本文關鍵詞：降雨與庫水位作用下白水河滑坡漸進破壞概率研究

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【摘要】：三峽庫區(qū)的涉水斜坡,其長期受到降雨和庫水位的水動力作用,導致巖土體材料存在相應的弱化作用,無形中加劇了滑坡的發(fā)生。降雨與庫水位作為斜坡失穩(wěn)的主要外力,目前有關研究主要集中在對有地下水滲流、降雨入滲的斜坡進行地下滲流場研究,在此基礎上進行斜坡穩(wěn)定性分析,而考慮巖土體參數隨機性對降雨及庫水作用下斜坡破壞概率的研究仍有待深入。斜坡的失穩(wěn)是一個長期緩慢的過程,考慮降雨與庫水位聯合作用下對斜坡漸進破壞有重要影響,斜坡的破壞概率研究對探究斜坡演化過程與穩(wěn)定性研究具有重要意義。鑒于以上原因,本文以三峽庫區(qū)白水河滑坡為典型研究對象,考慮庫水位與降雨聯合作用,通過監(jiān)測獲取白水河滑坡的位移場信息,進行考慮演化時間的滑坡變形響應定量分析,明確了滑坡演化過程中不同演化階段的主體控制因素。同時推導了庫水位下降條件下滑坡內浸潤線的解析解,并結合Green-Ampt模型的入滲規(guī)律,重點推導了濕潤鋒的時間關系式,建立降雨與庫水位聯合作用下滑坡土條安全余度函數。在此基礎上利用可靠度原理,考慮滑帶土強度參數的空間隨機性,研究了白水河滑坡在不同庫水位作用下,不同降雨時間的滑坡漸進破壞規(guī)律。本文的研究內容及成果可以概括為以下幾個方面：(1)通過對其工程地質條件、基本特征及形成機制的調查,確定了白水河滑坡的地層巖性,屬易滑地層,且上陡下緩的斜坡地貌均利于滑坡的發(fā)生。在白水河滑坡布設監(jiān)測系統(tǒng),包括滑坡前緣垂直主滑方向的分布式光纖,沿滑坡主滑方向的鉆孔傾斜監(jiān)測孔,地表GPS監(jiān)測等,基于上述監(jiān)測手段分析了白水河滑坡位移場信息與降雨和庫水位之間的聯系程度。研究表明：滑坡地表的變形與降雨及庫水位變化關系緊密,滑坡東側的變形大于西側變形,前緣的變形大于中后緣變形。(2)為分析白水河滑坡變形響應因素的敏感性,利用灰色關聯度方法對白水河滑坡變形破壞規(guī)律進行了定量分析。選取滑坡變形影響因子為月降雨強度、月平均庫水位和月累計位移,計算不同時間段各因素與滑坡月累計位移之間的關聯程度,明確了時間歷時上滑坡變形響應的具體因素。計算結果顯示白水河滑坡對于降雨及庫水位的變化均很敏感,其變形集中體現在庫水位下降期及6-7月雨水豐裕季節(jié),且白水河滑坡的變形響應滯后于庫水位變化一個月左右；在水庫蓄水的前期(07年之前)對庫水位的變化較敏感,在蓄水的中后期(07年之后)對降雨敏感程度較高。(3)從降雨入滲模型入手,分析了基于斜面的Richard模型及Green-Ampt模型的入滲規(guī)律,重點推導了濕潤鋒的歷時關系式,同時根據庫水位對斜坡作用部位的不同將斜坡分為前緣涉水段和中后部非涉水段,分別采用自由面最高點方法及Boussinesq平面問題非承壓含水層基本公式,推導出庫水位下降下斜坡內前緣及中后部浸潤線的解析解,并對其影響因素進行了探討。研究表明：Green-Ampt模型采用簡化的降雨入滲模型,描述了地表水在重力和基質吸力作用下的入滲規(guī)律,結構簡單,能較好應用于斜坡滲流場分析。根據Boussinesq推導的庫水位作用下斜坡浸潤線解析解誤差較小,該解析解可用于庫水位下降下傾斜底板及地表斜坡的浸潤線求解。(4)采用Green-Ampt模型推導了降雨型斜坡的穩(wěn)定性計算方法,針對降雨型斜坡穩(wěn)定性分析中有無庫水位的作用,對斜坡穩(wěn)定性系數的計算進行了探討。研究表明：穩(wěn)定性系數的計算應分別從基巖面處及濕潤鋒兩處開展,取兩者中的較小值作為滑坡的穩(wěn)定性系數,兩者數值的大小取決于斜坡幾何形狀及力學參數。(5)利用可靠度原理,結合Green-Ampt降雨模型和庫水作用下斜坡內的浸潤線解析解,推導降雨與庫水位作用下白水河滑坡土條安全余度表達式,并在此基礎上考慮滑帶土強度參數的空間隨機性,從時間尺度上研究了白水河滑坡在不同庫水位作用下,不同降雨時間的最大初始破壞概率及其漸進破壞規(guī)律。研究表明白水河滑坡在庫水位從175m變化至145m階段,其穩(wěn)定性系數在逐漸下降,且隨著降雨時間的增大其穩(wěn)定性系數也逐漸減小,但滑坡局部破壞概率整體上呈增大趨勢,局部條塊有所減��；在145m水位下不同降雨歷時的白水河滑坡漸進破壞規(guī)律呈現出三個破壞階段,其破壞模式為推移式,即由后緣逐漸向前擴展,并終止于中部。本文主要創(chuàng)新點歸納如下：(1)采用自由面最高點分析方法和Boussinesq滲流方程,推導了庫水位下降條件下底板傾斜斜坡浸潤線解析解,并結合Green-Ampt模型重點推導了濕潤鋒的計算關系式,建立降雨與庫水位聯合作用下斜坡土條安全余度表達式,推導了斜坡穩(wěn)定性計算分析方法。(2)利用可靠度原理,結合降雨與庫水位作用下滑坡土條安全余度表達式,并考慮滑帶土強度參數的空間隨機性,從時間尺度上闡述了白水河滑坡在不同庫水位作用下,不同降雨時間的最大初始破壞概率及其漸進破壞規(guī)律。
【關鍵詞】：白水河滑坡 Green-Ampt模型 安全余度 可靠度原理 漸進破壞
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P642.22
【目錄】：

