大中型水庫工程相關(guān)論文

第一章緒論1.1選題背景及研究意義1.1.1選題背景具有一定規(guī)模的巖土體發(fā)生以水平分量為主的斜坡移動(dòng)現(xiàn)象稱為滑坡，通常滑動(dòng)依附于巖土體內(nèi)部軟弱結(jié)構(gòu)面或者結(jié)構(gòu)帶，滑坡地質(zhì)災(zāi)害在全球范圍內(nèi)發(fā)生次數(shù)多且分布廣泛，這些特點(diǎn)加上發(fā)生頻率高使其成為泥石流、地震等眾多地質(zhì)災(zāi)害中的一個(gè)重要種類。我國是個(gè)滑坡多發(fā)國家，同濟(jì)大學(xué)桑凱研究顯示[1]：根據(jù)中國地質(zhì)環(huán)境信息網(wǎng)、中國風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)、中國及鄰區(qū)地應(yīng)力和地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)等數(shù)據(jù)資料，我國平均每年發(fā)生滑坡和泥石流地質(zhì)災(zāi)害2萬余起、傷亡1千余人、受災(zāi)人口90多萬，直接經(jīng)濟(jì)損失20-60億元，在地域分布上，大部分北方地區(qū)，例如西藏，內(nèi)蒙古，黑龍江，新疆等地區(qū)發(fā)生滑坡的數(shù)量很少，而在四川，甘肅以及江浙一帶的南方，則發(fā)生滑坡次數(shù)較多，這其中又以秦巴山一帶的數(shù)量最多，滑坡災(zāi)害發(fā)生最為嚴(yán)重。自從改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)走上了快車道，發(fā)展迅速，在發(fā)展過程中，自然規(guī)劃和建設(shè)了很多水利水電工程，例如葛洲壩工程、三峽工程等。在滑坡災(zāi)害多發(fā)區(qū)，工程建設(shè)場地的地質(zhì)條件復(fù)雜，隨著項(xiàng)目的實(shí)施和水庫的運(yùn)行，往往會(huì)加劇和引發(fā)新的滑坡地質(zhì)災(zāi)害。庫岸滑坡的形成，是漫長地質(zhì)歷史過程中內(nèi)外營力相互作用的產(chǎn)物，而人類工程的建設(shè)及庫水位的周期性調(diào)度加劇了庫岸滑坡原有的演化進(jìn)程，使其演化特征更為突出，演化信息更為明顯。因此，如何準(zhǔn)確把握庫岸滑坡在水庫運(yùn)營期間的長期蠕變變形機(jī)制及穩(wěn)定性演化動(dòng)態(tài)，便成了一個(gè)亟待深入研究的重要課題，其研究成果將為庫區(qū)工程的順利建設(shè)和安全運(yùn)行提供分析依據(jù)，具有重要的研究價(jià)值和意義。1.1.2研究意義大中型水庫正常蓄水位的選擇，水位的升降等往往牽扯到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政治、自然環(huán)境等多個(gè)方面，需要全面考慮、反復(fù)論證。一般的考慮原則包括①根據(jù)興利的需要；②考慮淹沒情況；③考慮地形地質(zhì)條件；④考慮上下游已建和擬建水庫水利樞紐情況等，而當(dāng)庫岸存在滑坡、尤其是滑坡范圍內(nèi)有人居住時(shí)，滑坡的穩(wěn)定性也就成了重要的考慮因素。本次研究工作具有三個(gè)方面的意義。第一：通過對庫水位下降階段地下水浸潤線和滑坡穩(wěn)定性的分析，進(jìn)一步了解滑坡穩(wěn)定性與庫水位下降的響應(yīng)關(guān)系。第二：了解在水位下降過程中，若在中間某水位穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后（以及該時(shí)間的長短）再下降至最低水位，對滑坡穩(wěn)定性有什么樣的影響。第三：通過本次研究為水庫水位的調(diào)整和調(diào)度提供參考。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1水庫水位的變化對庫岸滑坡穩(wěn)定性的影響研究現(xiàn)狀水庫運(yùn)營的過程中，庫水位有規(guī)律地周期性變化，必然會(huì)影響水庫影響范圍內(nèi)庫岸滑坡的穩(wěn)定性，各種類型的滑坡也是水庫沿岸主要的地質(zhì)災(zāi)害類型，廖紅建等[32]（2005）以三峽庫區(qū)為研究背景，發(fā)現(xiàn)庫岸滑坡穩(wěn)定性變化特征和趨勢與其坡體的滲透系數(shù)有很大的相關(guān)性，同時(shí)庫水位下降速度對安全系數(shù)的大小也有一定的影響。楊超[3]（2009）研究了庫岸滑坡的水巖相互作用，從定性的角度分析了隨著庫水位的升降變化，滑坡的變形和失穩(wěn)機(jī)理，并在分析滑坡滲流時(shí)，使用了滲流理論。劉廣寧[4]（2011），魯莎[5]（2017）,MinXia等[6]（2015），DeyingLi等[7]（2019）通過監(jiān)測與數(shù)值計(jì)算認(rèn)為，庫水位升降在一些時(shí)間段是滑坡變形加劇的主導(dǎo)因素，滑坡穩(wěn)定性會(huì)隨著庫水位的變化呈現(xiàn)周期性變化，并且降雨對滑坡變形的影響表現(xiàn)出一定的滯后效應(yīng)，滯后期一般為7～15d。王力等[8]（2012）通過計(jì)算分析認(rèn)為，水庫水位的上升和下降對非飽和的土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性有較大影響。張巖等[9]（2016），宋亮[10]（2017）通過數(shù)值計(jì)算，得出水庫水位下降時(shí)對滑坡穩(wěn)定性影響較大，尤其是水庫水位驟降時(shí)，會(huì)造成安全系數(shù)急速下降。李純[11]（2018）通過數(shù)值模擬實(shí)現(xiàn)了庫水位和滑帶土流變特性對滑坡變形的綜合影響分析,對滑坡長期變形特征和失穩(wěn)機(jī)制進(jìn)行了討論。PariseM[12]（1999）將航空資料的分析運(yùn)用到了滑坡變化的分析當(dāng)中。LiZH[13]（2012）使用物理模型試驗(yàn)對滲流進(jìn)行研究，認(rèn)為坡前水位降落引起的坡內(nèi)外孔隙水壓力差是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的主要力學(xué)機(jī)制。唐曉松等[14]（2013）將水平位移陡升段(加速段)和水平方向的夾角引入到滑坡臨滑狀態(tài)的預(yù)報(bào)當(dāng)中，為滑坡預(yù)報(bào)提供了新的思路。李原寶等[15]（2016）發(fā)現(xiàn)在極端降雨條件下四方碑滑坡穩(wěn)定性的庫水位降速閥值最小為2.6m/d，對四方碑滑坡來說適當(dāng)增大三峽庫區(qū)非汛期水位日降幅是可行的。GuanhuaSun等[16]（2017）研究了某滑坡體的地質(zhì)條件，建立了滑坡區(qū)地下水作用下的水動(dòng)力壓力表達(dá)式和滑動(dòng)面上水動(dòng)力壓力作用下的法向應(yīng)力表達(dá)式。LiYuanyao等[17]（2017）開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的滑坡位移實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，提出了離散小波變換(DWT)方法來評估GPS監(jiān)測位移的準(zhǔn)確性。DongMingGu等[18]（2017）認(rèn)為變形被是受水庫水位的控制，而降水的影響較小。在季節(jié)性上，斜坡運(yùn)動(dòng)有一個(gè)非常獨(dú)特的模式。BeibeiYang等[19]（2017）通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)滑坡穩(wěn)定性的年際變化與水庫水位的變化趨于一致。最低安全系數(shù)發(fā)生在水位下降期間。JavedIqbal等[20]（2018）從預(yù)剪切滑動(dòng)面的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過微觀結(jié)構(gòu)分析認(rèn)為，粘土礦物在微觀尺度上對下坡運(yùn)動(dòng)有貢獻(xiàn)，膨脹礦物(如蒙脫石)的存在使土壤強(qiáng)度因水位上升而下降。Shi-LinLuo等[21]（2019）研究了某古滑坡可能的運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)和相應(yīng)的觸發(fā)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)一個(gè)高于海平面160米的RWL被認(rèn)為是開始加速運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵水位。運(yùn)動(dòng)模式主要是向后退的，位移速度向腳趾方向增加。在數(shù)值模擬研究方法上，對于二維模型和三維模型所得到結(jié)果的差異，也有前人做了研究，Vassallo等[22]（2015）發(fā)現(xiàn)三維模型得到的孔隙水壓力分布在數(shù)值和時(shí)間趨勢上與二維模型得到的孔隙水壓力分布有顯著差異。李元偉[23]（2017）對雷家坪滑坡進(jìn)行了研究，并且建了三個(gè)模型，分別為二維模型，準(zhǔn)三維模型和真三維模型，并對其塑性區(qū)，位移場等進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)因三維模擬反映了滑坡實(shí)際地形，故其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際最接近且對庫水位的波動(dòng)變化響應(yīng)最明顯，并且三維模擬中施加了端部效應(yīng)，所得結(jié)果與二維模擬和準(zhǔn)三維模擬相比變形最小、穩(wěn)定性最好，在數(shù)值模擬方面最大程度節(jié)約了不必要的工程預(yù)算。1.2.2滑坡蠕變研究現(xiàn)狀對于滑坡的蠕變變形，前人已經(jīng)做了很多研究工作，在基礎(chǔ)理論研究層面，E.Π.葉米里揚(yáng)諾娃等[24](1986)認(rèn)為處于蠕變階段的滑坡，由于外界因素作用，剪應(yīng)力增大，滑體中存在一個(gè)塑態(tài)區(qū)的連續(xù)帶，在這個(gè)連續(xù)帶發(fā)生變形的過程中，會(huì)影響其上部巖土體，是的滑坡上部的張拉裂隙不斷向下發(fā)展，最終于這個(gè)連續(xù)帶貫通，形成連續(xù)的滑動(dòng)面。王文星等[25]（1996）對四個(gè)取自霧江滑坡滑動(dòng)面的式樣進(jìn)行了試驗(yàn)研究，在回歸分析的基礎(chǔ)上，得出了該粘土具體的蠕變函數(shù)方程。的并根據(jù)遺傳蠕變理論對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，最后求出了該粘土的積分蠕變方程的具體核函數(shù)形式。YSasaki等[26]（2000）通過對筑波山北側(cè)河谷坡和河谷側(cè)坡的地面傾斜運(yùn)動(dòng)、含水量和降雨量的測定，闡明了土壤蠕變在泥石流形成過程中的作用，認(rèn)為土壤蠕變似乎把大部分的碎片帶到了泥石流形成區(qū)，那里將會(huì)發(fā)生泥石流，所以土壤蠕變是未來泥石流形成的基礎(chǔ)，也是泥石流循環(huán)的主導(dǎo)。