【摘要】：滑坡是我國(guó)三峽庫區(qū)主要的地質(zhì)災(zāi)害類型之一,其演化過程受外部動(dòng)力條件和內(nèi)部巖土體力學(xué)性質(zhì)的綜合影響。庫水位波動(dòng)和降雨入滲是庫岸滑坡產(chǎn)生的主要外在動(dòng)力因素,不僅會(huì)改變滑坡應(yīng)力場(chǎng),進(jìn)而影響滑坡的變形和穩(wěn)定性,還會(huì)造成巖土體力學(xué)強(qiáng)度的不斷劣化。在滑坡內(nèi)部,巖土體自身的變形具有明顯的時(shí)間效應(yīng),呈現(xiàn)出顯著的流變特性,在滑坡的整體變形中發(fā)揮著重要作用�？紤]巖土體流變特性的滑坡長(zhǎng)期變形和時(shí)變穩(wěn)定性研究對(duì)水電工程的開發(fā)和運(yùn)營(yíng)極其重要�；瑤ё鳛榛轮辛W(xué)性質(zhì)最弱的部位,控制著滑坡的整體變形和演化過程,其流變效應(yīng)在滑坡研究中顯得尤為重要。研究表明土體流變特性由其本身的礦物組成、孔隙水、有機(jī)質(zhì)含量和顆粒排列等因素決定,因此微觀層次上的滑帶土研究是解釋其流變行為不可或缺的部分。在庫岸滑坡的長(zhǎng)期演化過程中,受庫水位波動(dòng)及降雨的影響,滑帶土的力學(xué)強(qiáng)度在自身流變特性和外界干濕循環(huán)的影響下隨時(shí)間逐漸衰減。因此,有必要掌握滑坡變形不同階段的滑帶土強(qiáng)度參數(shù)及其劣化規(guī)律。本文選取三峽庫區(qū)典型庫岸滑坡黃土坡滑坡作為研究對(duì)象,基于滑帶土流變特性對(duì)滑坡的長(zhǎng)期變形和時(shí)變穩(wěn)定性進(jìn)行了充分研究。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析了該滑坡的變形特征;通過室內(nèi)三軸蠕變?cè)囼?yàn)探討了原狀滑帶土的流變特性,提出了能描述應(yīng)力應(yīng)變時(shí)間三者關(guān)系的流變本構(gòu)模型;采用數(shù)值模擬的方法,分析研究了庫水位波動(dòng)條件下的滑坡滲流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化;基于滑帶土的流變特性,對(duì)庫水位波動(dòng)條件下的滑坡長(zhǎng)期變形進(jìn)行了研究,并在時(shí)變穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)考慮了滑帶土的強(qiáng)度劣化。研究通過采用工程地質(zhì)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)以及數(shù)值模擬相結(jié)合的手段,為滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供了真實(shí)可靠的依據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容和研究成果如下:(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的變形數(shù)據(jù)揭示,滑坡地表和滑帶在滑動(dòng)方向上具有相同的變形規(guī)律,滑坡前緣的變形速率最大,中部次之,后緣最小。變形速率在高水位時(shí)緩慢增長(zhǎng),在庫水位下降時(shí)急速增大。黃土坡滑坡目前處于蠕滑變形階段,庫水位波動(dòng)改變了滑坡的地下水滲流場(chǎng),使得滑坡變形特征與庫水位波動(dòng)緊密相關(guān)。在庫水位上升期間,庫水向內(nèi)補(bǔ)給滑坡滲流場(chǎng),浸潤(rùn)線呈內(nèi)凹型傾向坡內(nèi)。反之,在庫水位下降時(shí),地下水向坡外滲流補(bǔ)給庫水,浸潤(rùn)線呈外凸型指向長(zhǎng)江。與此同時(shí),庫水位下降造成內(nèi)外水頭差不斷增加,由此產(chǎn)生的滲透力增大了滑體的下滑力,從而降低滑坡穩(wěn)定性。(2)黃土坡滑坡滑帶土為粉質(zhì)粘土夾碎石,主要由方解石、綠泥石、伊利石、石英和長(zhǎng)石組成。通過對(duì)滑帶土力學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),其峰值強(qiáng)度參數(shù)為c=12.0 kPa,φ=26.4°,殘余強(qiáng)度參數(shù)為c=9.3 kPa,φ=23.23°。根據(jù)三軸蠕變?cè)囼?yàn)的位移-時(shí)間曲線發(fā)現(xiàn),滑帶土蠕變包括兩個(gè)變形階段,即初始蠕變階段和衰減蠕變階段。試驗(yàn)過程并沒有出現(xiàn)加速變形階段,結(jié)合三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果可知由土體結(jié)構(gòu)變化引起的應(yīng)變軟化在蠕變變形中起主導(dǎo)作用。蠕變變形量及變形速率受偏應(yīng)力影響較大,并在高低應(yīng)力下均呈相似變化特征。