【摘要】：國(guó)內(nèi)外水庫(kù)工程特別是大型水庫(kù)工程中,水庫(kù)蓄水及庫(kù)水位周期性的循環(huán)漲落,經(jīng)常會(huì)誘發(fā)庫(kù)岸新老滑坡的產(chǎn)生或復(fù)活,這類受庫(kù)水影響、由庫(kù)岸斜坡孕育的滑坡通常稱為庫(kù)岸滑坡(或水庫(kù)型滑坡)。大量調(diào)查和研究表明,在丘陵和山區(qū)水庫(kù)中,因蓄水運(yùn)行而造成庫(kù)岸滑坡產(chǎn)生和復(fù)活的現(xiàn)象非常普遍。以長(zhǎng)江三峽工程庫(kù)區(qū)為例,僅據(jù)國(guó)務(wù)院2002年批復(fù)的《三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治總體規(guī)劃》,庫(kù)區(qū)內(nèi)就有各類滑坡、崩塌2490處,若包括此后在蓄水后新產(chǎn)生的以及后續(xù)調(diào)查中新發(fā)現(xiàn)的大量滑坡體,其數(shù)量、規(guī)模和潛在危害是極其驚人的。 庫(kù)岸滑坡的失穩(wěn)破壞比其他條件下的滑坡失穩(wěn)破壞影響范圍更加廣泛,危害形式更為多樣,不僅包括滑坡體上所能造成的直接危害,還存在對(duì)滑坡影響范圍內(nèi)的間接危害。例如：滑坡變形破壞對(duì)滑坡體上的人員、建筑物及其它基礎(chǔ)設(shè)施造成的直接危害；滑坡入江減少水庫(kù)的有效庫(kù)容,形成堰塞湖并堵塞河道；滑坡高速失穩(wěn)后激發(fā)的次生涌浪對(duì)航運(yùn)、沿岸居民或建筑物以至樞紐建筑物的施工和運(yùn)行造成危害。因此,三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)岸滑坡變形規(guī)律與預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究具有重要的理論和實(shí)際意義。 論文以三峽庫(kù)區(qū)蓄水后發(fā)生變形的堆積層滑坡為研究對(duì)象,基于地質(zhì)調(diào)查、資料收集、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、理論計(jì)算等多學(xué)科交叉理論和研究方法,全面收集庫(kù)岸滑坡基礎(chǔ)地質(zhì)資料(包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等),氣象水文資料(包括歷年降雨監(jiān)測(cè)資料及庫(kù)水位調(diào)度資料)、詳細(xì)勘察資料(包括工程地質(zhì)圖、地形圖、剖面圖、巖土體物理力學(xué)試驗(yàn)和水文地質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù))以及二三期專業(yè)監(jiān)測(cè)災(zāi)害點(diǎn)監(jiān)測(cè)資料(包括地表位移、深部位移以及地下水位等),分析總結(jié)了庫(kù)區(qū)中典型庫(kù)岸滑坡的專業(yè)監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法,同時(shí),從空間和時(shí)間兩個(gè)方面歸納了三峽庫(kù)區(qū)蓄水后庫(kù)岸滑坡災(zāi)害的變形特征和規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,從影響滑坡變形的內(nèi)因和外因兩個(gè)方面分析了庫(kù)區(qū)滑坡變形失穩(wěn)的影響因素,并針對(duì)降雨型滑坡、水庫(kù)型滑坡和降雨-水庫(kù)型滑坡三種類型進(jìn)行了滑坡變形機(jī)理研究和討論。最后,采用數(shù)值模擬的方法,針對(duì)這三種類型的滑坡開展了滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)判據(jù)研究,建立了基于多元數(shù)據(jù)源的綜合預(yù)警模型,為三峽庫(kù)區(qū)滑坡災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、應(yīng)急預(yù)案和制定提供科學(xué)合理的理論依據(jù)。 