ChunjieYAN等[27]（2000）利用掃描電子顯微鏡(SEM)和x射線衍射儀(XRD)分析了三峽庫區(qū)多處滑坡滑帶土的礦物組成、含量和表面微觀結(jié)構(gòu)，得出結(jié)論：所有的礦物組合在這些滑坡中都是相似的，滑帶土中存在兩種表層微結(jié)構(gòu)，即線性劃痕和弧形劃痕。通過對滑坡微觀結(jié)構(gòu)變化的分析，可以獲得滑坡運(yùn)動(dòng)的次數(shù)、方向和階段等信息，并得出了絲狀體存在的結(jié)論。GeeraltvanHam等[28]（2006）用粘塑性材料定律描述了粘性土的力學(xué)行為，即蠕變和松弛效應(yīng)，對一個(gè)蠕變邊坡進(jìn)行了數(shù)值模擬，所得到的數(shù)值分析的結(jié)果與實(shí)際測量的結(jié)果具有很高的一致性。這表明，盡管邊界條件大大簡化，地下數(shù)據(jù)(如密度)的可用性有限，粘塑性定律仍是預(yù)測蠕變運(yùn)動(dòng)的一個(gè)有效的工具。MansourM.F等[29]（2011）收集了50多例慢載玻片，介紹了運(yùn)動(dòng)觸發(fā)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、位移測量方法、破裂面形成的材料和易損設(shè)施的類型。結(jié)果表明，城市聚落、公路、橋梁、大壩的破壞程度與滑動(dòng)速度或累積位移有關(guān)，在遭受嚴(yán)重破壞之前，建筑物和住宅可能比其他設(shè)施承受更高的滑動(dòng)速度和總位移。DeepakR.Bhat等[30]（2013）改進(jìn)了扭環(huán)剪切儀，以了解典型粘性土的蠕變位移行為，利用新的裝置，他們提出了剩余狀態(tài)蠕變破壞預(yù)測曲線，為今后蠕變滑坡的破壞時(shí)間和位移預(yù)測提供了依據(jù)。LiangchaoZou等[31]（2013）對于非飽和土的模型參數(shù)與基質(zhì)吸力的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出了修正后的Burgers蠕變模型。胡新麗等[32]（2014）針對三峽庫區(qū)馬家溝滑坡滑體粗粒土開展了三軸蠕變試驗(yàn)，結(jié)果表明滑體粗粒土具有明顯的非線性蠕變特征，蠕變過程可分為減速蠕變和勻速蠕變2個(gè)階段，圍壓和應(yīng)力水平對蠕變速率和蠕變階段劃分有重要影響。HuimingTang等[33]（2015）通過來自現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，水庫水位的快速變化對滑坡穩(wěn)定性的影響是水庫管理中必須考慮的問題。劉清秉等[34]（2017）針對三峽庫區(qū)黃土坡滑坡原狀滑帶土開展環(huán)剪試驗(yàn)，認(rèn)為滑帶土的蠕變速率與剪切應(yīng)力比RCSR（蠕變剪切應(yīng)力與殘余強(qiáng)度的比值）呈正相關(guān)變化，此外，滑帶土蠕變速率受固結(jié)時(shí)間影響，蠕變速率隨固結(jié)時(shí)間增加而減小，隨著估計(jì)時(shí)間越來越長，剪切位移逐漸增加，滑帶土的抗剪強(qiáng)度會(huì)有一定程度的恢復(fù)?；卵刂T如軟弱夾層等軟弱面發(fā)生的蠕變變形，對于工程實(shí)際來說，有著重要的影響，常用的試驗(yàn)方法有蠕變試驗(yàn)，室外大型環(huán)檢試驗(yàn)，室內(nèi)剪切試驗(yàn)等，很多學(xué)者研究了大量的工程案例，也在此基礎(chǔ)上提出了一些防治措施。杜長學(xué)[35]（1998）基于工程實(shí)際，認(rèn)為滑坡蠕動(dòng)變形的顯著特征是一系列有規(guī)律分布的張、剪性裂隙，軟弱夾層是形成潛在主滑面的破壞優(yōu)勢面。張魯新等[36]（1999）以東榮河滑坡為例，利用現(xiàn)場勘測、滑坡監(jiān)測及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，分析了蠕動(dòng)型滑坡成因，認(rèn)為除地質(zhì)條件外，坡體材料蠕變性以及外界因素(例如雨水浸入)加劇其蠕變性是蠕動(dòng)滑坡形成的重要原因。駱銀輝等[37]2003通過對云南省內(nèi)紅層巖土工程特性的初步研究以及在紅層地區(qū)的工程建設(shè)實(shí)踐,論述了紅層邊坡變形破壞對工程建設(shè)的主要危害為滑坡危害和蠕變危害。王琛等[38]（2003）進(jìn)行了泄灘滑坡體滑動(dòng)帶上的三軸排水蠕變試驗(yàn)研究，分別給出了排水條件下粘性土的Singh-mitchell蠕變方程和Mesri蠕變模型。對相對成熟的蠕變模型或蠕變理論進(jìn)行改良。王洪興等[,39]（2004）對小浪底庫區(qū)的廟上北滑坡進(jìn)行了研究，分析了其滑帶土中的黏土礦物，研究表明，在水的不斷升降作用下，滑帶土中的黏土礦物不斷膨脹收縮，導(dǎo)致滑帶土的抗剪強(qiáng)度持續(xù)下降，對滑坡穩(wěn)定性有著不良的影響。袁從華等[40]（2006）研究了朝陽坡滑坡，該滑坡由平緩的紅砂巖形成，分析認(rèn)為該紅砂巖滑坡發(fā)生的外部原因是當(dāng)?shù)貜?qiáng)烈的降雨條件，內(nèi)部原因則是紅砂巖層中存在的軟弱夾層以及軟弱夾層的臨空。王維旱等[41]（2007）研究了西南某大型水電站左岸壩肩邊坡，其分布有多層二疊系凝灰?guī)r軟弱夾層，其中對該邊坡穩(wěn)定性影響最大的是標(biāo)記為A3的軟弱夾層，認(rèn)為A3可能構(gòu)成該邊坡的潛在的滑動(dòng)面,對該邊坡的穩(wěn)定性影響很大。CojeanR等[,42]（2011）通過對黃土坡滑坡的分析，強(qiáng)調(diào)了數(shù)值模擬對研究逐漸被淹沒的邊坡的作用，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的加固或排水系統(tǒng)。Y.R.Li等[43]（2013）利用大型環(huán)剪儀對3個(gè)大型滑坡的27個(gè)滑帶土試件進(jìn)行了0.1、1和10mm/s三種剪切速率的試驗(yàn)。得出了殘余強(qiáng)度和塑性指數(shù)、液限、粒子對稱性等的關(guān)系。趙亞文[44]（2018）以上河村花花巖組滑坡的坡體組成物質(zhì)為研究對象，研究堆積體滑坡的蠕變特性,建立適用于該堆積體滑坡的蠕變模型，分析了滑坡坡體組成物質(zhì)的長期強(qiáng)度變化規(guī)律,并將蠕變模型參數(shù)代入FLAC3D軟件中進(jìn)行數(shù)值模擬,對滑坡的長期穩(wěn)定性進(jìn)行了評估。對于蠕變變形研究來說，目前的巖土體宏觀本構(gòu)模型大體可分為四大類：經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、元件模型、半?jīng)驗(yàn)半理論模型、屈服面模型等。常見的例如Singh-Mitchell模型，Mesri模型等經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以及Maxwell模型，Burgers模型，Kelvin模型等原件模型。由于在工作和科研中，數(shù)值模擬越來越真實(shí)和普及，相比于其他幾個(gè)模型，元件模型用彈性元件（彈簧）、塑性元件（滑塊）和粘性元件（粘壺）來模擬，通過元件之間的串聯(lián)和并聯(lián)來描述土體的蠕變性質(zhì)?；谠⒌谋緲?gòu)模型不僅形象、而且直觀、易懂，能清楚地將復(fù)雜的蠕變問題表現(xiàn)出來，有助于分別認(rèn)識(shí)變形的彈性部分、塑性部分和粘性部分。因此，元件模型在目前本構(gòu)模型研究中應(yīng)用較廣，尤其是在數(shù)值模擬軟件中。1.2.3邊坡三維模擬研究現(xiàn)狀近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，使得使用計(jì)算機(jī)的仿真和模擬技術(shù)也快速發(fā)展，使用計(jì)算機(jī)仿真與模擬技術(shù)對巖土工程進(jìn)行分析，已經(jīng)是巖土工程領(lǐng)域內(nèi)常見的做法。由美國Itasca公司研發(fā)的三維有限差分軟件Flac3D是其上一代產(chǎn)品flac2D軟件的擴(kuò)展，目前已發(fā)展到6.0版本，在巖體工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在模擬大變形以及緩慢失穩(wěn)和破壞等情況有比較好的效果。但是，對于建立復(fù)雜的真三維地質(zhì)模型來說，F(xiàn)LAC3D軟件依然存在很大不足：①FLAC3D軟件的操作幾乎全部采用命令流，很少能使用交互式操作，建立模型的過程不能直觀顯示；②當(dāng)需要建立的地質(zhì)模型表面變化復(fù)雜，地層變化多樣時(shí)，需要對各個(gè)邊界數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，命令數(shù)量大，出錯(cuò)不易查出；③建立復(fù)雜模型時(shí)要花費(fèi)大量時(shí)間才能使模型與實(shí)際較吻合。對于模型的網(wǎng)格劃分，復(fù)雜三維地質(zhì)模型的網(wǎng)格劃分需要借助其他前處理軟件，如ANSYS等進(jìn)行，F(xiàn)LAC3D5.0以前，甚至無法對導(dǎo)入自別的前處理軟件的模型的網(wǎng)格進(jìn)行加密等操作，6.0版本實(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜三維模型的網(wǎng)格進(jìn)行二次編輯，例如網(wǎng)格加密或者使其變得更加稀疏等操作，在網(wǎng)格編輯層面實(shí)現(xiàn)了一定的改進(jìn)?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，使用其他軟件進(jìn)行三維地質(zhì)建模前處理就成了常用的做法。對復(fù)雜地形中高陡、直立邊坡的地形測量及三維建模一直是地質(zhì)工作者面臨的難題，廖秋林、曾錢幫、劉彤等[45]（2005）采用VisualBasic語言編寫了FLAC3D-ANSYS接口程序,實(shí)現(xiàn)了FLAC3D軟件建模的直觀、快速和自動(dòng)化；董鵬、李長洪[46]（2007）根據(jù)FLAC和ANSYS單元模型的不同，討論了將模型在兩種軟件中互相轉(zhuǎn)換的問題，從而充分發(fā)揮了FLAC在在巖土工程中求解問題的優(yōu)越性。劉秀軍、邵國波、魏群等[47-52]（2004-2014）使用GOCAD建模軟件，對復(fù)雜地形和地質(zhì)條件下三維地質(zhì)模型的建立進(jìn)行了探討和研究。王明，李麗慧等[53]（2019）利用低空無人機(jī)精確攝影技術(shù)，結(jié)合GeomagicStudio強(qiáng)大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理功能以及南方CASS的地形圖成圖功能對邊坡進(jìn)行快速成圖，建立CAD三維曲面模型，并利用Hypermesh劃分網(wǎng)格，最后導(dǎo)入FLAC3D進(jìn)行計(jì)算；Chen等[54]（2019）提出一種無人機(jī)傾斜測量技術(shù)，通過無人機(jī)超低空飛行采集數(shù)據(jù)，建立三維空間模型，提取危巖體的技術(shù)參數(shù)，該方法對危巖體的勘察評價(jià)來說，具有重要價(jià)值。