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三峡库首区顺层基岩岸坡变形机制与稳定性研究

作　者: 李远耀
导　师: 殷坤龙
学　校: 中国地质大学
专　业: 地质工程
关键词: 长江三峡库首区变倾角顺层岸坡岸坡结构模型变形破坏模式敏感性分析数值模拟
分类号: P642.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

在长江三峡库首区广泛分布一类具有变倾角结构的顺层岸坡，常发育大中型岩质滑坡。一般情况下，它们往往处于“稳定”状态，其变形特点和稳定性少被研究。但是，当其破坏时，又具有规模巨大、发生突然、危害严重的显著特点。长江三峡库首区是库区地质背景环境最为特殊、受水库蓄水影响最大的地段之一，同时这些变倾角顺层岸坡处还是人口和工程建设设施最为密集的地带。因此，对长江三峡库首区变倾角顺层岸坡的变形机制和稳定性开展研究，具有重要的理论价值和社会意义。本文在资料收集、野外工程地质调查、深部钻探及室内试验等实际工作的基础上，采用了统计分析、地质力学分析、极限平衡分析和数值模拟等多种研究手段。首先从区域顺层岸坡的发育分布特点着手，对典型顺层岸坡的地质结构特征、岩质顺层滑坡的发育特征、各种影响因素的作用机制，以及顺层基岩岸坡的变形破坏模式进行了研究；进而，以巴东西壤坡地区作为典型实例，从定量角度分析了各种影响因素主次大小，并探讨在三峡水库蓄水这一新生外动力因素影响下，岸坡的变形机制和稳定性的变化特征。通过以上研究，得出了以下一些结论：（1）在长江三峡库首区，顺层岸坡分布范围广泛，其破坏强度远大于逆向坡和横向坡，是发育大中型滑坡概率最高的岸坡类型。（2）区内顺层岸坡可分为平直层面和变倾角两类。其中，变倾角顺层坡是主要的岸坡类型，其形式多样。建立5种典型的变倾角顺层岸坡的地质结构模型：上陡下缓椅状顺向坡（可细分为3类）、上陡—中缓—下陡顺向坡、波状（或阶梯状）顺向坡。它们的破坏强度明显大于平直层面顺层坡，线变形破坏模数均在450万方／km以上。（3）区内的顺层岩质滑坡，主要发育在褶皱转折部位和向背斜过渡部位，以及软硬相间地层或含薄层软弱夹层的地层之中，规模以大中型为主。重力作用的影响表现在产生累进性的缓慢挤压变形。外动力地质作用，如降雨、水库蓄水、地震等，是顺层岩质滑坡产生的重要诱因。（4）结合前人的工作，研究了影响区内顺层岸坡稳定的主要内在因素和外动力作用，分析了它们的主要作用机制。提出了区内变倾角顺层坡的破坏模式为滑移—弯曲—顺层滑动。（5）探明了西壤坡基岩岸坡的深部岸坡结构，发现在T₂b³灰岩地层中一共发育有3层层间破碎带，破碎带具有顺层、连续、空间厚度具有一定变化等特点。这些层间破碎带和T₂b³/T₂b²的接触面构成了西壤坡基岩岸坡的底部变形边界。（6）采用极限平衡分析方法，分别计算了西壤坡基岩岸坡4级潜在滑体的稳定性。发现在所设计的各种工况和荷载组合下，坡体都是稳定的：岸坡从表层至深部，各级潜在滑体的稳定性系数基本呈递减趋势，下部滑体（Ⅲ级滑体、Ⅳ级滑体）对于岸坡整体稳定起着控制性的作用。第Ⅲ级滑体和第Ⅳ级滑体稳定储备程度不高，在Ⅶ度地震的作用下，都将处于稳定临界状态，西壤坡基岩岸坡存在深层滑移的可能。（7）尝试将正交设计与SPSS统计软件的方差分析模块结合起来，进行岸坡的多因素敏感性分析，得出潜在滑体重度γ、潜在滑移带内聚力c、内摩擦角φ以及地震α_h和库水位H等影响因素，对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级滑体稳定性的影响大小次序并不相同。（8）利用GEO-SLOPE有限元模拟软件，模拟了在三峡水库在一个水文年的涨落过程中，西壤坡基岩岸坡的稳态和瞬态渗流场的变化特征。发现：①岸坡地下水水力坡度在天然稳定状态下很小，地下水埋深很大。②库水位快速上升时，岸坡地下水位并不立即随库水位快速上升，具有一定的滞后时间；孔隙水压力分布的影响局限在水库变动带和岸坡深部约100m范围内。③库水位下降过程中，地下水浸润线明显向岸坡外弯曲，孔隙水压力分布随着水位下降而明显向下和向内弯曲；库水位下降主要对岸坡的深部和库水位以下部位的渗流场产生重要影响，对175m以上的渗流场影响不大。（9）以岸坡的瞬态渗流场的模拟结果为基础，分析了库水位涨落作用下岸坡的稳定性变化规律。发现随着库水上升，岸坡的稳定系数逐步下降；随着库水位的下降，岸坡的稳定系数逐渐增高，但数值并不能恢复到库水位初始状态时的程度。

三峡库首区顺层基岩岸坡变形机制与稳定性研究

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