【摘要】：根據(jù)國內(nèi)外資料統(tǒng)計(jì)分析,無論是巖質(zhì)庫岸或土質(zhì)庫岸,均會因水庫蓄水導(dǎo)致其穩(wěn)定性不同程度的惡化仍至失穩(wěn)。如法國的馬爾帕塞(Malpasset)薄拱壩、意大利的瓦依昂(Vajont)水庫、美國大古力水庫、北美洲206座土石壩工程；國內(nèi)如鳳灘、柘溪、東江、白漁潭等大型水庫,均在水庫蓄水后出現(xiàn)較多的岸坡變形破壞事件。上述因蓄水后引起岸坡變形或失穩(wěn)的問題引起了世界各國水利工作者的高度重視,甚至成為確定工程建設(shè)規(guī)模或決定工程能否建設(shè)的重要因素。三峽水庫自2003年6月蓄水以來,至2014年12月已成功蓄水到175m并正常運(yùn)行2年,庫首段(本文指壩址～牛口河段)水位較蓄水前提升110m左右,水位年變幅達(dá)30m。三峽水庫蓄水后,庫岸斜坡體內(nèi)地下水位的大幅度升高,其地下水滲流場發(fā)生相當(dāng)大的變化；同時(shí),斜坡巖土體的物理力學(xué)性能因“水～巖”作用而降低。上述原因引起了庫岸斜坡穩(wěn)定狀態(tài)的調(diào)整,除塌岸外,一些大中型滑坡也出現(xiàn)了較明顯的變形跡象,如干流上的野貓面、硯包、老蛇窩、樹坪、白水河、范家坪、大坪、黃臘石等,支流上的八字門、卡子灣、三門洞等均有明顯變形。2003年,三峽庫水位抬升至135m后不久在三峽庫區(qū)就發(fā)生了三峽庫區(qū)自新灘滑坡后發(fā)生的最大滑坡--千將坪大型順層巖質(zhì)滑坡。據(jù)統(tǒng)計(jì),自三峽水庫初次蓄水以來至今,庫首段共計(jì)發(fā)生水庫庫岸斜坡變形、破壞的地質(zhì)災(zāi)害約152例。本研究選取“三峽水庫庫首段斜坡變形時(shí)變特征研究”為研究主題,對三峽水庫壩址～牛口河段庫岸斜坡工程地質(zhì)條件進(jìn)行深入調(diào)查的基礎(chǔ)上(第2章),對水庫自2003年6月蓄水以來至2014年12月庫岸斜坡變形進(jìn)行了翔實(shí)調(diào)查,基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)與工程地質(zhì)分析原理,分析了斜坡變形隨水庫蓄水、降雨的時(shí)空分布的關(guān)系與演化過程(第3章)。根據(jù)其變形的外觀表征與水庫、降雨耦合的時(shí)空聯(lián)系,將其影響因素分為外動力因素、內(nèi)在因素及其它因素(人工干擾、地震、植被覆蓋等),并模擬了斜坡變形隨外界因素變化的響應(yīng)時(shí)變過程(第4章)。在上述研究工作的基礎(chǔ)上,對水庫區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害活動程度評價(jià)的指標(biāo)如點(diǎn)密度、地形改變率、面積比進(jìn)行了對比研究,提出了活躍性強(qiáng)度指數(shù)概念,并建立了基于活躍性強(qiáng)度指數(shù)的水庫地質(zhì)災(zāi)害活動程度評價(jià)體系,對三峽水庫蓄水至今的水庫庫岸斜坡的地質(zhì)災(zāi)害活動進(jìn)了評價(jià)并劃分為5個(gè)階段(第5章)。最后,以研究區(qū)臥沙溪滑坡及卡子灣滑坡變形為例,具體分析水庫斜坡變形時(shí)變過程,并根據(jù)時(shí)變曲線特征將水庫斜坡變形分類。綜合論文的研究內(nèi)容,整個(gè)研究得到以下結(jié)論和創(chuàng)新性成果：1.通過對研究區(qū)的野外調(diào)查、分析,三峽水庫庫首段的地質(zhì)災(zāi)害體主要發(fā)育在一級斜坡的中下部的侏羅系碎屑巖地層和第四系松散堆積層中,尤其是侏羅系中上統(tǒng)的泥巖與粉砂巖構(gòu)成的順向斜坡區(qū)最為發(fā)育,主要分布在長江右岸郭家壩～沙鎮(zhèn)溪、香溪河右岸、歸州河兩岸、青干河沿岸以及童莊河右岸等地段,其時(shí)空分布具有明顯的地段性與時(shí)間性,其空間分布特點(diǎn)主要表現(xiàn)為條帶性、垂直分帶性和相對集中性；時(shí)間性主要表現(xiàn)為周期性和滯后性。2.基于工程地質(zhì)分析與統(tǒng)計(jì)學(xué)研究水庫蓄水對庫岸斜坡影響的范圍、方式、程度及時(shí)空分布規(guī)律等,建立水庫蓄水后岸坡岸坡變形的演化過程。就具體階段蓄水過程,隨著后續(xù)階段蓄水位的升高(135m～156m～175m),每一蓄水位高程的首次蓄水期對斜坡變形影響最大,其隨水位增加呈減小趨勢,亦規(guī)模～時(shí)間曲線峰值呈周期性衰減趨勢。