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滑坡是一种自然界中常见的地质灾害,由于其作用因素及运动机理的多变性和复杂性,滑坡研究一直是世界各国研究的重要地质和工程问题之一。边坡中的渗透水压力和渗流场分布是影响边坡稳定和变形的重要因素之一,而降雨和库水位变化是诱发滑坡的常遇诱导因素。水库滑坡是由于降雨及库水位变化导致坡体水动力学条件改变而产生的一种重要的地质灾害,渗流场计算是边坡稳定分析的重要依据。因此对降雨和库水位变化作用下滑坡渗流场分析,对水库滑坡的防治及预测预报具有较强的指导意义。
水是导致滑坡发生发展的最活跃和最普遍的因素,同时也是最难确定和定量研究的因素。随着三峡工程的建设,库区的水位不断变化,三峡库区也是地质灾害极强发育区,回水是三峡库区地质环境变化的重大转折点,在水库运营过程中库水位将在145m与175m之间作周期性的变动,库水位周期性变化再加上降雨入渗必将引起地下水位的变动,岩土体的强度的软化等,从而影响库岸滑坡的稳定性。对库岸滑坡而言,影响滑坡稳定性的水环境因素主要表现为降雨、库水位变化或两者的不利组合。
降雨与库水位升降共同作用下产生的渗流作用对滑坡稳定性的影响是三峡水库运营面临的一个新课题,滑坡渗流作用下稳定性评价既是一个复杂的理论课题,也是一个重大的工程应用课题。目前大多数有关地下水的渗流模型仅仅涉及全饱和带,即使考虑非饱和带,也仅仅是通过对饱和带参数折减来代替其真实的参数,与地下水实际情况不相符,计算的结果与实际情况也有差别。开展对该类滑坡渗流场研究及滑坡在水作用下复活机理的定量研究,对库岸滑坡的预测预报及防治具有较强的指导意义。
本文以三峡库区的石榴树包滑坡为研究对象,在对滑坡地区的地质环境条件和滑坡基本特征分析的基础上,阐明了滑坡的形成机制及滑坡变形破坏的影响因素,并根据监测资料对降雨及库水位变化作用下滑坡体地下水位变化规律和变形响应进行了分析。基于饱和—非饱和渗流基本理论,运用渗流计算程序SEEP/W,对滑坡在降雨与库水位升降作用下地下水渗流场进行模拟分析。在分析了滑坡渗流场的基础上,对滑坡在不同荷载组合工况下的位移和应力进行。
通过分析研究,主要取得了以下结论和成果:
1.石榴树包滑坡是三峡库区一个典型的受降雨和库水位变化影响都十分明显的滑坡,在现状水位下,浅层滑体变形随降雨变化呈现慢~快变化,而整体深层滑移基本上呈现减缓趋势,浅层滑体变形诱发因素主要是降雨,整体深层滑移诱发因素主要是库水位。
2.基于饱和—非饱和渗流理论,对石榴树包滑坡在降雨与库水位升降作用下地下水渗流场进行模拟分析,揭示了滑坡在降雨入渗和库水位升降共同作用下,滑坡非饱和带内基质吸力、暂态饱和区及暂态水压力的变化情况。
3.大气降雨对浅表层坡体的地下水动态特征和分布规律具有显著的作用和影响,是浅表层坡体变形和破坏的主要触发因素。库水位的上升和下降会改变饱和和非饱和的区域,并产生动水压力而影响滑坡的稳定性,在水库运行过程中,应该根据实际情况适当调节水库水位变化速度,以减少滑坡发生的可能性,特别是尽量避免骤降的情况出现。 4.运用FLAC有限差分程序对石榴树包滑坡在不同荷载组合工况下的位移和应力进行分析,结果表明当库水位从175m回落到145m时,由于超孔隙水压力及动水压力的影响,滑坡位移变化速率再次明显增大,位移也明显增大,当水位从175m回落到145m时遭遇暴雨天气,计算过程不收敛,滑坡可能发生整体滑移。
通过对以上问题的研究,对边坡在降雨和库水位升降作用下渗流场的变化规律有更加清楚的认识,为边坡工程治理提供了科学依据。另外,对石榴树包滑坡的渗流场、应力场及变形特征研究,不仅为该滑坡的防治工作提供科学依据,也为库区其他同一类型滑坡的稳定性评价和防治提供一定的参考。