的变化进行了研究。通过研究,主要取得了如下成果:
1.通过对比分析入渗理论和降雨入渗观测成果,如果仅按土体的渗透性来考虑,在暴雨发生时,滑坡的稳定性系数没有显著降低,不能很好地反应出暴雨对滑坡稳定性的影响,要得出合理解释,必需考虑边坡中的裂隙对降雨入渗的贡献。在强降雨条件下,对有裂隙发育的土质边坡,建立了非饱和区的裂隙渗流模型和连续介质渗流模型耦合的混合渗流模型。
2.系统研究了不同位置、不同深度的裂隙及联通网络裂隙对降雨入渗的影响,研究了土质边坡体内渗流场的变化。裂隙的发育仅对非饱和渗流场的局部有影响,随裂隙深度的增加,影响的宽度和深度都在扩大。无论裂隙发育在何处,对饱和区的地下水位均有影响,随裂隙深度的增加,降雨时裂隙所处位置地下水位的升幅也在增大。由于降雨入渗引起的地下水位线的上升不是同时进行的,从边坡前缘向后缘,地下水位开始升高的时间越来越滞后,地下水位线犹如一个单峰波浪,从前向后传播,同时水位的变幅也在减小。边坡体内的地下水位不是同步上升的,对边坡的稳定性是有利的。由于网络裂隙水的存在,极大的改变了孔隙介质的入渗条件,降雨时使边坡的大部区域快速饱和,对边坡的稳定十分不利。
3.研究了降雨入渗引起的渗流场变化对稳定性的影响。裂隙的存在对浅层滑动面的影响比对深层浅动面的影响大得多。不论边坡上的裂隙发育在何处,对位于饱和区的滑动面都有影响,仅对位于裂隙发育处的非饱和区的滑动面有影响。随着裂隙的加深,降雨引起滑坡稳定性系数降低的幅度越大,降到最低点的时间越短。如裂隙比较发育,形成了贯通的裂隙网络,强降雨时,极大地降低了滑坡的稳定性系数,尤其对发育在边坡前缘的滑坡影响最大。总之,土质滑坡的破坏是一个长期变形积累过程,滑坡体上通常发育有较多的拉张裂隙,当降雨强度较大时,地表积水将沿裂隙以优先流的入渗方式快速渗入到边坡体内,对诱发滑坡的发生有重要意义,在评价暴雨型滑坡发生时一定要充分考虑裂隙存在这一事实,才能得出正确的结果。 4.对万州城区内五大堆积体滑坡的特征及成因进行了分析,总结了其共同特征:万州区堆积体主要发育在曲流河两侧以及河流凸岸的一侧,分布在水平地层古滑坡的前缘;物质成份主要为粉质粘土夹碎石,堆积物直接覆盖在河流冲积物之上;堆积体中滑动带为灰白色粘土,滑动面平直、光滑,表明前缘堆积体是一个长期的不连续的变形体。
5.以万州中学堆积体滑坡为例,分析了降雨入渗对渗流场和稳定性系数的影响。强降雨条件下,如果考虑地表裂隙的影响,降水入渗对滑坡体内基质吸力的影响范围远远大于不考虑裂隙时的影响,同时在裂隙附近区域内产生暂态饱和流场,在该区域内将会产生有压渗透,大大加速了降水的入渗量,暂态饱和区内土体的基质吸力降低为零。考虑裂隙时稳定性系数降低的幅度要大,稳定性系数滞后的时间要短,由于裂隙的存在增加了降雨入渗量更不利于滑坡的稳定。
6.分析了库水位的升降及其与降雨联合作用时,万州中学滑坡体内的渗流场和稳定性的变化规律。随着库水位下降,滑坡体内地下水位也在同步下降,库水位下降速度越快,降至同样水位所需的时间越短,滑坡体内的基质吸力越小,不利于滑坡的稳定。滑坡体底部存在强透水层时,滑坡体内的地下水很快排出,前缘和后缘水位几乎同步下降,水力坡度变小,渗透力减少,有利于滑坡的稳定。当库水位上升时,滑坡前缘被淹没区的静水压力,有利于滑坡的稳定,库水位上升时滑坡体内土体由非饱和变成饱和或饱和度增大,土体丧失了由基质吸力引起的抗剪强度,不利于滑坡稳定,对于万州中学滑坡,有利因素的影响大,滑坡的稳定性有所提高。强透水层的存在,使滑坡体快速饱水,不利于滑坡的稳定。库水位下降和暴雨联合作用条件下,增大了渗透力,同时降低了土体的抗剪强度,两种不利因素叠加,使滑坡的稳定性系数降至最低。