水庫蓄水對庫岸斜坡的影響過程,在蓄水初期,首先是巖土體產(chǎn)生濕化變形,巖土體的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度遭到破壞；同時(shí),由于水的浸泡產(chǎn)生一系列的如水解、溶解和碳酸化作用等化學(xué)作用,具體表現(xiàn)為巖土體材料的粘聚力及抗剪強(qiáng)度降低；其三,庫水位周期性的漲落及庫岸地下水水位動態(tài)影響的滯后,引起斜坡內(nèi)地下水滲流場與壓力的變化亦是一個(gè)重要原因。在巖土體經(jīng)過一定時(shí)間的浸泡后,其濕化作化漸趨于完成,庫岸斜坡為適應(yīng)新的環(huán)境進(jìn)行應(yīng)力的調(diào)整與釋放,巖土體力學(xué)性能一般近趨于飽和態(tài)或稍高,庫岸斜坡穩(wěn)定性主要受控于退水期的水位波動造成的動水壓力。通過對本次研究區(qū)內(nèi)的水庫蓄水高度與變形庫岸頻數(shù)關(guān)系研究,發(fā)生最頻繁災(zāi)害事件的水位區(qū)間為145m-150m,發(fā)生最大規(guī)模災(zāi)害事件的水位區(qū)間為150m-155m,總體而言,水位高程145m-155m為庫岸斜坡穩(wěn)定最不利水位；水庫庫岸斜坡變形集中在6-9月份,且相對水庫蓄水時(shí)間,災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間均滯后約10～15天左右。3.對地質(zhì)災(zāi)害活躍性評價(jià)的相關(guān)指標(biāo)如點(diǎn)密度、面積比、地形改變率等研究的基礎(chǔ)上,提出了活躍性強(qiáng)度指數(shù)的概念,通過其概念的外延與內(nèi)涵闡述,擬定了計(jì)算方法,研究認(rèn)為評價(jià)一個(gè)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害活躍強(qiáng)度,只考慮災(zāi)害面密度比,是不合適的,其沒有納入能量(體積規(guī)模代替)大小的因素,純粹是個(gè)空間幾何尺寸百分比關(guān)系。而地質(zhì)災(zāi)害活躍強(qiáng)度的指數(shù)盡可能考慮了災(zāi)害發(fā)生的重大影響因子,以能量的直觀表達(dá)形式,描述了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的強(qiáng)度,該指標(biāo)對評價(jià)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害活躍程度較其它幾個(gè)指標(biāo)要優(yōu)。研究了灰色～Markov鏈法、灰色～周期延長法及頻譜分析法在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測中的應(yīng)用,通過對上述三種方法計(jì)算結(jié)果的比較,結(jié)果顯示頻譜分析法對于區(qū)域性群發(fā)地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模預(yù)測有較好的結(jié)果。采用頻譜分析法,在對研究區(qū)2003～2014年地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模擬合的基礎(chǔ)上,對2015～2030年地質(zhì)災(zāi)害爆發(fā)規(guī)模建立了預(yù)測模型如下：S(t)=2.2005+0.7258cos(0.1802πt+0.4113)+1.7896cos(0.3604πt+0.6886)+1.411cos(0.5406πt+0.6708)+1.4682cos(0.7208πt+2.8036)依此進(jìn)行了預(yù)測分析,認(rèn)為研究區(qū)在2015年底至2016年初,區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模達(dá)到下一階段性峰值后,將逐漸趨于較低活動程度的水平。4.對研究區(qū)2002年(代表本底值)～2014年地質(zhì)災(zāi)害活動性進(jìn)行了聚類分析,結(jié)合斜坡地表變形表征、三峽水庫蓄水調(diào)度,并參考點(diǎn)密度、地形改變率等相關(guān)指標(biāo),將水庫蓄水斜坡變形活動程度分為4級,分別為1級(微弱活動)、2級(明顯活動)、3級(強(qiáng)烈活動)及4級(極強(qiáng)烈活動),并以此建立了水庫蓄水地質(zhì)災(zāi)害活躍性評價(jià)體系。