我國幅員遼闊,其中高原和山地超過了總國土面積的三分之二,地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),因此,我國是世界上受地質(zhì)災(zāi)害影響最為嚴(yán)重的國家之一。我國的地質(zhì)災(zāi)害具有突發(fā)性強、種類繁多、成因機制復(fù)雜、影響程度深、破壞力極大等特點,因此,地質(zhì)災(zāi)害給我國人民的生命和財產(chǎn)安全造成了巨大的損失。21世紀(jì)以來,地質(zhì)災(zāi)害共造成了我國萬余人的死亡或失蹤,直接經(jīng)濟損失超過了700億元。上述地質(zhì)災(zāi)害主要包括了滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降和地裂縫等。其中,滑坡是危害最大、數(shù)量最多的一類,超過地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的70%。位于長江流域中上游的三峽庫區(qū),自2003年蓄水以來,庫岸長期遭受庫水位的周期性波動。堆積體滑坡具有爆發(fā)頻率高、突發(fā)性強、危害巨大、分布范圍廣等特點。三峽水庫作為世界上最大的水力發(fā)電樞紐,其政治、經(jīng)濟和社會地位重大,因此,研究三峽庫區(qū)堆積體滑坡的演化階段判識具有重要意義。本論文以三峽庫區(qū)云陽縣涼水井滑坡為研究對象,在實地調(diào)查取樣的基礎(chǔ)上,首先建立了該滑坡前緣1:80物理簡化模型,開展了庫水位升降聯(lián)合降雨的離心模型試驗,獲取了實驗過程中的激光位移、孔隙水壓力、土壓力等關(guān)鍵監(jiān)測數(shù)據(jù),對該滑坡模型的破壞過程與演化模式進行了探討;其次,基于離心模型試驗,開展了有限元數(shù)值模擬研究,分別從滲流場、位移場、以及穩(wěn)定性的角度對模擬結(jié)果進行了分析,并與離心模型試驗進行了對比驗證;再次,基于離心模型試驗與數(shù)值模擬結(jié)果,分別開展了位移數(shù)據(jù)的分形參數(shù)Hurst指數(shù)R/S分析、位移矢量角分析、位移多重分形維數(shù)分析、能量耗散分析、可靠度分析等,從而提出了基于位移矢量角-位移多重分形維數(shù)的滑坡演化階段判據(jù)、滑坡滑動系數(shù)-能量概率熵變化率判據(jù)、可靠性指標(biāo)變化率判據(jù),并建立了基于反距離加權(quán)期望的多判據(jù)綜合判識模型;最后,以涼水井滑坡為例,全面介紹了滑坡的基本特征,詳細(xì)分析了涼水井滑坡的監(jiān)測數(shù)據(jù)及成因機制,并對該滑坡的演化模式進行了歸納與總結(jié),隨后引入了極端降雨重現(xiàn)期算法,開展了涼水井滑坡6種極端工況下的數(shù)值模擬,從滲流場、位移場、以及穩(wěn)定性三方面對數(shù)值模擬結(jié)果進行了深入分析,基于論文提出的三種判據(jù),得到了三種演化階段劃分,結(jié)合論文提出的反距離加權(quán)期望,對涼水井滑坡極端工況下演化階段進行了多判據(jù)綜合判識研究。全文主要得到以下研究結(jié)論:(1)開展了離心模型試驗研究:1)孔壓監(jiān)測數(shù)據(jù)、激光位移監(jiān)測數(shù)據(jù)、以及土壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,本次實驗過程中發(fā)生了多次變形過程。其中降雨過程中,滑坡模型中部平臺出現(xiàn)了滑移跡象,水位下降過程中模型呈現(xiàn)出了整體滑移的跡象。2)試驗結(jié)束后的含水率測定結(jié)果顯示,模型含水率較高的位置主要集中在模型前緣坡腳處與中部平臺處。