在以上這些方法中，ANSYS由于命令較為復(fù)雜和繁瑣，沒有簡潔的人機(jī)交互界面，使用的人越來越少；由法國Nancy大學(xué)開發(fā)的地質(zhì)建模軟件GOCAD，提供了23種建模對象，16個(gè)工作流，可以快速的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互式構(gòu)造建模、儲(chǔ)層網(wǎng)格建模、模型剖分及地質(zhì)屬性分析，支持目前幾乎所有圖形軟件，提供的DSI插值方法解決了地質(zhì)數(shù)據(jù)具有不連續(xù)性、不確定性，以及不同來源或類型的數(shù)據(jù)可信度不同的問題，逐漸成為目前主流的三維建模軟件。新型的，利用無人機(jī)航拍技術(shù)進(jìn)行三維建模的方式，雖然這種建模方式在地表模型精度，對高危巖體模型數(shù)據(jù)采集的便捷程度等方面存在優(yōu)勢，但是在地下地質(zhì)體模型建立中，仍然無法代替常規(guī)的鉆探、物探等技術(shù)手段。從前人的研究情況以及成果可以看出，庫水位的升降影響庫岸滑坡的地下水滲流場，進(jìn)而對滑坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，因此開展滑坡滲流分析是穩(wěn)定性評價(jià)的基礎(chǔ)工作和前提；鑒于三維幾何建模和計(jì)算過程的復(fù)雜性，目前關(guān)于滑坡穩(wěn)定性和變形的研究多以二維和準(zhǔn)三維為主，并且集中在庫水位升降過程中，而對庫水位以什么樣的方式下降（例如連續(xù)下降，或者下降過程中在某一中間水位停留等）對降至最低水位后滑坡的穩(wěn)定性有利，則研究較少，因此論文以二維和三維建模為基礎(chǔ)，采用二維與三維結(jié)合起來評價(jià)的方式，開展對黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體在庫水位下降方式不同時(shí)的穩(wěn)定性和變形特征的研究。1.3主要研究內(nèi)容與技術(shù)路線1.3.1主要研究內(nèi)容（2）不同維度計(jì)算模型的建立：準(zhǔn)確的建立地質(zhì)模型，是后續(xù)數(shù)值模擬分析的基礎(chǔ)。依據(jù)黃土坡臨江Ⅰ號(hào)滑坡的地表和地下地質(zhì)體的勘察數(shù)據(jù)，依據(jù)主滑面建立二維模型，按照實(shí)際地形建立三維模型，為后續(xù)分析做好準(zhǔn)備。（2）不同工況下滑坡滲流場分析隨著三峽庫區(qū)的庫水位不斷升降，黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體的地下水滲流場也會(huì)隨著庫水位的升降而發(fā)生周期性的變化，這種變化會(huì)對滑坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。論文在5種工況下對滑坡滲流場進(jìn)行模擬，得出不同的地下水位浸潤線，分析了地下水位浸潤線變化的規(guī)律和原因，為下一步二維穩(wěn)定性分析和三維變形分析做好準(zhǔn)備。（3）不同工況下滑坡二維穩(wěn)定性分析為了研究滑坡在5種工況下的穩(wěn)定性變化情況以及穩(wěn)定性系數(shù)與地下水滲流場的關(guān)系，在上一步滲流分析的基礎(chǔ)上，設(shè)置合理的計(jì)算參數(shù)，對黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體進(jìn)行二維數(shù)值模擬，得到不同工況下的，隨著時(shí)間變化的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)，綜合對比分析5種工況下滑坡穩(wěn)定性變化情況。（4）不同工況下滑坡三維變形分析以三維模型和滲流分析得到的地下水浸潤線為基礎(chǔ)，選擇適當(dāng)?shù)娜渥兡Ｐ停O(shè)置合理的計(jì)算參數(shù)，將滲流計(jì)算與固體力學(xué)計(jì)算耦合，對黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體進(jìn)行三維變形分析，進(jìn)一步研究了不同工況下滑坡變形和穩(wěn)定性變化情況，也反向驗(yàn)證了二維穩(wěn)定性計(jì)算所得出的結(jié)論。1.3.2技術(shù)路線本文的技術(shù)路線如圖1.1所示，主要包括：（1）黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體變形特征分析收集黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體基礎(chǔ)地質(zhì)資料，包括地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等、收集各種監(jiān)測資料，包括地下水位、庫水位變化，地表位移、深部位移以及降雨資料。（2）建立黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體二維和三維模型在第一步收集資料的基礎(chǔ)上，使用2-2’剖面建立二維模型，使用7條剖面加鉆孔點(diǎn)、等高線等建立黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體的真三維模型，為下一步模擬計(jì)算和分析做好準(zhǔn)備。（3）黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體坡滲流場分析結(jié)合黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體地質(zhì)結(jié)構(gòu)，利用庫水位變化、降雨的統(tǒng)計(jì)資料以及地下水位數(shù)據(jù)，建立黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體滲流模型，劃分5種工況，使用Geostudio軟件的SEEP/W分析模塊，分別對5種工況進(jìn)行庫水位變化+降雨條件下的滲流模擬，得到各個(gè)工況下每一天的地下水浸潤線，分析地下水位浸潤線的變化和庫水位、降雨的相關(guān)性。（4）黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體二維穩(wěn)定性分析在滲流分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體物質(zhì)結(jié)構(gòu)與組成，選取合理的材料物理力學(xué)參數(shù)，建立二維的滑坡穩(wěn)定性計(jì)算模型，使用Geostudio軟件的SLOPE/W分析模塊，對滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，得到5種工況對滑坡穩(wěn)定性的影響以及穩(wěn)定性系數(shù)的變化規(guī)律，分析其產(chǎn)生的原因。（5）黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體三維變形分析基于滲流場的分析，每種工況選取1-2個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的浸潤線導(dǎo)入已經(jīng)建立好的黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體三維模型中，在Flac3D中進(jìn)行蠕變變形數(shù)值模擬，在主滑面上前后設(shè)置5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，結(jié)合監(jiān)測資料分析5種工況下滑坡變形的規(guī)律，同時(shí)，三維變形分析也是對第4部分滑坡二維穩(wěn)定性分析結(jié)果的驗(yàn)證。圖1.1技術(shù)路線第二章黃土坡滑坡區(qū)域地質(zhì)環(huán)境黃土坡地區(qū)是巴東縣新城區(qū)，是從東方向往西方向上的第一個(gè)小區(qū)，在它的東側(cè)，距離老城區(qū)約2km，黃土坡地區(qū)在行政區(qū)劃上，屬于巴東縣信陵鎮(zhèn)。地理坐標(biāo)東經(jīng)110°23′，北緯31°02′。該小區(qū)總面積1.56km2，規(guī)劃面積1.05km2，黃土坡滑坡區(qū)面積1.282km2，滑坡范圍基本上覆蓋了黃土坡小區(qū)全區(qū)。巴東縣城地處長江黃金水道與“209”國道交叉點(diǎn)，陸路可直達(dá)恩施、宜昌，水路可直通宜昌、武漢、重慶，是鄂西地區(qū)客流和物流的中轉(zhuǎn)站，交通便利。圖2.1巴東縣及黃土坡滑坡衛(wèi)星影像圖2.1地形地貌巴東縣地形西側(cè)高東側(cè)低，從南向北起伏不斷，自西向東呈狹長的形狀。東西寬（最窄處）10.3千米，南北長（水平距）135千米，屬于長江三峽中段西陵峽與巫峽之間的過渡地帶，地表崎嶇；地貌成因類型屬構(gòu)造侵蝕中低山峽谷區(qū)，在蓄水之前，山頂高程700～1230m，相對高差600～800m，山巒起伏，峽谷幽深，溝壑縱橫，是典型的喀斯特地貌。最高海拔3005m，最大相對高差2938.2m。地表平均坡度28.6度，其中25度以上的高山占總面積的66%，地形以山地為主；37.09%為高山區(qū)（海拔1200m以上），33.07%為中山區(qū)（海拔800m-1200m）。長江在此段順軸向近東西的官渡口復(fù)向斜核部偏南發(fā)育，流向自N80°E轉(zhuǎn)S50°E，河谷橫斷面呈敞口較寬的“V”字型，江面寬300～600m。2.2地層巖性三迭系中統(tǒng)巴東組（T2b）的地層為海陸交互相碎屑巖，并沉積有少量的碳酸鹽巖，時(shí)黃土坡地區(qū)出露的主要基巖地層，與嘉陵江組整合接觸。巴東組（T2b）總厚度1256.84m，共分5個(gè)巖性段，滑坡范圍內(nèi)主要出露T2b2、T2b3兩個(gè)巖性段，巖性特征見表2.1。表2.1黃土坡及相鄰地層巖性表系統(tǒng)組段巖性分段厚度(m)三疊系中統(tǒng)巴東組(T2b2)第五段(T2b5)淺灰色微晶灰?guī)r，灰白、灰黑色泥晶白云巖或夾泥巖，淺灰色白云質(zhì)粉砂巖。21.52第四段(T2b4)灰質(zhì)粉砂巖夾細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖，紫色，灰質(zhì)泥巖夾灰綠色灰?guī)r、微晶灰?guī)r，紫紅色灰質(zhì)粉砂巖夾泥巖，紫紅色灰質(zhì)泥巖夾粉砂巖。354.50第三段上亞段(T2b3～2)淺灰綠色～藍(lán)灰色厚層泥巖，黃綠、淺灰、藍(lán)灰、黃灰、綠灰色中厚層泥灰?guī)r，夾淺肉紅色、褐黃色中厚～厚層泥質(zhì)白云巖、淺灰色含生物碎屑粗晶灰?guī)r。153.00第三段下亞段(T2b3～1)棕黃色、灰色白云巖，灰?guī)r，中間夾有少量黃綠色鈣質(zhì)泥巖、深灰色中厚層～厚層泥灰?guī)r。229.30第二段(T2b2)紫紅色泥巖夾粉砂巖、紫紅色含灰質(zhì)結(jié)核粉砂巖、泥巖互層。418.87第一段(T2b1)灰綠色、黃綠、灰色灰質(zhì)泥巖夾泥晶灰?guī)r、白云巖、灰綠色石英砂巖。