由蠕變?cè)囼?yàn)計(jì)算而得的滑帶土長(zhǎng)期強(qiáng)度為c=8.13 kPa,φ19.2°,相較于其峰值強(qiáng)度分別衰減了32.25%、27.3%,這是由蠕變過程中顆粒位置的重新排列造成,且時(shí)間效應(yīng)在粘聚力衰減上體現(xiàn)的更為明顯,內(nèi)摩擦角值的降低表明土體顆粒在剪應(yīng)力作用下經(jīng)歷了明顯的重新排列�；谏鲜鲅芯�,提出用粘彈性元件模型作為滑帶土流變本構(gòu)模型,并根據(jù)蠕變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)擬合出了模型參數(shù)。(3)黃土坡滑坡呈牽引式滑坡特點(diǎn),其變形機(jī)制與庫水位波動(dòng)緊密相關(guān)。在庫水位上升期間,滑坡前緣和中部的滑體變形均出現(xiàn)明顯的回彈現(xiàn)象。在庫水位的整個(gè)波動(dòng)過程中,塑性區(qū)主要集中在淺層滑帶和深層滑帶處,并由淺層滑帶剪出口向滑坡后緣發(fā)展。塑性區(qū)的演化過程可分為四個(gè)階段,首先水位下降的初期在坡腳處產(chǎn)生了卸荷作用,使得滑坡剪出口附近產(chǎn)生瞬時(shí)的彈塑性變形;隨后坡體內(nèi)部應(yīng)力開始重新調(diào)整,此階段變形主要為滑體的變形;隨著庫水位的持續(xù)下降,滑坡的整體變形主要由滑帶控制,且蠕變變形從滑帶中逐漸擴(kuò)展至滑體;最終隨著坡內(nèi)應(yīng)力調(diào)整的完成,滑坡變形在滑帶土流變效應(yīng)的控制下以穩(wěn)定的速率發(fā)展。在實(shí)際工程中,滑坡變形總是滯后于庫水位的變化,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示滯后時(shí)間約為30天,滯后原因是滑坡滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)在庫水位下降期間需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。(4)在滑坡時(shí)變穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中綜合考慮了滑帶土的流變特性和其強(qiáng)度劣化的影響,并選取變形-時(shí)間曲線上的位移突變點(diǎn)作為滑坡失穩(wěn)破壞的準(zhǔn)則�；碌募铀僮冃坞A段呈緩慢加速、快速加速、和急劇加速變形特點(diǎn)�；碌恼w穩(wěn)定性與庫水位的變化密切相關(guān),穩(wěn)定性系數(shù)隨著庫水位上升而逐漸增大,并在175 m水位時(shí)達(dá)到最大值;在庫水位下降至145 m過程中,穩(wěn)定性系數(shù)逐漸減小至最小值。在只考慮滑帶土強(qiáng)度劣化的條件下,滑坡穩(wěn)定性系數(shù)隨著時(shí)間呈指數(shù)型衰減,并在強(qiáng)度劣化17次后小于1;當(dāng)考慮滑帶土流變特性后,滑坡穩(wěn)定性系數(shù)在強(qiáng)度劣化11次小于1,由此可知滑帶土流變特性加劇了滑坡的變形失穩(wěn)。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:(1)依托黃土坡大型試驗(yàn)場(chǎng),采取了滑帶土原狀試樣,在此基礎(chǔ)上開展了系統(tǒng)的滑帶土試驗(yàn)研究,從微觀層面上解釋了其宏觀性質(zhì)。通過三軸蠕變?cè)囼?yàn),對(duì)原狀滑帶土的流變特性進(jìn)行了研究,進(jìn)而建立了流變本構(gòu)方程。研究成果充分考慮了滑帶土的原狀結(jié)構(gòu)及粗顆粒的影響,結(jié)論更為真實(shí)可靠。(2)根據(jù)非飽和-飽和滲流理論,采用有限元法對(duì)庫水位波動(dòng)條件下的滑坡滲流場(chǎng)變化進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上,通過數(shù)值模擬實(shí)現(xiàn)了庫水位和滑帶土流變特性對(duì)滑坡變形的綜合影響分析,對(duì)滑坡長(zhǎng)期變形特征和失穩(wěn)機(jī)制進(jìn)行了討論。(3)研究在考慮庫水位周期性波動(dòng)條件下,對(duì)滑坡時(shí)變穩(wěn)定性展開了研究。將干濕循環(huán)引起的滑帶土強(qiáng)度劣化納入到了滑坡穩(wěn)定性計(jì)算中,同時(shí)選取位移-時(shí)間曲線的變形突變點(diǎn)作為穩(wěn)定性分析中的失穩(wěn)判據(jù),對(duì)黃土坡滑坡的變形失穩(wěn)特點(diǎn)進(jìn)行了詳盡探討。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P642.22
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本文編號(hào)：2667124