在滑坡模型的中前部,含水率等值線基本沿平行于坡面線向內(nèi)部延伸,且含水率隨深度逐漸減小。3)實驗結(jié)束后,滑坡出現(xiàn)了多條橫向裂縫,裂縫寬度多集中在1-5mm。其中,后緣第3條裂縫處可見明顯的垮塌跡象。模型的中前部共出現(xiàn)了5條橫向裂縫。其中,前3條主要是由于牽引破壞產(chǎn)生的,是由庫水升降引起的。而后2條則是由于推移破壞產(chǎn)生的,是由于降雨因素導(dǎo)致的。4)針對本次離心模型試驗中裂縫的發(fā)育過程,本論文將其劃分為四個過程,第一階段是微裂縫出現(xiàn)階段;第二階段是裂縫發(fā)育階段;第三階段是多級滑動階段;第四階段為整體滑移階段。5)在水位上升過程中,前緣在水位作用的影響下,首先出現(xiàn)牽引式破壞模式。隨后,在降雨作用的影響下,模型中部平臺出現(xiàn)變形滑移,造成中后部出現(xiàn)推移式破壞模式。最后,在水位下降過程中,兩種模式的變形區(qū)逐漸合并,最終呈現(xiàn)出典型的復(fù)合式破壞模式。(2)開展了離心模型試驗有限元數(shù)值模擬。對整個試驗過程進行了數(shù)值模擬分析,主要獲得試驗過程中滲流場、位移場以及穩(wěn)定性方面的變化規(guī)律,主要結(jié)論如下:1)數(shù)值模擬結(jié)果與離心試驗結(jié)果的不同之處體現(xiàn)在:滲流場上,由于滲流場的模擬沒有考慮坡體變形破壞,導(dǎo)致局部孔隙水壓力值比試驗監(jiān)測值偏小,這也是試驗結(jié)束后含水率分布存在明顯差異的一個原因,此外,含水率分布存在差異的另外一個原因沒有考慮雨水順著坡面向下流的實際情況;位移場上,數(shù)值模擬得到的位移場只能表示位移變化趨勢和發(fā)展過程,數(shù)值絕對大小不能反映實際值。2)無降雨情況下,庫水位下降對滑坡的變形影響范圍有限,主要引發(fā)前緣涉水部位的大變形,對平臺以及平臺后方幾乎影響甚微,而降雨過后再進行庫水位下降,更容易受到前緣變形的影響而發(fā)生牽引漸進式破壞。庫水位下降之前的降雨會加劇庫水位下降對庫岸滑坡的破壞。3)穩(wěn)定性分析表明,水位上升期間,滑坡穩(wěn)定性增大;降雨使滑坡穩(wěn)定性突然降低,但隨著雨水入滲,穩(wěn)定性又有所恢復(fù),水位下降不利于坡體穩(wěn)定。4)滑坡模型的變形破壞過程可歸納為:坡腳處的土體在水的浸泡下,抗剪強度降低率先出現(xiàn)變形,降雨使得滑坡表層孔隙水壓力急劇升高,直接引起表層土體的大幅變形,隨著雨水的入滲,變形逐漸向下蔓延,水位下降使得前緣變形區(qū)向上擴展,并與中后部的變形連接起來,最終呈現(xiàn)整體性的破壞。(3)開展了離心模型試驗演化階段判識研究。分別開展了位移數(shù)據(jù)的分形參數(shù)Hurst指數(shù)R/S分析、位移矢量角分析、位移多重分形維數(shù)分析、能量耗散分析、可靠度分析等,從而提出了基于位移矢量角-位移多重分形維數(shù)的滑坡演化階段判據(jù)、滑坡滑動系數(shù)-能量概率熵變化率判據(jù)、可靠性指標(biāo)變化率判據(jù),并建立了基于反距離加權(quán)期望的多判據(jù)綜合判識模型。主要結(jié)論如下:1)綜合位移矢量角與位移多重分形維數(shù)計算結(jié)果,本文建立了滑坡位移矢量角-位移多重分形維數(shù)聯(lián)合判據(jù),將滑坡模型的演化劃分為四個階段:初始蠕變階段;等速變形階段;加速變形階段;整體滑移階段。2)基于條分法,從滑坡能量轉(zhuǎn)化與耗散的角度出發(fā),定義了滑坡滑動系數(shù)δ,基于虛位移原理,分別推導(dǎo)了有無地下水位線的滑動系數(shù)解析式;基于數(shù)值模擬數(shù)據(jù),開展了滑坡系統(tǒng)能量耗散研究,得到了滑坡系統(tǒng)的能量概率熵變化率,建立了滑坡的滑動系數(shù)-能量概率熵變化率判據(jù)。