79.66下統(tǒng)嘉陵江組(T1j3)第三段薄層白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、灰?guī)r夾角礫狀灰?guī)r。黃土坡地區(qū)的主要表面覆蓋層為第四系松散堆積物，分布范圍廣，在二道溝到四道溝之間，海拔高程低于600m的地方均有分布。第四系松散堆積物按成因類型劃分為崩坡積、滑坡堆積、殘坡積、人工堆積等在高程600m以下二道溝至四道溝之間坡體上廣泛分布著第四系地層的松散堆積物，它是該地區(qū)的主要淺層地層，按成因類型劃分，主要有崩滑堆積、殘坡積、崩坡積、滑坡堆積、人工堆積等。2.3地質(zhì)構(gòu)造及地震2.3.1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造黃土坡地區(qū)在區(qū)域構(gòu)造上位于揚(yáng)子地臺(tái)川東坳陷褶皺束的東端，區(qū)域性褶皺主要為一系列向北西外凸近于平行展布的弧形褶皺，背斜多屬緊閉背斜，局部有倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，向斜為復(fù)式向斜，多沿主軸兩側(cè)呈平行斜列式展布。褶皺軸向自西向東由北東轉(zhuǎn)為北東東，最后以近東西向嵌入秭歸向斜中。次級(jí)構(gòu)造處于軸向近東西的官渡口復(fù)向斜的東端南翼，南鄰沙鎮(zhèn)溪至百福坪背斜北翼，東臨秭歸向斜。臨近黃土坡地區(qū)的主要區(qū)域性活動(dòng)斷裂有北北西向仙女山斷裂，北北東向的新華斷裂和齊岳山斷裂。三大主干斷裂，在測區(qū)附近呈匯而不交狀態(tài)。巴東地區(qū)基本構(gòu)造格局雛形形成于印支期，定型于燕山期，在喜馬拉雅期又進(jìn)一步得到了改造與加強(qiáng)。2.3.2黃土坡及其鄰近地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造（一）斷裂黃土坡及鄰近地區(qū)的斷層按走向可分為近東西、近南北向、北東向及北西向斷裂組。1、近東西向斷裂黃土坡及其鄰近地區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的斷層為巴東斷裂（F1），展布于測區(qū)南部，大致沿嘉陵江組（T1j）與巴東組（T2b）地層分界線呈近東西向延伸，地貌上呈現(xiàn)明顯的線型溝谷低地。破碎帶寬窄不一，最寬處位于滑坡區(qū)南東邊緣209國道畝田灣段，寬約130m，主斷面產(chǎn)狀350°∠75°。構(gòu)造巖以角礫巖、碎裂巖為主，其間夾有擠壓透鏡體。角礫成份復(fù)雜，源于T1j的灰?guī)r、白云巖和T2b1的灰綠色鈣質(zhì)泥巖、紫紅色泥巖角礫混雜，無分選，角礫形狀不規(guī)則且棱角明顯，見有大小不等的早期擠壓扁豆體，雜亂分布于張性角礫巖中。早期（燕山期）在近南北向應(yīng)力作用沿T1j3頂部逆沖，斷距約160m，形成早期擠壓扁豆體、順層劈理及揉皺；晚期（據(jù)ESR測年值為30×104a，相當(dāng)于中更新世中后期）具拉裂性質(zhì)，充填大量張性混雜角礫巖，并包裹了早期的擠壓透鏡體。這一特點(diǎn)反應(yīng)了本區(qū)大部分東西向斷裂多期活動(dòng)的特點(diǎn)。除此之外，黃土坡地區(qū)T2b3-2中厚—厚層泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r地層中近東區(qū)向?qū)娱g錯(cuò)動(dòng)（順層滑移、擠壓）較發(fā)育，總體顯示逆沖性質(zhì)。四道溝屠宰場右側(cè)泥灰?guī)r見有數(shù)條寬0.2～1m擠壓破碎帶，泥灰?guī)r角礫與灰黃色碎石土混雜，近層面處具擠壓扁豆體，兩盤巖層牽引現(xiàn)象顯示上盤逆沖的順扭性質(zhì)。2、近南北向斷裂近南北向斷裂在區(qū)內(nèi)僅于新碼頭江邊一帶見有一條規(guī)模較大的張扭性斷裂，主斷面產(chǎn)狀N16°W/NE∠80°，破碎帶寬15m，構(gòu)造巖為張性角礫巖及方解石團(tuán)塊，兩側(cè)巖層牽引現(xiàn)象明顯，近東西向陡傾劈理發(fā)育，系S—N向區(qū)域擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用的產(chǎn)物。3、北東和北西向斷裂北東向斷裂見有2條，北西向斷裂見有3條，一般規(guī)模均較小，破碎帶寬20～80cm，構(gòu)造巖以碎裂巖、角礫巖為主，偶見有片狀構(gòu)造巖。北東組斷裂顯示早期壓扭后期張扭的多期活動(dòng)特性，北西組斷裂主要顯示張性構(gòu)造特征，系S～N向區(qū)域擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用形成兩組共軛結(jié)構(gòu)面經(jīng)后期改造的結(jié)果。（二）褶皺構(gòu)造巴東縣新城區(qū)主要的褶皺構(gòu)造為呈近東西向展布的官渡口復(fù)向斜，向斜軸于黃土坡地區(qū)以西的涼水溪溝口延入長江，呈近東西向于黃土坡北部橫穿而過。其核部地層除白巖溝口為T2b4外，大部為T2b3地層。向斜軸面向南傾斜，北翼地層傾角10～25°，南翼地層傾角20°～48°。黃土坡地區(qū)位于官渡口復(fù)向斜南翼，主要發(fā)育一系列與之平行的次級(jí)小褶皺。巴東組第三段（T2b3）中揉皺緊密的近東西向小褶曲甚為發(fā)育，層間擠壓錯(cuò)動(dòng)強(qiáng)烈，并伴隨有糜棱巖化或碎裂巖化現(xiàn)象。沿軸向伴生的東西向近直立劈理密集發(fā)育，兩翼及轉(zhuǎn)折端張性裂隙發(fā)育。這類近東西向小褶曲在二道溝溝口、縣醫(yī)院南東側(cè)、農(nóng)機(jī)廠西四道溝一帶表現(xiàn)極為明顯，但一般規(guī)模不大，可見延伸長度多為100～250m。（三）節(jié)理裂隙區(qū)域內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育主要受控于區(qū)域構(gòu)造格局，其方向基本上與本區(qū)斷裂及褶皺軸面一致。1、近東西向裂隙組該組裂隙為本區(qū)裂隙主要發(fā)育方向，一般傾北，傾角65°～80°。裂隙間距小，多密集成帶狀，中薄層結(jié)構(gòu)的泥質(zhì)灰?guī)r表現(xiàn)明顯，密度可達(dá)50～100條/m，中厚層灰?guī)r中裂隙密度僅為5～10條/m。裂隙延伸一般較短，一般長1～5m。裂隙主要發(fā)育于灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r等硬脆性巖體中，多屬壓剪和張性，張性裂隙主要出現(xiàn)在褶皺轉(zhuǎn)折部位，壓剪裂隙則主要出現(xiàn)在褶皺兩翼部位。2、近南北向裂隙組一般傾向東，傾角70°～80°，裂隙間距較大，但延伸長，一般5～20m，測區(qū)西側(cè)白巖溝、大巖洞一帶長達(dá)數(shù)百m，常沿裂面形成陡坎地形。黃土坡地區(qū)該組裂隙面成為溝谷的側(cè)向控制邊界，多屬橫張或橫剪性質(zhì)，橫張裂隙多呈雁行式，且充填有方解石脈。3、北東及北西向裂隙組一般傾北東或北西，傾角50°～70°，裂面平直光滑，產(chǎn)狀穩(wěn)定，呈“×型”，多屬剪切裂隙。2.3.3地震本區(qū)屬黔江—興山地震小區(qū)，巴東縣新城區(qū)位于黔江—興山地震帶的北東端，縣城東側(cè)約17km為秭歸—漁洋關(guān)小地震帶的北端。黔江—興山地震主要有郁江斷裂、齊岳山斷裂、黔江斷裂、恩施～建始斷裂、咸豐～黔江斷裂、新華斷裂、?？跀嗔押妄徏覙驍嗔训?。黔江—興山地震帶地震頻度不高，但釋放能量高于周圍地區(qū)，強(qiáng)震均為逆發(fā)型，震源深度8～16km，據(jù)國家地震局《中國地震烈度區(qū)劃圖》，巴東縣新城區(qū)處于Ⅵ度區(qū)內(nèi)。因?yàn)樗畮煨钏顒?dòng)而引發(fā)的地震稱為水庫誘發(fā)地震。最早的水庫誘發(fā)地震發(fā)生于1931年希臘的馬拉松水庫，直到兩年后阿爾及利亞的富達(dá)水庫地震頻發(fā)后，水庫地震才被重視。在我國已有十多座水庫發(fā)生了誘發(fā)地震。這種地震主要是由于水庫蓄水以及水壩的重力荷載對附近地層、斷裂等產(chǎn)生影響，繼而引發(fā)地震，對壩體本身和水庫沿岸的滑坡的穩(wěn)定性都有重要影響。黃土坡滑坡地區(qū)的水庫誘發(fā)地震的震級(jí)可以按照5.5級(jí)來考慮，烈度按照Ⅵ度考慮。2.4水文地質(zhì)巴東地域遼闊，山川縱橫，地表水資源極為豐富，境內(nèi)除長江、清江橫貫外，還有河流10條，小支流68條，徑流量33億立方米，蘊(yùn)藏量為173萬千瓦。尤其是發(fā)源于神農(nóng)架南麓的神農(nóng)溪水系，落差集中，流量穩(wěn)定，水源充沛，兩岸覆蓋率達(dá)74%，人稱“青山常在，綠水常流”，是全縣水電開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)。長江流經(jīng)巴東城區(qū)河段呈向北突出的弧形，江面寬300～600m，為三峽地區(qū)相對較寬的河段。長江水量豐沛，枯洪變幅較大，洪水期出現(xiàn)在7—9間，最高洪水位112.85m（1970年）?？菟?—3月間，最低枯水位54.77m（1979年）。葛州壩水庫蓄水后，枯水位回升至66.02m，最大洪峰流量75000m3/s，最枯流量2700m3/s，枯洪水位變幅達(dá)46.83m，枯洪流量之比達(dá)27.8倍。巴東縣城黃土坡地區(qū)地表水系不發(fā)育，頭道溝、四道溝等為具常年性流水的溪溝，流量較小，枯水期部分溪溝斷流，雨季溝道流量較大，大暴雨后水流劇增，最大流量達(dá)10m3/s，對岸坡沖刷破壞強(qiáng)烈，黃土坡地區(qū)地表水大部沿坡體匯入上述溝道排入長江。根據(jù)黃土坡地區(qū)地下水的含水介質(zhì)特點(diǎn)、水動(dòng)力特征等，可將黃土坡地區(qū)地下水分為碳酸鹽巖巖溶水、碳酸鹽巖夾碎屑巖裂隙巖溶水、碎屑巖裂隙水、松散堆積層孔隙水四大類。碳酸鹽巖巖溶水主要存在于三迭系嘉陵江組碳酸鹽巖類中，分布于南部區(qū)域及其周邊地區(qū)，地下水量較豐富，但其分布不均、埋深較大，地表嚴(yán)重缺水，基本無泉水出露，該類巖溶水的逕流、排泄對黃土坡地區(qū)斜坡穩(wěn)定性無直接影響。圖2.2巴東區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖（根據(jù)湖北省地災(zāi)防治勘查設(shè)計(jì)院資料）1、主干斷裂；2、發(fā)震斷裂及推測發(fā)震斷裂；3、構(gòu)造盆地；4、第四系；5、白堊系至第三系；6、侏羅系；7、震旦系至三疊系；8、花崗巖類；9、元古界變質(zhì)巖；10、Ⅰ-Ⅰ’遠(yuǎn)安斷裂；11、Ⅱ-Ⅱ’仙女山斷裂；12、Ⅲ-Ⅲ’新華斷裂；13、Ⅳ-Ⅳ’齊岳山斷裂；14、背斜軸；15、向斜軸碳酸鹽巖夾碎屑巖裂隙巖溶水主要賦存于裂隙和溶蝕裂隙之中，其富水性弱，動(dòng)態(tài)變化大，地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給，局部也有來自上部碎屑巖裂隙水的滲入補(bǔ)給，其排泄基準(zhǔn)面總體受長江河谷及深切溝谷的制約，其水位的急劇變化對局部高陡坡體穩(wěn)定性影響較大。