論文在三峽庫(kù)區(qū)典型庫(kù)岸滑坡專業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的歸納總結(jié)方面,主要從專業(yè)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)內(nèi)容、主要監(jiān)測(cè)儀器及性能及數(shù)據(jù)處理方式等方面進(jìn)行闡述和概況。在庫(kù)區(qū)蓄水庫(kù)岸滑坡變形特征研究方面,主要是在空間上,以區(qū)縣或巖組為單位,統(tǒng)計(jì)分析三峽庫(kù)區(qū)蓄水后庫(kù)岸變形滑坡的空間分布規(guī)律,分析地形地貌特征、岸坡結(jié)構(gòu)特征、巖性特征、水文地質(zhì)特征對(duì)變形滑坡的空間分布的影響；在時(shí)間上,分析滑坡變形隨時(shí)間變化的過程和分析滑坡變形速率增大時(shí)段與庫(kù)水位變化或降雨時(shí)段之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在庫(kù)區(qū)蓄水庫(kù)岸滑坡變形機(jī)制研究方面,主要是結(jié)合庫(kù)岸滑坡工程地質(zhì)條件、滑坡地表位移監(jiān)測(cè)資料以及降雨和庫(kù)水位調(diào)度資料,進(jìn)行詳細(xì)的滑坡穩(wěn)定性影響因素分析,研究滑坡在庫(kù)水和降雨條件下的穩(wěn)定性及其變形機(jī)理。在三峽庫(kù)區(qū)蓄水后庫(kù)岸變形滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)判據(jù)研究方面,主要是選擇典型滑坡實(shí)例,基于數(shù)值模擬方法,分析滑坡在多種工況條件下的變形趨勢(shì),確定滑坡破壞的危險(xiǎn)工況,進(jìn)而建立基于多元數(shù)據(jù)源的綜合預(yù)警判據(jù)體系,包括位移判據(jù)、主滑面剪切面塑性貫通率判據(jù)、降雨量強(qiáng)度判據(jù)等。 通過以上一系列的分析和研究,論文主要取得了以下一些成果和結(jié)論： (1)總結(jié)歸納了三峽庫(kù)區(qū)典型庫(kù)岸滑坡的專業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 在三峽庫(kù)區(qū)對(duì)滑坡采取大地形變監(jiān)測(cè)、地表裂縫位移監(jiān)測(cè)、滑體深部位移監(jiān)測(cè)、地下水位和孔隙水壓力觀測(cè)、滑坡推力監(jiān)測(cè)、誘發(fā)因素監(jiān)測(cè)、相關(guān)人類活動(dòng)監(jiān)測(cè)、宏觀地質(zhì)巡查監(jiān)測(cè)等專業(yè)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)周期在非汛期為每月監(jiān)測(cè)一次,汛期每月監(jiān)測(cè)二次,若變形加劇,或在暴雨、久雨期間,滑坡變形有連續(xù)增大的趨勢(shì)則及時(shí)加密監(jiān)測(cè)。主要監(jiān)測(cè)儀器有：全站儀、GPS監(jiān)測(cè)、鉆孔傾斜儀、地下水位動(dòng)態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀和光纖滑坡推力測(cè)量系統(tǒng)。庫(kù)區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理方式包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理和監(jiān)測(cè)成果整理。監(jiān)測(cè)信息包括監(jiān)測(cè)內(nèi)容涉及施測(cè)項(xiàng)目全部測(cè)點(diǎn)成果數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)。 (2)對(duì)三峽庫(kù)區(qū)蓄水后滑坡的分布規(guī)律進(jìn)行了分析和研究 分別選取典型滑坡研究三峽庫(kù)區(qū)蓄水后滑坡的空間和時(shí)間分布規(guī)律。