三峡库区木鱼包滑坡变形机理及演化趋势研究

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自三峡库区蓄水后,木鱼包滑坡开始发生缓慢复活变形,从2006年9月实施专业监测以来,一直处于蠕滑变形阶段,滑坡区内居住有村民140户500人,房屋140余栋,滑坡一旦成灾,将会对区内的人民生命财产造成威胁,并危及长江航运安全。本文在收集分析滑坡相关勘察成果的基础上,展开现场调查和室内整理分析工作,基于滑坡区实际地质环境特征,结合滑坡实际变形监测成果,深入分析滑坡变形影响因素和力学机制。在此基础上,建立滑坡离心概化模型,并根据三峡库区水位调度情况和滑坡区水文气象资料设计试验加载运行方案,重现滑坡在库水变动、降雨及耦合条件下的变形全过程,分析滑坡在各时段的响应机制及变形机理。最后利用Flac3D和Geo-studio软件模拟计算库水长期作用下滑坡变形演化趋势和增大库水下降速率下滑坡稳定性变化。最终获得如下结论:(1)木鱼包滑坡为一岩质古滑坡,具典型的圈椅状凹槽地形,下部为凸形缓倾平台,中上部为圈椅状较陡斜坡,两侧被大乐沟和鹅卵石沟分割。随库区蓄水并维持在145~175~145m运行后,滑坡出现周期性蠕滑变形,前缘和两侧边界以局部滑塌为主,滑坡后缘附近发育多条拉裂缝,树木倾倒明显,并伴有浅层土体滑塌。(2)基于长期变形监测数据的对比分析,明确库水位变动是滑坡变形的首要诱因,降雨仅为次要诱因。首次蓄水期间对滑坡变形和稳定性影响最为显著,随着库水周期升降循环次数的增加,逐年变形量整体呈现为减小的趋势。结合库区水位变动、降雨量与滑坡位移变化的关联程度,将滑坡周期变形概分为四个时段:汛期滑坡低速变形阶段→库水抬升滑坡减速变形阶段→高水位及轻微下降时段滑坡增速变形阶段→库水消落后期滑坡降速变形阶段。(3)利用大型土工离心机试验模拟了多次库水升降下滑坡变形全过程,通过调节试验中不同的库水升降速率,明确了库水位变动过程中的库水浮托力、动水压力及静水压力对滑坡变形的影响,即库水升降速率较小时,坡体内部的水位与库水位变动基本同步,坡体内外水头差很小,库水浮托力控制滑坡的变形。在库水升降速率提升后,坡体内部的水位变动出现滞后,坡体内外水头差增大导致动水压力增强,促使滑坡在库水抬升阶段的变形减弱,而在库水下降阶段的变形得到加强。(4)综合滑坡地质环境资料、变形监测成果和离心机物理模拟试验结果等将木鱼包滑坡变形机理总结为:上陡下缓靠椅状地形对滑坡发生推移式变形起控制作用,周期性库水升降过程中的库水浮托力对滑坡稳定性的影响最为显著,同期产生的动水压力和前缘静水压力亦会制约滑坡变形。(5)基于不同干湿循环次数下砂岩的抗剪强度劣化规律,考虑库岸每年经受1次大的干湿循环作用,利用Flac3D软件模拟计算了库水长期作用下滑坡稳定性变化规律。在模拟计算的20年内,滑坡整体发生蠕滑变形,稳定性有所降低但仍处于稳定状态,不会发生大规模滑动。滑坡后部东侧为坡体强变形区,前缘西侧的变形增长较为明显,由于其临空条件较好,可能出现局部塌岸。(6)利用Geo-studio软件对增大库水下降速率下滑坡稳定性开展研究,发现随库水下降速率的增大,坡体内部浸润线滞后于库水位变动愈明显,渗流场的变动导致滑坡在水位下降初期的稳定性最低。通过改变库水下降期间不同时段的下降速率,发现适度减小库水位下降初期的速率而提升下降后期的速率,有助于增大水库综合效益并减小对木鱼包滑坡稳定性的影响。
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