碎屑巖裂隙水含水巖組在地表淺部由于風(fēng)化裂隙發(fā)育，含裂隙潛水，其富水性弱，動(dòng)態(tài)變化大，地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給、逕流與排泄受微地貌控制，具有“水隨山勢走，山高水也高”的特點(diǎn)，地下水逕流、排泄對變電站滑坡、園藝場滑坡穩(wěn)定性具有一定影響。松散堆積層孔隙水含水層組分布最為廣泛，水位埋深變化較大，一般埋深50.52～69.72m，最大埋深78.20m。地下水接受大氣降水補(bǔ)給，其逕流、排泄受滑坡微地貌及巖性控制，在滑坡平臺(tái)前緣及溝谷切割處見有零星滲水及泉點(diǎn)分布。如遇暴雨或連續(xù)降雨，松散結(jié)構(gòu)的滑體物質(zhì)在接受大氣降水入滲后，易于飽水軟化，力學(xué)強(qiáng)度降低，對滑坡穩(wěn)定不利，該含水巖組內(nèi)地下水活動(dòng)對庫岸穩(wěn)定影響明顯。2.5氣候條件巴東縣位于亞熱帶季風(fēng)區(qū)，溫暖濕潤，降雨豐沛，春夏秋冬四季分明。光、熱、水分布垂直差異明顯，形成各種不同的山地型小氣候。海拔升高100米，氣候平均下降0.62℃，無霜期減少5～7天。太陽輻射總量處于全國低值區(qū)，年平均88～99千米卡/平方厘米，日照總時(shí)數(shù)在1200～1650小時(shí)之間。氣溫立體分布，無霜期最長為311天，最短173天。年平均降雨量為1100～1900毫米，多集中4～9月。年風(fēng)速偏低，平均風(fēng)速1.5～3.4米/秒，多為偏東風(fēng)和偏西南風(fēng)，北風(fēng)、西風(fēng)頻率低。城區(qū)位于鄂西暴雨區(qū)五峰暴雨中心北緣，多年平均降雨量1100.7mm（1954年～2000年），最大年降雨量1522.4mm（1954年），最小年降雨量694.8mm（1966年）。降雨多集中在夏季，且常常出現(xiàn)連續(xù)降雨，四月份到九月份的降雨量占全年降雨總量的77.8%。在發(fā)生連續(xù)降雨或者大暴雨時(shí)，一小時(shí)最大降雨量為75.2mm，出現(xiàn)在1991年8月6日，一日最大降雨量達(dá)193..3mm，出現(xiàn)在1962年7月15日，一周最大降雨量237.5mm，出現(xiàn)在1991年8月7日至14日。連續(xù)數(shù)月的強(qiáng)降雨和較大的全年降雨總量是該地區(qū)各種地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的重要外部因素。根據(jù)過氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)資料統(tǒng)計(jì)，1981年-2010年巴東縣多年月平均降雨量入表2.2所示。表2.2巴東縣多年月平均降雨量表（1981-2010）月份123456789101112降雨量（mm）15.532.347.796.1134.7148.1182.3151.7110.293.845.816.8全年占比（%）1.434.48.912.513.817.014.110.38.74.31.6圖2.3巴東縣多年月平均降雨量柱狀圖（1981-2010）第三章黃土坡滑坡發(fā)育特征與變形特征 黃土坡滑坡位于巴東縣的東側(cè)，前緣緊鄰長江，湖北省地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計(jì)院曾于2002年做了專業(yè)的勘查工作，自2003年建立地表、地下監(jiān)測系統(tǒng)及2005年建立地表群測群防系統(tǒng)以來的各項(xiàng)監(jiān)測成果表明、坡體地表變形較強(qiáng)烈，裂縫眾多，已直接影響了當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)的安全和人心的穩(wěn)定，地下監(jiān)測成果也反映出坡體有一定的變形，因此，長江水利委員會(huì)長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院在2008年又再次對黃土坡滑坡進(jìn)行了勘查評價(jià)工作。3.1黃土坡滑坡整體形態(tài)特征黃土坡地區(qū)的地形地貌，總體上是南西側(cè)較高，北東側(cè)較低，其中黃土坡滑坡坡面傾向?yàn)榻鼥|西向，南側(cè)高于北側(cè)，西側(cè)略高于東側(cè)。坡面形態(tài)不平整，加上后期的人工活動(dòng)，呈現(xiàn)出陡緩不一致的折線型，總體上是前緣較陡，中部較為平緩，后緣又變?yōu)檩^陡的趨勢。黃土坡坡面的走向與下方基巖的走向基本保持一致，總體上為順向坡。由于受到歷史上多期次的滑坡變形影響，黃土坡滑坡體上發(fā)育有多個(gè)層級(jí)的緩坡平臺(tái)。斜坡地段沖溝發(fā)育，主要受巴東斷裂控制。沖溝大致沿縱張裂隙呈近南北向展布，線密度2條/1km。區(qū)域內(nèi)有三條規(guī)模較大的沖溝，分別為二、三、四道溝。二道溝位于黃土坡北東部，總體呈N30°E向延伸，總長度約1000m，大體可分為三段，大部分區(qū)段在溝底出露有T2b3灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r。三道溝位于黃土坡中部，總體呈近南北向，全長1500m左右。四道溝位于黃土坡西側(cè)，為滑坡區(qū)規(guī)模最大的沖溝，總體呈N10°E向延伸，全長2000m左右，大部分溝段岸坡基巖裸露，岸坡高陡，匯水面積較大，平均縱坡降33.5‰，溝床中多見因巖石軟硬相間形成的跌水陡坎，雨季溝道水流劇增，對岸坡沖刷破壞強(qiáng)烈，易誘發(fā)邊坡失穩(wěn)，黃土坡地區(qū)控制地表徑流匯集和排泄的主要是二、三、四道溝三條溝谷，黃土坡滑坡被這三條溝谷切割成為了若干個(gè)塊體，由于長江最低侵蝕基準(zhǔn)面的存在，絕大部分沖溝沒有切穿滑坡體，僅僅在三道溝金堂路轉(zhuǎn)休橋以下存在局部切穿。黃土坡滑坡地區(qū)主要分布有臨江崩滑堆積體、變電站滑坡、園藝場滑坡等。其面積約1.35×106m2，體積6.93×107m3，黃土坡滑坡工程地質(zhì)平面圖如圖3.1所示。圖3.1黃土坡滑坡工程地質(zhì)平面圖3.2臨江Ⅰ號(hào)崩滑體形態(tài)及結(jié)構(gòu)特征3.2.1形態(tài)及規(guī)模 在黃土坡滑坡區(qū)二道溝與新港碼頭之間，高程210～260m以下存在厚度很大的崩滑堆積體，稱為“臨江崩滑堆積體”。三道溝溝口東側(cè)至金堂路轉(zhuǎn)休橋一線的下臥基巖鼻狀梁將其分隔成東西兩個(gè)崩滑堆積體，故將上游三道溝以西崩滑堆積體稱臨江Ⅰ號(hào)崩滑堆積體，下游三道溝以東崩滑堆積體稱臨江Ⅱ號(hào)崩滑堆積體。臨江Ⅰ號(hào)崩滑堆積體西側(cè)邊界沿巴東新港碼頭東側(cè)至神農(nóng)溪職業(yè)高中至加油站至縣醫(yī)院一線，東側(cè)邊界沿三道溝基巖梁與Ⅱ號(hào)崩滑堆積體相接。后緣被園藝場滑坡覆蓋，大致在縣醫(yī)院至金齡中學(xué)一線，然后向東與Ⅱ號(hào)崩滑堆積體后緣連為一線，高程在290～250m，前緣直抵長江，高程90～70m。崩滑堆積體南北向最大長度770m，東西寬450～500m，面積32.50×104m2。根據(jù)勘查資料，崩滑堆積體厚度在不同部位有所變化，其平均厚度為69.40m，一般為60～80m，前緣薄，中上部厚，最大厚度為HZK14孔95.27m，最小厚度為HZK4孔31.66m，體積約2255.5×104m3。3.2.2滑坡結(jié)構(gòu)根據(jù)滑坡現(xiàn)場調(diào)查及已有的研究表明[55]，臨江I號(hào)崩滑體西側(cè)前緣的剪出口高程為95m左右，而從西側(cè)往東側(cè)，剪出口的高程順坡向降到了60m左右，往東剪出口高程順坡向驟降到60m左右，出現(xiàn)了高程突變，按照一般的滑坡發(fā)育規(guī)律來看，如果是一個(gè)整體型滑坡，滑動(dòng)面應(yīng)當(dāng)具有較好的連貫性，而不會(huì)出現(xiàn)剪出口突降這種情形，進(jìn)一步證明了黃土坡臨江I號(hào)崩滑體是一個(gè)雙層滑坡。圖3.2臨江Ⅰ號(hào)崩滑體雙層結(jié)構(gòu)[39]3.3臨江Ⅰ號(hào)崩滑體物質(zhì)組成臨江Ⅰ號(hào)崩滑體滑體物質(zhì)組成以塊石土為主，同時(shí)含有碎石夾黏性土，碎石土等，三類土的比例約為6:3:1。棕紅色，中密，成棱角狀、次棱角狀，黏性土主要為砂質(zhì)黏土，粉質(zhì)黏土等。塊石土塊徑一般60～200cm，部分300～500cm，極少數(shù)大于500cm。塊石與塊石間多夾（含）有碎石、碎石土，土石比1:9～2:8。塊石土累計(jì)厚度一般40～60m，多分布于135m高程以上地帶。碎石夾（含）土，土石比2:8～3:7，碎石多呈棱角狀至次棱角狀，極少數(shù)呈次園狀。粘性土一般為砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土，可塑至硬塑狀態(tài)，少部分見有擠壓痕跡，從擦痕既有水平方向，又有豎直方向分析，系崩滑堆積體形成后內(nèi)部調(diào)整所致。該層主要分布于135m高程以下地帶，累計(jì)厚度35～70m，100～135m高程帶厚度大于80～100m高程帶。碎石土，土石比6:4～8:2，呈透鏡體狀分布于塊石、碎石層中。碎石直徑一般為2～5cm，少數(shù)為10～15cm，多呈次棱角狀，接近基巖面的碎石多具弱至中風(fēng)化特征，少數(shù)強(qiáng)風(fēng)化。土體以粉質(zhì)粘土為主，呈可塑～硬塑狀態(tài)。單層厚度0.1～1.0m，少數(shù)5.0～10.0m?；瑤Х譃闇\層滑帶和深層滑帶，淺層滑帶主要為粉質(zhì)黏土夾碎石，棕紅色，可塑-硬塑為主，不均勻，含碎石角礫；深層滑帶主要為粉質(zhì)黏土夾碎石，碎石含量較少，約百分之20，硬塑，顆粒密實(shí)。滑床的成分主要為三疊系中統(tǒng)巴東組第三段（T2B3）的灰色、青褐色的泥灰?guī)r以及泥質(zhì)灰?guī)r。圖3.3臨江Ⅰ號(hào)崩滑體典型工程地質(zhì)剖面圖（Ⅱ-Ⅱ’剖面）3.4基本物理力學(xué)特征3.4.1滑體物理力學(xué)特征黃土坡滑體物質(zhì)包括塊石土、碎石土、碎裂巖及粉質(zhì)粘土夾碎(塊)石幾個(gè)部分，表層大多為塊石土或碎石土，其中粗顆粒含量變化較大，結(jié)構(gòu)不均一，密實(shí)程度的差別也較大，因而土的物理力學(xué)性質(zhì)變化亦較大。土的顏色主要有以下幾種：紫紅色、黃褐色、綠灰色、灰黃色、棕紅色，其中紫紅色主要為T2b2的紫紅色泥巖、粉砂巖風(fēng)化后所致，主要分布于滑坡中上部；黃褐色、棕紅色主要為T2b3-1深灰色、灰黃色泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r風(fēng)化形成，主要分布于滑坡中下部及前緣灰色、灰黃色主要的為T2b3-2淺灰綠色、黃綠色泥灰?guī)r風(fēng)化形成，主要分布于滑坡前緣。臨江崩滑堆積體內(nèi)，通過前人野外大容重試驗(yàn)成果表明：土中的粗顆粒含量越高，容重值越大，一般情況下紫紅色碎石土容重值在20～23.5kN/m3，而其他幾種顏色碎石土容重值差異較大，一般在16.7～20.8KN/m3之間。臨江崩滑堆積體樣品主要取于地表，受空間位置影響，各指標(biāo)有較大差異：如孔隙比最小值為0.481,最大值達(dá)1.041，但大多數(shù)在0.6～0.85，約占總量的60%，按孔隙比進(jìn)行密實(shí)度分類屬于中密～稍密類；飽和度最小值為28.2%，最大值為97.2%，表明表土的含水狀態(tài)各異，但以SK=50%的居多，占總量的42%，Sr＞80%的占總量的33.3%。