以樹坪滑坡為例,分析變形滑坡空間分布特征： 1)樹坪滑坡：自監(jiān)測(cè)以來,樹坪滑坡呈現(xiàn)階躍變形特征,并表現(xiàn)出區(qū)域差異性的變形特征,變形部位主要集中在滑坡東側(cè)、中部和滑坡西側(cè)下部一帶即主滑區(qū)內(nèi)；樹坪滑坡的變形不僅在平面上存在明顯差異性,還在高程上表現(xiàn)出了垂直的分布特征,這主要是由于水庫(kù)蓄水后,庫(kù)水升降作用對(duì)200m高程以下滑坡區(qū)域受影響相對(duì)較大,而200m高程以上區(qū)域受庫(kù)水影響小,甚至基本不受影響,海拔高程為200m以下的滑坡地段地表位移大于海拔高程為200m以上的滑坡地段,變形較大的區(qū)域均位于180m高程以下,且表現(xiàn)出越接近庫(kù)水位175m高程的區(qū)域其變形速率越大的特征；樹坪滑坡深部變形,根據(jù)坡體深度的不同,其變形也存在明顯的差異,多年的監(jiān)測(cè)資料表明,滑坡主滑區(qū)西側(cè)(QZK1和QZK2)淺層滑帶的變化要大于深層滑帶變化,淺-表層與深部變形不同步。 2)通過對(duì)白家包滑坡變形監(jiān)測(cè)結(jié)果分析,該滑坡的變形具有明顯的時(shí)間分布特征：從2007年開始,每年的4-9月,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累積位移-時(shí)間曲線明顯呈上揚(yáng)趨勢(shì),即各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量及速率較全年平均值明顯增大；而在每年10月至次年3月期間,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累積位移-時(shí)間曲線相對(duì)趨于平穩(wěn),即各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移速率減小,即使得多年的累積位移-時(shí)間曲線呈現(xiàn)出明顯的“階躍狀”特征,從2007到2012年,在每年的4-9月(尤其是6-7月)期間,累積位移變形曲線對(duì)應(yīng)出現(xiàn)了6級(jí)臺(tái)階。 (3)針對(duì)滑坡不同的主要誘發(fā)因素,分別研究了降雨型滑坡、庫(kù)水誘發(fā)型滑坡和降雨聯(lián)合庫(kù)水作用下滑坡的變形機(jī)理。 1)三峽庫(kù)區(qū)典型庫(kù)岸滑坡變形的主要地質(zhì)影響因素有：地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌和岸坡結(jié)構(gòu)等,而主要的誘發(fā)因素有：降雨、庫(kù)水位漲落和人類工程活動(dòng)。通過對(duì)庫(kù)岸滑坡基本地質(zhì)因素和誘發(fā)因素的分析,找出各因素與滑坡發(fā)生的相互關(guān)系及其分布規(guī)律,為滑坡的變形機(jī)理分析提供依據(jù)。 2)降雨是三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)岸滑坡失穩(wěn)的最主要的誘發(fā)因素之一。通過研究滑坡發(fā)生與暴雨頻次、降雨周期、降雨總量、降雨強(qiáng)度和降雨形式的相互關(guān)系,找出該地區(qū)降雨分布特征及其對(duì)滑坡的影響規(guī)律,為典型降雨型滑坡變形機(jī)理分析提供基礎(chǔ)和依據(jù)。 3)庫(kù)水誘發(fā)型滑坡主要包括軟化效應(yīng)誘發(fā)型、懸浮減重效應(yīng)和動(dòng)水壓力誘發(fā)型三個(gè)亞類。庫(kù)水位上升過程中,主要是通過滑坡巖土體性質(zhì)的變化和浮托力作用來影響滑坡的穩(wěn)定性；庫(kù)水位下降過程中,主要是通過動(dòng)水壓力、靜水壓力和超孔隙水壓力的作用導(dǎo)致滑坡穩(wěn)定性降低。 4)選取三角灘滑坡作為代表性滑坡來分析降雨型滑坡的變形機(jī)理。通過對(duì)該滑坡2007年到2009年的地表位移監(jiān)測(cè)資料的分析可知,隨著降雨量的增加,滑坡中后部監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變形大于滑坡前緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移,這說明降雨對(duì)滑坡的穩(wěn)定性有較大的影響,且屬于推移-蠕滑型滑坡。 