• 作者簡歷7-9
• 摘要9-11
• ABSTRACT11-17
• 第一章 緒論17-28
• 1.1 選題的來源、目的和意義17-18
• 1.2 選題的國內外研究現狀18-23
• 1.2.1 降雨、庫水位作用下滑坡穩(wěn)定性研究18-21
• 1.2.2 滑坡漸進破壞概率研究21-23
• 1.3 存在的問題及發(fā)展趨勢23-24
• 1.4 主要研究內容、技術路線和創(chuàng)新點24-28
• 1.4.1 研究內容24-25
• 1.4.2 技術路線25-26
• 1.4.3 創(chuàng)新點26-28
• 第二章 白水河滑坡基本特征與變形規(guī)律28-51
• 2.1 區(qū)域地質環(huán)境28-30
• 2.1.1 地形地貌28
• 2.1.2 地層巖性28-29
• 2.1.3 地質構造29
• 2.1.4 水文地質條件29-30
• 2.2 白水河滑坡基本特征30-35
• 2.2.1 滑坡地形地貌30
• 2.2.2 滑坡空間形態(tài)30-31
• 2.2.3 滑坡物質組成31-34
• 2.2.4 滑坡水文地質34-35
• 2.3 白水河滑坡監(jiān)測體系35-45
• 2.3.1 滑坡監(jiān)測系統(tǒng)布置35-36
• 2.3.2 滑坡地表GPS監(jiān)測36-37
• 2.3.3 滑坡深部位移監(jiān)測37-39
• 2.3.4 滑坡前緣分布式光纖監(jiān)測39-45
• 2.4 白水河滑坡變形規(guī)律45-49
• 2.4.1 單月累計變形與庫水位波動關系45-46
• 2.4.2 單月累計變形與降雨關系46-47
• 2.4.3 考慮演化時間的滑坡變形響應定量分析47-49
• 2.5 本章小結49-51
• 第三章 降雨與庫水位作用下斜坡滲流場分析51-68
• 3.1 降雨作用下斜坡滲流場分析51-56
• 3.1.1 入滲規(guī)律51-52
• 3.1.2 基于斜坡的Richard模型52-53
• 3.1.3 基于斜坡的Green-Ampt模型53-56
• 3.2 庫水位作用下斜坡滲流場分析56-67
• 3.2.1 庫水位作用下斜坡滲流場理論研究56-57
• 3.2.2 庫水位作用下斜坡浸潤線解析解57-61
• 3.2.3 有限元驗證61-64
• 3.2.4 浸潤線影響因素分析64-67
• 3.3 本章小結67-68
• 第四章 降雨與庫水位作用下斜坡穩(wěn)定性分析68-77
• 4.1 引言68
• 4.2 無庫水位作用斜坡穩(wěn)定性分析68-73
• 4.2.1 濕潤鋒69-70
• 4.2.2 基巖面70-72
• 4.2.3 無庫水位作用斜坡穩(wěn)定性系數討論72-73
• 4.3 有庫水位作用斜坡穩(wěn)定性分析73-76
• 4.3.1 濕潤鋒73
• 4.3.2 基巖面73-75
• 4.3.3 有庫水位作用滑坡穩(wěn)定性系數討論75-76
• 4.4 本章小結76-77
• 第五章 白水河滑坡漸進破壞概率分析77-106
• 5.1 漸進破壞概率分析模型77-82
• 5.1.1 極限平衡原理77-79
• 5.1.2 降雨與庫水聯合作用下條塊安全余度功能函數79-82
• 5.2 漸進破壞概率分析過程82-85
• 5.2.1 隨機變量的選取82-83
• 5.2.2 初始破壞概率83-84
• 5.2.3 轉移概率計算84-85
• 5.3 降雨與庫水位聯合作用下白水河滑坡漸進破壞概率85-105
• 5.3.1 庫水位作用下白水河滑坡浸潤線求解86-87
• 5.3.2 降雨作用下白水河滑坡濕潤鋒求解87-89
• 5.3.3 穩(wěn)定性系數求解89-90
• 5.3.4 降雨與庫水聯合作用下白水河滑坡漸進破壞概率求解90-105
• 5.4 本章小結105-106
• 第六章 結論及展望106-109
• 6.1 結論106-107
• 6.2 展望107-109
• 致謝109-111
• 參考文獻111-117

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