3.4.2滑帶和軟弱夾層物理力學(xué)特征根據(jù)湖北省地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計(jì)院勘查資料，臨江Ⅰ號(hào)崩滑堆積體取樣23組，其中蠕滑滑動(dòng)面7組，軟弱夾層16組。蠕滑滑動(dòng)面樣品主要取自于堆積體前緣的淺井及探槽內(nèi)，分布高程82.48～95m，其物質(zhì)為粉質(zhì)粘土夾碎石(角礫)，粉粒含量15～37%，粘粒含量13～30%，碎石含量2.5～20%。天然含水量均大于塑限，塑性指數(shù)8.9～14%，為中等塑性土，液性指數(shù)一般小于0，屬堅(jiān)硬類土，飽和度一般大于80%，主要是因?yàn)闃悠范辔挥诘叵滤灰韵?，φ值?～15°，C值為36～222KPa，壓縮模量一般12.3～15.8MPa，為中等壓縮性土。軟弱夾層物質(zhì)為粉質(zhì)粘土夾碎石(或角礫、礫砂)，粉粒含量17.5～46%，粘粒含量12～33%，透水性弱，天然含水量11～22.1%，天然重度19.4～22.6KN/m3，干重度16.4～19.3KN/m3，飽和度71.2～100%，塑性指數(shù)7.6～12.6%，為中等塑性土，液性指數(shù)小于0或0.012～0.039，屬可塑～堅(jiān)硬類土，壓縮模量為4.0～14.3MPa，為中壓縮性土。直剪試驗(yàn)φ值為8～15°，C值為33～124KPa。3.5黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體水文地質(zhì)特征滑坡的物質(zhì)組成決定了地下水賦存條件。臨江Ⅰ號(hào)崩滑體的地下水賦存條件為各種碎裂巖夾粉質(zhì)黏土和各種碎塊石土，這些巖土體土質(zhì)不均勻，且存在較大的空隙，結(jié)構(gòu)松散，含水量大。粉質(zhì)粘土夾碎石由于粉粒和粘粒含量高，透水性弱，形成相對隔水層，其地下水類型主要為松散堆積層孔隙水以及基巖裂隙水。其透水性因物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征差異而表現(xiàn)出差異性，與土體中的粘土，粉質(zhì)粘土含量及土體的密實(shí)程度有關(guān)。滲透系數(shù)因物質(zhì)成份不同具有一定的差異，其中碎塊石夾粘性土為0.76～1.20m/d，粘性土夾碎石土為0.24～0.44m/d，碎塊石夾粘性土為2.35m/d，均屬微弱透水巖類。地下水的補(bǔ)給主要是接受大氣降雨補(bǔ)給，地下水逕流主要受地形影響，方向總體順坡流動(dòng)，排入長江，除此之外以泉的方式排泄也是其重要的排泄方式之一。地下水水位隨長江水位變化而波動(dòng)。3.6黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體變形機(jī)理根據(jù)已有資料和研究[39],黃土坡滑坡為復(fù)活型的古滑坡，歷史上經(jīng)歷了多期墜覆發(fā)展，發(fā)育有三疊系巴東組第二段的（T2b2）中厚層紫紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和第三段（T2b3）中厚層灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r，抗風(fēng)化能力弱，更加容易形成滑動(dòng)面以及軟弱夾層，這是滑坡的物質(zhì)條件；黃土坡滑坡范圍內(nèi)裂隙發(fā)育，東西側(cè)均存在沖溝，為滑坡滑動(dòng)提供了邊界條件；長江三峽地區(qū)歷史上存在氣候溫暖濕熱，降雨充沛的時(shí)期，各種風(fēng)化營力強(qiáng)烈，對斜坡穩(wěn)定不利，這是其環(huán)境條件。從2003年三峽水庫開始蓄水后，隨著水庫蓄水水位的上升，黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體直接和庫水位接觸，滑坡前緣被淹沒的部分增大，受之影響，滑體內(nèi)的地下水位上升，滑體內(nèi)飽和土體所占比例增大，在地下水長期的軟化泥化作用下，滑體內(nèi)力學(xué)強(qiáng)度降低?；虑熬壸杌坞S著地下水位的上升，原有非飽和部分中，孔隙水壓力增大，土顆粒更加松散，有效應(yīng)力降低，抗滑力降低；地下水位的上升還導(dǎo)致了水壓力向坡外方向的分力增大，同樣使下滑力增大；庫水長期沖刷滑坡前緣，導(dǎo)致滑體前緣部分結(jié)構(gòu)松散，巖土體被庫水及地表水帶入長江，發(fā)生塌岸。以上幾點(diǎn)均對黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體穩(wěn)定性不利，也是發(fā)生變形的機(jī)理所在。3.7滑坡監(jiān)測系統(tǒng)3.7.1監(jiān)測階段黃土坡滑坡的監(jiān)測工作大致分為四個(gè)階段。第一階段：2003年以前，由中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)工程地質(zhì)技術(shù)方法研究所對該滑坡進(jìn)行監(jiān)測。第二階段：2003年3月～2005年9月，湖北省地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計(jì)院受湖北省地質(zhì)災(zāi)害防治中心委托，對黃土坡滑坡開展監(jiān)測工作。第三階段：2005年9月，黃土坡滑坡臨江崩滑堆積體監(jiān)測工作進(jìn)入了第三階段（動(dòng)態(tài)長期監(jiān)測），期初由湖北省地質(zhì)環(huán)境總站承擔(dān)黃土坡滑坡治理工程第三階段的監(jiān)測工作（大地變形、GPS衛(wèi)星定位、鉆孔傾斜儀、鉆孔地下水位等監(jiān)測），在2007年6月后，中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心接替中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)工程地質(zhì)技術(shù)方法研究所進(jìn)行鉆孔傾斜儀監(jiān)測工作。第四階段：2012年12月30日，隨著巴東野外綜合試驗(yàn)場的建成，在試驗(yàn)場內(nèi)建立了完整的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，對黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)監(jiān)測。3.7.2巴東野外綜合試驗(yàn)場巴東野外綜合試驗(yàn)場位于湖北省巴東縣黃土坡區(qū)域，在黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體內(nèi)，于2010年3月8日舉行開工典禮，4月25日正式進(jìn)入洞內(nèi)，并與2012年12月30日正式通過竣工驗(yàn)收。巴東野外大型綜合試驗(yàn)場由黃土坡試驗(yàn)隧洞群與一系列監(jiān)測系統(tǒng)組成。黃土坡滑坡實(shí)驗(yàn)隧洞群主洞全長908m，主洞內(nèi)共設(shè)5處支洞與若干觀測窗口。其中，3號(hào)支洞長145m，5號(hào)支洞長40m，2號(hào)支洞長10m，1號(hào)和4號(hào)支洞各長5m。沿3號(hào)和5號(hào)支洞所揭露的滑帶開挖實(shí)驗(yàn)平硐開展原位試驗(yàn)和相關(guān)位移、水文地質(zhì)監(jiān)測工作，2號(hào)支洞開展微重力場和聲波監(jiān)測工作，1號(hào)和4號(hào)支洞為預(yù)留支洞，遠(yuǎn)期根據(jù)需要可繼續(xù)開挖。試驗(yàn)場內(nèi)建立了完整的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括降雨地下水庫水位觀測系統(tǒng)、固定式鉆孔傾斜儀系統(tǒng)、GPS位移監(jiān)測系統(tǒng)、分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)、TDR時(shí)域反射監(jiān)測系統(tǒng)等。該試驗(yàn)場開挖后，部分臨江Ⅰ號(hào)崩滑體內(nèi)的積水經(jīng)由試驗(yàn)場排水系統(tǒng)排出，監(jiān)測資料顯示，試驗(yàn)場開挖后，臨江Ⅰ號(hào)崩滑體位移速率相對減小，因此試驗(yàn)場的建設(shè)在客觀上對滑坡的穩(wěn)定性起到了積極的作用。3.7.3變形監(jiān)測與變形特征三峽中心基于巴東野外綜合試驗(yàn)場的建設(shè)，在臨江Ⅰ號(hào)滑坡體上也進(jìn)行了測斜鉆孔的布設(shè)和監(jiān)測。原布置測斜鉆孔有JC1～JC10共十個(gè)，其中JC4和JC5布設(shè)與ZK4和ZK5一致，未成孔，實(shí)際成孔八個(gè)。監(jiān)測孔JC1鉆孔過程中因地表放點(diǎn)偏差，在進(jìn)尺到185m左右深度貫穿巴東野外綜合試驗(yàn)場隧洞1號(hào)支洞與主洞銜接處，所以未能進(jìn)行鉆孔測斜工作，后用作水文相關(guān)實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測。監(jiān)測孔JC6在2014年2月份的一次測斜過程中，因孔底滑帶處錯(cuò)動(dòng)太大，卡住了傳感器探頭導(dǎo)致無法進(jìn)行后續(xù)監(jiān)測工作。實(shí)際監(jiān)測JC2、JC3、JC7、JC8、JC9、JC10共6個(gè)鉆孔，該6個(gè)鉆孔中只有JC3、JC7和JC9三個(gè)鉆孔發(fā)現(xiàn)有明顯的錯(cuò)動(dòng)位移，即檢測到主滑帶的變形，其余鉆孔測斜數(shù)據(jù)并不能證明發(fā)現(xiàn)深部位移。主要原因可能是因?yàn)樵跍y斜管埋設(shè)過程中管壁灌漿不實(shí)，測斜儀在下管過程中搖擺偏移不定，導(dǎo)致測得偏移變形數(shù)據(jù)未隨時(shí)間有明顯規(guī)律。除以上測斜孔外，巴東黃土坡滑坡Ⅰ號(hào)臨江崩滑堆積體上共設(shè)有9個(gè)GPS地表變形監(jiān)測點(diǎn)，4個(gè)位于崩滑體前部，4個(gè)位于中部，一個(gè)位于后部。前部的4個(gè)測點(diǎn)中有3個(gè)早期的標(biāo)點(diǎn)因護(hù)坡治理工程被毀壞而于2004年9月復(fù)建過。監(jiān)測時(shí)間分別起始于2003年4月與2004年9月。至2008年4月，位于前部的4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)位移量為98.3～148.07mm，位移速率0mm/月～12.08mm/月（剔除異常數(shù)據(jù)后）；位于中部的4個(gè)點(diǎn)累計(jì)位移量為70.2～161.9mm，位移速率0mm/月～11.44mm/月，其中位于巴東港務(wù)局以上第一級(jí)平臺(tái)的G7點(diǎn)（高程182.39m）累計(jì)變形量最大；滑坡后部的G11監(jiān)測點(diǎn)，累計(jì)位移量為38.6mm，月平均位移速率0mm/月～5.97mm/月。變形的矢量方向總體指向長江。監(jiān)測點(diǎn)布置圖如圖3.4所示。