5)選取染房滑坡作為代表性滑坡研究庫(kù)水誘發(fā)型滑坡的變形機(jī)理。通過對(duì)滑坡位移監(jiān)測(cè)資料的分析可以發(fā)現(xiàn),滑坡前、中、后部的變形均與庫(kù)水位之間存在明顯的相關(guān)性,尤其當(dāng)庫(kù)水位大于154.5m時(shí),這種現(xiàn)象尤為明顯。在庫(kù)水位驟升過程中,滑坡位移有減小趨勢(shì),而在庫(kù)水位緩降過程中,滑坡位移有先緩慢增加后急劇增加的趨勢(shì),且下降過程中的位移變化具有一定的滯后性。 6)在分別研究降雨型滑坡和庫(kù)水誘發(fā)型滑坡的基礎(chǔ)上,選取花園養(yǎng)雞場(chǎng)滑坡作為代表性滑坡來研究降雨和庫(kù)水位聯(lián)合作用下的滑坡變形機(jī)理。通過對(duì)滑坡位移監(jiān)測(cè)資料的分析可知,庫(kù)水位上升期對(duì)應(yīng)的滑坡水平向累計(jì)位移表現(xiàn)為滑坡前緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)GPS3、右側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)GPS5和GPS6隨著庫(kù)水位上升而陡增,庫(kù)水位平穩(wěn)期對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形發(fā)展趨勢(shì)均無影響,庫(kù)水位下降期對(duì)應(yīng)滑坡前緣位移增大,而后緣變化不太明顯。庫(kù)水位下降期中隨著降雨量的增加,位移逐漸增大,降雨對(duì)花園養(yǎng)雞場(chǎng)滑坡穩(wěn)定性有一定的影響。綜上,該滑坡受庫(kù)水和降雨的綜合影響。 (4)基于數(shù)值模擬方法,建立了三峽庫(kù)區(qū)典型庫(kù)岸滑坡的預(yù)警模型和判據(jù)。 1)選取三角灘滑坡作為代表性滑坡來分析降雨型滑坡的預(yù)警判據(jù)。該滑坡為土質(zhì)非涉水滑坡,通過選取極端工況來進(jìn)行滑坡數(shù)值模擬和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究。該滑坡在降雨強(qiáng)度為120mm/d時(shí)局部前緣很可能已經(jīng)發(fā)生破壞；當(dāng)降雨量為120mm/d～150mm/d,連續(xù)降雨3的情況下極有可能發(fā)生由局部到整體的破壞過程,因此將該滑坡的降雨強(qiáng)度判據(jù)定為120mm/d。 2)選取染房滑坡作為代表性滑坡研究庫(kù)水誘發(fā)型滑坡的預(yù)警判據(jù)。該滑坡為涉水土質(zhì)滑坡,通過建立滑坡三維數(shù)值計(jì)算模型和滑坡滲流場(chǎng)模擬,分析不同工況下的滑坡變形破壞特征并進(jìn)行滑坡變形預(yù)測(cè)分析,該滑坡的最危險(xiǎn)工況是庫(kù)水位從159.8m下降到145.8m。 3)在分別研究降雨型滑坡和庫(kù)水誘發(fā)型滑坡的基礎(chǔ)上,選取花園養(yǎng)雞場(chǎng)滑坡作為代表性滑坡來研究降雨和庫(kù)水位聯(lián)合作用下的滑坡的預(yù)警判據(jù)。通過不同工況條件下滑坡數(shù)值模擬計(jì)算,確定壩前庫(kù)水位162m下降至145m+50年一遇暴雨為最危險(xiǎn)工況。以最危險(xiǎn)工況為例,對(duì)花園養(yǎng)雞場(chǎng)滑坡進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)判據(jù)研究,最終得出該滑坡的暴雨預(yù)警值降雨強(qiáng)度為50mm/d,連續(xù)降雨3天。
【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】：2014
【分類號(hào)】：TV632;P642.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2790171