3)結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者目前的研究成果,本文將工程地質(zhì)領(lǐng)域中滑坡分析的不確定因素劃分為地質(zhì)不確定性、模型不確定性、以及巖土參數(shù)的不確定性;開展了考慮不確定性因素的滑坡模型可靠度分析,建立了滑坡的可靠性指標(biāo)變化率判據(jù)。4)通過反距離加權(quán)的方法求解三種判據(jù)的權(quán)重,之后分別求取各區(qū)間的數(shù)學(xué)期望,最后實現(xiàn)三判據(jù)聯(lián)合判識。(4)開展了涼水井滑坡的實例研究。以涼水井滑坡為例,全面介紹了滑坡的基本特征,詳細(xì)分析了涼水井滑坡的監(jiān)測數(shù)據(jù)及成因機制,并對該滑坡的演化模式進行了歸納與總結(jié),開展了涼水井滑坡的數(shù)值模擬,并開展了涼水井滑坡演化階段判識研究。主要結(jié)論如下:1)涼水井滑坡主要受降雨與庫水位升降聯(lián)合作用的影響。2)數(shù)值模擬研究表明,無降雨條件下,涼水井滑坡主要受庫水位降速的影響,變形破壞由前緣開始,呈現(xiàn)出較為明顯的牽引式滑坡;降雨條件下,滑坡體前緣仍主要受庫水位波動的影響,而后緣則受到降雨入滲的影響,隨降雨量的增大,后緣變形區(qū)域與變形量同時增大,且最終呈現(xiàn)出復(fù)合型滑坡的演化模式。3)基于論文提出的反距離加權(quán)期望的多判據(jù)綜合判識模型,對6種工況下涼水井滑坡演化階段進行了綜合判識,確定6種工況下涼水井滑坡進入整體滑移階段的時刻分別為105天、95天、93天、88天、86天、85天。4)隨著庫水位降速的增加與降雨重現(xiàn)期的增大,整體滑移階段開始時刻明顯提前。因此,在進行滑坡預(yù)報預(yù)警時,應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控庫水位降速與降雨量,建議將滑坡進入整體滑移階段作為預(yù)報預(yù)警時刻。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TV697;P642.22
【部分圖文】：

圖 2.1 長江科學(xué)院 CKY-200 土工離心機場原理圖如圖 2.2 所示。設(shè)離心機的有效半徑為 r，當(dāng)離心機轉(zhuǎn)則重力與離心力的合加速度為:2 2 2a = ωr +g機的角速度ω遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力加速度時，則可以忽略掉重力加速a =ωr。

圖 2.1 長江科學(xué)院 CKY-200 土工離心機場原理圖如圖 2.2 所示。設(shè)離心機的有效半徑為 r，當(dāng)離心機轉(zhuǎn)則重力與離心力的合加速度為:2 2 2a = ωr +g機的角速度ω遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力加速度時，則可以忽略掉重力加速a =ωr。

圖 2.3 離心模型試驗用土擊實試驗結(jié)果強度參數(shù)試驗結(jié)果可知，離心模型試驗用土的最優(yōu)含水率為 14%。因度測定時，配置土樣的含水率采用 14%。試驗方法采用不，分別對擊實度為 85%、90%、95%進行試驗，測定其抗剪圖 2.4 所示。法向應(yīng)力分別設(shè)置為 50kPa、100kPa、150kP置為 0.02mm/min。試樣剪切前后如圖 2.4 所示。試驗測試結(jié)

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本文編號：2821205