圖3.4滑坡監(jiān)測系統(tǒng)平面示意圖3.7.4影響滑坡變形的主要因素影響臨江Ⅰ號(hào)崩滑體變形的主要由以下三個(gè)因素：1、降雨和生活廢水變形破壞地段物質(zhì)組成為多期次崩滑堆積的碎塊石土，結(jié)構(gòu)松散，易于地表水入滲，具有坡體變形的內(nèi)在物質(zhì)基礎(chǔ)和地形條件。巴東縣降水豐沛，且具季節(jié)性特點(diǎn)。黃土坡滑坡緊鄰巴東縣城，人類活動(dòng)普遍且強(qiáng)烈，長期排放大量生活廢水，單日排放量可達(dá)1000m3。降雨及生活廢水排放主要沿自然溝道進(jìn)行，汛期溝道最大流量可達(dá)10m3/s以上；由于絕大多數(shù)溝道沒做任何防護(hù)處理，降雨、生活廢水形成的水流一方面沖刷、侵蝕邊坡坡腳，另一方面滲入坡體內(nèi)軟化土體。2、江水對坡體穩(wěn)定性的影響崩滑堆積體前緣多具有高陡臨空面，江水洪峰急劇消落期間或滯后數(shù)日常引發(fā)崩滑體產(chǎn)生。洪水期江水一方面對崩滑堆積體下部坡段沖刷侵蝕，另一方面滲入坡體內(nèi)浸泡軟化崩滑堆積體內(nèi)的軟弱層（帶），使其物理力學(xué)性能降低。洪峰大幅度急劇消落期，江水位迅速下降導(dǎo)致坡體內(nèi)地下水位與江水位產(chǎn)生落差，使其水力坡度增大，動(dòng)水壓力增加，產(chǎn)生潛蝕作用，掏蝕坡腳，致使坡體失穩(wěn)下滑。3、人類活動(dòng)影響臨江崩滑堆積體上部為巴東縣新城區(qū)，分布有眾多倉庫、貨場、居民及企事業(yè)單位，強(qiáng)烈的人類工程活動(dòng)、公路荷載影響也為斜坡變形的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。第四章庫水位變化條件下黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體二維穩(wěn)定性研究在前人研究的基礎(chǔ)上，本章對庫水位變化條件下黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體的滲流場、蠕變變形作進(jìn)一步研究，采用數(shù)值模擬的方法開展滑坡滲流場和變形的模擬，在三維模型額基礎(chǔ)上對滑坡蠕變變形進(jìn)行分析，并評價(jià)其穩(wěn)定性，從而尋求在庫水位不同的變化條件下黃土坡Ⅰ號(hào)崩滑體變形特征及穩(wěn)定性變化規(guī)律。本章將采用GeoStudio軟件中的SEEP/W模塊對滑坡進(jìn)行滲流分析，將分別考慮庫水位變化工況以及庫水位變化+降雨工況，在得出滲流場后，進(jìn)一步采用FLAC3D軟件進(jìn)行滑坡蠕變變形的分析。4.1滑坡滲流分析4.1.1滑坡滲流理論滑坡中的地下水位面是飽和土和非飽和土的分界線，分界線以上為非飽和區(qū)，分界線以下為飽和區(qū)，水在飽和區(qū)和非飽和區(qū)都服從達(dá)西定律，只是非飽和區(qū)巖土體的滲透系數(shù)會(huì)隨著含水量的多少而發(fā)生變化，非飽和土的孔隙中不但充填有水，還填充有空氣，它們的分界面上存在表面張力；在非飽和土中，孔隙氣壓力大于孔隙水壓力，水氣分界面，即收縮膜上承受的空氣壓力大于水壓力，這種孔隙氣壓力和孔隙水壓力的差值稱為基質(zhì)吸力。是描述非飽和土的力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)。在實(shí)際的地下水流中，水力坡度往往是各處不同的，此時(shí)達(dá)西定律的一般性表達(dá)式為：v=?kdHdS其中，v--滲流速度，k--滲透系數(shù)，dh/ds--水力坡度?；露逊e體往往表現(xiàn)出各向異性的性質(zhì)，達(dá)西定律可進(jìn)一步表示為：（4.2）式中：--水平方向滲透系數(shù)，--垂直方向的滲透系數(shù)，--水頭，--重力加速度；--水的密度；--比水容量，其大小為體積含水量對基質(zhì)吸力求偏導(dǎo)數(shù)的負(fù)值：（4.3）其中--體積含水量，--基質(zhì)吸力。水頭邊界：（4.4）流量邊界：（4.5）根據(jù)以上原理，在GeoStudio中采用SEEP/W模塊模擬滲流浸潤線，進(jìn)行二維瞬態(tài)飽和—非飽和滲流有限元分析與計(jì)算。4.1.2滑坡滲流模型及計(jì)算參數(shù)根據(jù)前人研究成果及勘查資料，黃土坡Ⅰ號(hào)崩滑體具有淺層滑帶和深層滑帶兩個(gè)滑動(dòng)面，因此具有兩層滑體，淺層滑坡的穩(wěn)定性在演化過程中波動(dòng)較大，較容易受庫水位周期性漲落的影響，而深層滑坡的穩(wěn)定性相對較好，對庫水位變化相對不敏感[55]，但因?yàn)楸疚难芯康氖撬畮焖幌陆颠^程中在中間某個(gè)固定水位穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間以及運(yùn)行時(shí)間的長短對滑坡穩(wěn)定性的影響，為了消除兩層滑體可能帶來的干擾，將兩層滑體視為一個(gè)整體，即只考慮深層滑帶，來進(jìn)行建模和數(shù)值模擬。以3.3節(jié)中提到的2-2’剖面為關(guān)注重點(diǎn)來建立模型。圖4.1黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體滲流分析網(wǎng)格模型模型前緣剪出口高程42m，后緣高程296m，對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，考慮到滑坡體積與滑坡堆積體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成，本次模擬采用5m的網(wǎng)格來劃分滑體，有限元網(wǎng)格采用四邊形和三邊形，共得到6285個(gè)單元。4.1.3參數(shù)選擇在使用SEEP/W對黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體進(jìn)行滲流分析時(shí)，需要兩個(gè)參數(shù)，分別是滲透系數(shù)k和滑坡坡體的體積含水量，參考前人的已有研究成果和試驗(yàn)成果，同時(shí)結(jié)合勘察資料，綜合考慮，滑體的飽和滲透系數(shù)取k=2.09m/days，滑體的飽和體積含水率wv根據(jù)公式Sr=wv(1+1/e)計(jì)算得出約為0.29。結(jié)合對黃土坡滑坡物理力學(xué)性質(zhì)的分析以及三峽庫區(qū)巴東段地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體變形模擬采用的巖土體物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見表4.1。表4.1巖土體物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)材料名稱重度/kN·m-3體積含水量m3/m3滲透系數(shù)粘聚力c/kPa內(nèi)摩擦角φ/（°）天然飽和天然飽和天然飽和滑體22.123.10.292.09136.689.6229.928.4滑帶21.322.3-0.2462.93822.220.5使用SEEP/W模塊模擬滑坡滲流場時(shí)，滑體材料的滲透系數(shù)和體積含水量為坡體孔隙水壓力的函數(shù)。當(dāng)滑體處于飽和狀態(tài)時(shí)，滲透系數(shù)和體積含水量為飽和值，該值為定值；當(dāng)滑體處于非飽和狀態(tài)時(shí)，采用經(jīng)驗(yàn)值來確定其滲透系數(shù)和體積含水量。本次滲流場模擬采用滑體飽和狀態(tài)時(shí)的參數(shù)以及VanGenuchten經(jīng)驗(yàn)曲線來確定非飽和狀態(tài)時(shí)的滲透系數(shù)和體積含水量，如圖4.2所示。圖4.2滲透函數(shù)曲線（左）和土水特征函數(shù)曲線（右）4.1.4庫水位及降雨變化情況三峽庫區(qū)自2003年6月首次蓄水以來，壩前水位達(dá)到135米，從2008年9月開始，三峽工程首次開始175米試驗(yàn)性蓄水，自此之后大壩前部水位在145m至175m之間波動(dòng)。根據(jù)長江海事局公布的水位資料統(tǒng)計(jì)得到了三峽庫區(qū)巴東段2018年1月1日至2019年7月31日的庫水位變化資料，如圖5.3所示，可以看出水位從175下降到145的過程中，中間水位幾乎不做停留，呈現(xiàn)先慢后快的斷崖式下降，并且在145左右保持一段時(shí)間后重新上升至175。大量研究資料表明，滑坡發(fā)生變形主要發(fā)生在庫水位變化階段，且主要是下降階段，因此本次研究選擇從2019年1月1日至2019年7月18日，即水位從174.55米下降到145.74米這一個(gè)完整的下降周期中，即圖4.3中紅色方框內(nèi)的部分。圖4.3庫水位變化曲線選取研究時(shí)間范圍內(nèi)，即2019年1月1日至2019年7月18日內(nèi)的，與庫水位下降周期相一致的時(shí)間范圍內(nèi)降雨量統(tǒng)計(jì)資料作為黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體滲流分析的降雨條件，輸入SEEP/W模塊進(jìn)行分析，如圖4.4所示，顯示了研究時(shí)間段內(nèi)降雨量與水庫水位的關(guān)系。圖4.4水庫水位及降雨圖4.1.5計(jì)算工況本次研究主要分析庫水位變化以及庫水位變化+降雨對滑坡變形的影響，因此設(shè)置以下6種工況，如表4.2所示。表4.2黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體計(jì)算工況與荷載組合工況荷載組合內(nèi)容時(shí)間工況1自重+庫水位從175m下降到145m+降雨198d工況2-1工況2-2自重+庫水位從175m下降到165m，持續(xù)30天后，再下降到145m+降雨自重+庫水位從175m下降到165m，持續(xù)90天后，再下降到145m+降雨228d288d工況3-1工況3-2自重+庫水位從175m下降到155m，持續(xù)30后，再下降到145m+降雨自重+庫水位從175m下降到155m，持續(xù)90天后，再下降到145m+降雨228d 288d工況2-1、2-2和工況3-1、3-2并不是按照實(shí)際的庫水位下降曲線，而是在庫水位降到165m和155m時(shí)，假設(shè)在此水位穩(wěn)定運(yùn)行30天和90后，繼續(xù)下降至145m，來研究庫水位在下降過程中的某一中間水位穩(wěn)定運(yùn)行或者不穩(wěn)定運(yùn)行，以及穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間不同的情況下，降為最低水位后對滑坡變形和穩(wěn)定性的影響。圖4.5為各個(gè)工況的水位下降曲線。圖4.5各工況水位下降曲線模型邊界條件和初始條件為：（1）滑坡體表面的水頭邊界根據(jù)庫水位確定：根據(jù)下降工況中，滑坡前緣的水庫水位進(jìn)行確定，根據(jù)水庫水位變化數(shù)據(jù)設(shè)置變水頭邊界?；挛瓷嫠糠衷O(shè)置降雨邊界，基巖面為隔水零流量邊界。（2）滑坡初始地下水位線的確定：滑坡上布置的部分監(jiān)測孔中存在地下水位，假定滲流初始狀態(tài)下的地下水位為穩(wěn)定水位，將各監(jiān)測孔處的水位作為控制點(diǎn)，監(jiān)測孔之間的地下水位線綜合考慮坡形、滲透系數(shù)等因素，同時(shí)參考前人對黃土坡的研究進(jìn)行確定。