按照水庫蓄水地質(zhì)災(zāi)害活躍性評價(jià)體系,根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害活動性強(qiáng)度指數(shù)大小,結(jié)合其時(shí)變演化的趨勢及特征點(diǎn)(曲線拐點(diǎn))特征,參考水庫蓄水階段及地表地貌的變形,可將三峽庫區(qū)蓄水前后的水庫對庫岸斜坡的影響而導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害活動程度變化分為5個(gè)階段：似穩(wěn)定期、活躍期、強(qiáng)烈活動期、震蕩衰減期及動態(tài)平衡期,并對水庫斜坡演化過程進(jìn)行了研究。就水庫蓄水全過程而言,其地質(zhì)災(zāi)害的活動性關(guān)系為如下：強(qiáng)烈活動期(I3)活躍期(I2)震蕩衰退期(Ⅰ)動態(tài)平衡期(I5)似穩(wěn)定期(I1)。為減弱蓄水對庫岸斜坡的影響,若適當(dāng)延長(T1-T2)時(shí)間段并適當(dāng)提高初期蓄水位,給予水庫蓄水對相應(yīng)高程內(nèi)的庫岸斜坡充分影響的時(shí)空,應(yīng)力等調(diào)整得以在低水平階段完成或大部分完成,在下階段蓄水時(shí),達(dá)到有效消弱地質(zhì)災(zāi)害活動的峰值水平(消峰),是可以降低水庫蓄水對岸坡的影響的。據(jù)三峽水庫蓄水的表現(xiàn)規(guī)律來看,其在初次蓄水2a左右開始,歷時(shí)10a,約為前期歷時(shí)的5倍。當(dāng)前,三峽水庫正處于震蕩衰退期向動態(tài)平衡期過渡期(曲線拐點(diǎn))。為盡快縮短震蕩期歷時(shí)(T4-T5),亦可考慮在蓄水的前3周期加大水位波動率,在低水準(zhǔn)(可控的)加速其影響的展布與調(diào)整釋放,據(jù)初步估算,若在一個(gè)周期內(nèi)提高10%的水位波動率,可縮短震蕩衰退期約1.5 a。5.根據(jù)斜坡變形的三階段劃分,結(jié)合研究區(qū)斜坡變形時(shí)變曲線的特點(diǎn),將水庫斜坡變形分為3類：臺階型、平滑型及復(fù)合型。研究認(rèn)為,其本質(zhì)是斜坡巖土體對庫水波動反應(yīng)敏感性及水巖作用導(dǎo)致的有利與不利結(jié)果的轉(zhuǎn)化。其中的復(fù)合型,在水庫區(qū)較為少見,其斜坡在變形發(fā)展過程中,由于水庫初期蓄水,同時(shí)岸坡巖土體滲透性較低,其斜坡時(shí)變曲線呈平滑型特點(diǎn),但隨著水庫多次周期性蓄水,組成岸坡巖土體的顆粒材料部份被帶走,導(dǎo)致岸坡體滲透性變化大,后期變形時(shí)變曲線呈臺階型,總體斜坡變形--時(shí)間曲線總體表現(xiàn)為平滑～臺階型。
【圖文】：

鑒于水庫斜坡變形事件的重耍性，１９５２年，美國陸軍師團(tuán)對北美洲２０６座±石巧事故逡逑進(jìn)行了研究Ｗ，其按水庫設(shè)計(jì)壽命１００年計(jì)，對其間發(fā)生的斜坡變形事件按蓄水時(shí)間進(jìn)行逡逑排列，如圖１－１。從圖中可知，蓄水０－５年為斜坡變形的高峰時(shí)期，同時(shí)，斜坡變形隨蓄水逡逑時(shí)間的延續(xù)呈衰減態(tài)勢，，此結(jié)論或可為水庫斜坡區(qū)域性變形的早期最重要的研究成果之一。逡逑

即前震旦紀(jì)的晉寧運(yùn)動、保羅紀(jì)末的燕山運(yùn)動和早第Ｈ紀(jì)末的喜山運(yùn)動，形成了Ｗ黃陵地逡逑塊為核必的構(gòu)造格架，周圍展布一系列弧形摺皺：北面為大己山臺緣錯(cuò)皺帶，西側(cè)為上揚(yáng)逡逑子臺岕皺帶（即八面山臺岕帶），東側(cè)為江漢瑚陷盆地（圖２－０。逡逑區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動不強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為南津關(guān)Ｗ西的山地大面積間歇性上升，東部江漢逡逑平原相對下降，從而形成一平緩過渡帶。逡逑近規(guī)庫岸主要錯(cuò)皺為軸向近南北向的黃陵背斜，走向與長江近正交。黃陵背斜核部位逡逑于Ｈ峽大巧項(xiàng)址附近，由前震旦系惱嶺群變質(zhì)巖及侵入其間的花崗閃長巖組成，西側(cè)邊界逡逑距大巧約１６ｋｍ。軸線較為平直，走向ＮＮＥ。蘭峽工程巧址位于黃陵背斜核部黃陵地塊南逡逑端的花崗閃長巖體上
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV223

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本文編號：2609680