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三峡水库的水位自2003年6月以来,一直处于周期性的波动状态。三峡库区一些古滑坡对库水位和降雨的作用较为敏感,特别是库水位在175-145m之间调度时,这些滑坡的稳定状况将直接关系到当地及长江两岸居民生命财产安全,影响三峡工程建设和沿江地区经济的发展和社会的稳定。塘角村1号滑坡就是一个典型的古滑坡前缘堆积体,其滑体稳定性将直接影响附近居民的生命财产安全,为了避免或减轻灾害的发生,事先对滑坡做出预测预报并采取有效的防范措施最为切实可行。
本论文在详细调查研究万州塘角村1号滑坡形成的地质环境条件、滑坡特征的基础上,结合滑坡的宏观地质调查和变形监测资料,深入地分析了该滑坡的变形特征、影响因素及变形发展趋势。由于滑坡的稳定性受多种因素的影响,单一的方法常具有一定的局限性,因此本文在综合分析滑坡边界条件、物质组成、工程地质特征及变形破坏特征的基础上,建立该滑坡的三维地质模型,分析在库水位变动与降雨作用下滑坡的变形破坏特征。运用GEO-Studio中SEEP/W模块、有限元软件ANSYS及有限差分软件FLAC3D,对水库水位变动和降雨联合作用下该滑坡的渗流场、位移场、应变场和塑性区进行了模拟,并将计算结果与该滑坡的宏观变形特征和变形监测资料进行对比分析,得出滑坡的变形破坏特征,并综合数值模拟的结果,采用强度折减的思想寻找适合该滑坡的预报判据。在滑坡变形监测资料的基础上,考虑滑坡的诱发因素,采用时间序列和神经网络的方法对滑坡进行预测预报。综合论文的研究内容,取得如下初步成果:
(1)从滑坡的宏观变形特征和地表变形监测数据出发分析滑坡的成因机制。塘角村1号滑坡为第四系残坡积物沿下伏基岩面滑动的大型库岸堆积层滑坡,该滑坡为一牵引式滑坡,在库水位和降雨的联合作用下,滑坡前缘有明显的变形,若库水位的变动对滑坡前缘产生不利影响时,整个滑坡将会出现前缘局部变形一前缘剪出口形成一整体失稳破坏的整个演化过程。
(2)采用有限元的方法模拟塘角村1号滑坡在三峡水库一个水文年内在库水位升降和降雨作用下滑坡的变形破坏过程,并将模拟结果与地表变形对比,综合分析滑坡的成因机制。模拟结果认为:①从应变场的分布特征来看,在库水位上升过程中,剪应变增量基本无变化,因此水位的抬升有助于坡体的自稳。在库水位下降的过程中,剪应变增量略有增加,说明库水是影响滑坡稳定性的重要因素,库水位下降对滑坡的稳定性影响更大。②从位移场的分布特征来看,滑坡体的变形基本在库水位变动范围内,滑坡前缘位移较大,主要集中在滑坡左侧,且变形由坡体表面向深部发展,这与堆积层滑坡往往坡体表面水平位移变化较大但滑体变形较小的现象吻合。③从滑坡剪切塑性区的发展过程来看,在库水位下降的过程中,滑坡的剪切塑性区略有增加,且主要集中在滑坡的前缘,因此库水位对滑坡前缘的变形影响较大,且库水位下降的影响更甚。
将库水位和降雨联合作用下破坏过程的数值模拟结果与宏观变形和地表监测资料分析得出的结论进行对比分析可以看出,数值模拟的结果与定性分析的结果相一致,该滑坡是受库水和降雨联合作用的牵引式滑坡,主要变形集中在滑坡前缘左侧。
(3)在塘角村1号滑坡数值模拟分析的基础上,借鉴强度折减法的基本思想,考虑库水位和降雨的联合作用,将塘角村1号滑坡在库水从175m降至145m时加50年一遇暴雨的工况进行滑体抗剪强度参数进行折减,得出不同折减系数下滑坡体上位移跟踪点的水平向位移,寻求位移突变点,突变点处的位移即为该滑坡的位移判据。该滑坡监测点GPS3在折减系数为1.06时位移发生突变,此时对应于该折减系数的水平向位移值为1269mm,因此可以确定塘角村l号滑坡该区域的位移量判据为1269mm。当滑坡体该部位的位移监测值达到1269mm可以判定滑坡在该区域会出现局部失稳。在该折减系数下,滑坡贯通的剪切塑性区出现在滑坡前缘左侧高程250m范围内,GPS6监测点位于剪切塑性区内,且由滑坡的地表变形监测资料可以看出,该监测点在2007年5月地表累计变形监测位移已达2817.2mm,滑坡该处已经发生破坏,与该监测点周围的宏观变形相一致,因此该判据能够应用于滑坡局部区域的监测预警中。
以塘角村1号滑坡典型监测点的位移为基础,利用时间序列模型对位移进行分解,并选择适当的影响因子,通过BP神经网络对周期项位移分量进行预测,最终将趋势项和周期项位移进行叠加,得到整体位移预测值,实现了滑坡诱发因素和位移动态变化的综合分析,由分析结果可知,基于时间序列的BP神经网络模型加入了库水位及降雨等影响因子的作用,既考虑了滑坡变形的趋势变化,又能采用BP神经网络对其由于外界因素的改变产生的波动进行预测,本文的模型综合了以上优点,故预测精度较好。