4.1.6滲流模擬結(jié)果分析5種工況均為水位下降工況，工況1為真實(shí)的庫區(qū)水位下降條件和降雨條件，庫水位從2019年1月1日的174.55米下降到2019年7月18日的145.74米，歷時(shí)198天，分別選取10d，20d，40d，60d，80d，100d，120d，140d，160d，180d，198d時(shí)的地下水位線進(jìn)行展示，如圖4.6所示。圖4.6工況1黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體地下水位變化特征從圖5.7可以看出，地下水位線在變化過程中，越靠近滑坡前緣，變化幅度越大，而后緣相對較小，前緣浸潤線呈現(xiàn)略微向坡外凸起的形狀，隨著庫水位持續(xù)降低，浸潤線向坡外方向凸起的幅度越大，并集中在水位變動(dòng)帶附近。從前緣到后緣，浸潤線呈5米到30米的高差逐漸變化。工況2-1為在真實(shí)情況下水位從174.55米下降到165.14米后，假設(shè)在此穩(wěn)定運(yùn)行30天，再下降到145.74米水位，總共歷時(shí)228天。為了更清楚地認(rèn)識(shí)其特征，分別選取10d，91d（初次降為165m），121d（從165m開始下降），185d（首次降為145m），228d時(shí)的地下水位線進(jìn)行展示，如圖4.7所示。工況2-2為在真實(shí)情況下水位從174.55米下降到165.14米后，假設(shè)在此穩(wěn)定運(yùn)行90天，再下降到145.74米水位，總共歷時(shí)288天。為了更清楚地認(rèn)識(shí)其特征，分別選取10d，91d（初次降為165m），181d（從165m開始下降），245d（首次降為145m），288d時(shí)的地下水位線進(jìn)行展示，如圖4.8所示。圖4.7工況2-1黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體地下水位變化特征圖4.8工況2-2黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體地下水位變化特征從圖4.7、圖4.8中可以看出，地下水位線變化的趨勢和工況1基本相同，雖然庫水位在第91天已降為165m，但是除了前緣和庫水位相接處之外，滑坡體其他部分的浸潤線并未停止下降，在庫水位保持不變的30天或者90天內(nèi)，浸潤線仍然在緩慢下降，顯示出滑體內(nèi)的地下水補(bǔ)給庫水，但和庫水位下降相比，存在一定的滯后性；在庫水位首次降為145時(shí)，工況2-1前緣地下水位為147.9m，工況2-2前緣地下水位為147.5m，相差較小，但均明顯低于工況1的157.6m，存在近10m的高差?；潞缶壍叵滤櫨€變化高差較工況1大5米左右，約為10米。工況3-1為在真實(shí)情況下水位從174.55米下降到155.52米后，假設(shè)在此穩(wěn)定運(yùn)行30天，再下降到145.74米水位，總共歷時(shí)228天。類似的，分別選取10d，134d（初次降為155m），164d（從155m開始下降），185d（首次降為145m），228d時(shí)的地下水位線進(jìn)行展示，如圖4.9所示。工況3-2為在真實(shí)情況下水位從174.55米下降到155.52米后，假設(shè)在此穩(wěn)定運(yùn)行90天，再下降到145.74米水位，總共歷時(shí)228天。類似的，分別選取10d，134d（初次降為155m），224d（從155m開始下降），245d（首次降為145m），288d時(shí)的地下水位線進(jìn)行展示，如圖4.10所示。圖4.9工況3-1黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體地下水位變化特征圖4.10工況3-2黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體地下水位變化特征從圖4.9、圖4.10中可以看出，地下水位線變化的趨勢仍然和工況1基本相同，和庫水位下降相比，同樣存在一定的滯后性；在庫水位首次降為145時(shí)，工況3-1前緣地下水位為147.5m，工況3-2前緣地下水位為146.9m，比工況2-1和工況2-2略低，遠(yuǎn)低于工況1,，同樣存在近10m的高差。滑坡后緣地下水浸潤線變化高差較工況1大5米左右，約為10米，同工況2-1和工況2-2相近。根據(jù)以上分析可以看出，庫水位下降時(shí)，地下水浸潤線在滑坡前緣的變化大于后緣的變化；若在中間某個(gè)庫水位線穩(wěn)定運(yùn)行后繼續(xù)下降，在到達(dá)最低水位線的初期，滑坡的地下水浸潤線前緣會(huì)較大幅度降低，后緣浸潤線變化的高差會(huì)拉大，地下水浸潤線呈更平緩的趨勢，更加均勻的下降，對滑坡穩(wěn)定性有利，并且在相應(yīng)的水位穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間越長，降低到最低水位線的初期地下水浸潤線越低。黃土坡滑坡是三峽庫區(qū)重大滑坡之一，位于巴東縣庫岸段，根據(jù)已有勘察資料和前人的研究成果表明，黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體直接與江水接觸，穩(wěn)定性受庫水位變化影響較大，是最為危險(xiǎn)的區(qū)域，長期原位監(jiān)測數(shù)據(jù)表明[56]，滑體處于穩(wěn)定的蠕變階段，前沿和后緣年平均位移量分別為25～30、12mm。4.2基于SLOPE/W的滑坡穩(wěn)定性分析本次研究關(guān)于穩(wěn)定性的分析采用了兩種方式；（1）在二維層面使用Geostudio軟件的SLOPE/W模塊進(jìn)行安全系數(shù)計(jì)算，初步判明在5種工況下安全系數(shù)的變化情況，見4.2小節(jié)。（2）使用gocad軟件建立黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體的三維模型后，使用FLAC3D軟件的蠕變模塊進(jìn)行三維分析，研究在5種工況下滑坡的位移、剪應(yīng)力增量，塑性區(qū)等的變化情況，進(jìn)一步分析不同工況下的變形情況和穩(wěn)定性，見第五章。4.2.1滑坡穩(wěn)定性計(jì)算理論（1）土體抗剪強(qiáng)度理論滑體中巖土體的種類包括飽和土以及非飽和土，Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則常用來描述飽和土的抗剪強(qiáng)度，采用有效應(yīng)力狀態(tài)參數(shù)來定義抗剪強(qiáng)度：（4.5）式中：為土體抗剪強(qiáng)度；為有效黏聚力；為有效內(nèi)摩擦角；為條塊底面法向正應(yīng)力；為孔隙水壓力。和飽和巖土體不同，基質(zhì)吸力對非飽和土的抗剪強(qiáng)度有較大的影響。Fredlund和Morgenstern提出的雙應(yīng)力變量理論，使用基質(zhì)吸力和應(yīng)力兩個(gè)獨(dú)立的變量來描述非飽和土體的強(qiáng)度特性和變形特性[57]，用吸力內(nèi)摩擦角φb[58]來描述基質(zhì)吸力與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系，用經(jīng)過擴(kuò)展的Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則來表示非飽和土體的抗剪強(qiáng)度：（4.6）式中：--土體抗剪強(qiáng)度；--有效黏聚力；--有效內(nèi)摩擦角；--吸力內(nèi)摩擦角；--孔隙氣壓力，--孔隙水壓力；--條塊底面法向正應(yīng)力；--破壞面上的凈法向應(yīng)力；--破壞面上的基質(zhì)吸力。（2）Morgenstern-Price法在黃土坡滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算中采用的是Morgenstern-Price極限平衡法，M-P法建立滿足力的平衡及力矩平衡條件的微分方程式[59-60]，根據(jù)整個(gè)滑動(dòng)土體的邊界條件求出問題的解。（4.7）（4.8）其中，。式中，為法向條間力；為條塊側(cè)面力矩，為安全系數(shù)；為切向條間力；為法向力；為條塊數(shù)；，，均為任意常數(shù)。本次穩(wěn)定性計(jì)算采用Morgenstern-Price法。4.2.2滑坡穩(wěn)定性計(jì)算模型和參數(shù)本節(jié)在4.1小節(jié)中得到的地下浸潤線的基礎(chǔ)上，在Geostudio中的SLOPE/W模塊中進(jìn)行模型的調(diào)整并計(jì)算滑坡在各個(gè)工況下一些關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)的安全系數(shù)。模型采用條分法進(jìn)行分塊，由于黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體后部存在園藝場滑坡，有部分園藝場滑坡坡體覆蓋在上面，使臨江Ⅰ號(hào)崩滑體的滑動(dòng)面不能與地面相交，因此不考慮這一小部分園藝場滑坡，穩(wěn)定性計(jì)算模型如圖4.11所示。圖4.11穩(wěn)定性計(jì)算模型穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)見表4.1，計(jì)算工況仍然是5種，一種滲流計(jì)算對一種穩(wěn)定性計(jì)算，見表2.2所示。4.2.3穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果分析通過模擬計(jì)算，得到黃土坡臨江Ⅰ號(hào)崩滑體在5種工況下，水位下降到145m初期和從145m又重新開始上升前（即計(jì)算區(qū)間的最后一天）的安全系數(shù)，如表4.3所示。表4.3滑坡安全系數(shù)特征值和變幅表工況安全系數(shù)降到145水位初期最終11.3121.3312-11.3191.3522-21.3341.3643-11.3361.3593-21.3471.373通過表4.3可以看出，水庫水位連續(xù)下降時(shí)，即工況1在到達(dá)最低水位的初期或者穩(wěn)定一段時(shí)間后，安全系數(shù)都是5種工況中最低的；比較工況2-1和工況3-1可以得出結(jié)論，在155m水位穩(wěn)定運(yùn)行30天比在165m水位穩(wěn)定運(yùn)行30天，在下降到最低水位后表中兩個(gè)安全系數(shù)分別高出1.3%和0.5%，比較工況2-2和3-2可以得出，在下降到最低水位后，在155m水位穩(wěn)定運(yùn)行90天比在165m水位穩(wěn)定運(yùn)行90天，表中兩個(gè)安全系數(shù)分別高出0.9%和0.7%；比較2-1和2-2可以得出結(jié)論，都在165m水位穩(wěn)定運(yùn)行，在降到最低水位后，運(yùn)行90天比運(yùn)行30天兩個(gè)安全系數(shù)分別高出1.1%和0.9%，比較3-1和3-2可以得出結(jié)論，都在155m水位穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，在降到最低水位后，運(yùn)行90天比運(yùn)行30天安全系