（地质工程专业论文）在库水涨落和降雨条件下三马山滑坡稳定性分析.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 本文以三马山滑坡为背景，分析了三马山小区的工程地质特征，并分析了 三马山滑坡的工程地质特征。在考虑滑坡区复杂水环境条件下，利于滑坡推力 计算理论，计算出各种工况下滑坡的稳定系数，从而找到影响滑坡稳定性的最 主要因素。 三马山滑坡位于长江三峡大坝上游奉节县新县城三马山小区，处于十分复 杂的水环境中，主要有：水库蓄水后，水位最高将达到1 7 5 m ，；水库正常 运营后，将按不同季节、情况需要等条件进行水位控制；水位将在1 4 5 m 1 7 5 m 之间变化，变化幅度将达3 0 m ，将直接影响滑坡体内地下水位的变化降雨。 在复杂水环境下，滑坡的稳定性将受很大的影响：( 1 ) 降雨。雨水浸入 坡体后造成孔隙水压力和动水压力，并且饱和岩土体、增加重度，提高了坡体 的下滑能力；雨水侵入坡体形成地下水浮力；侵入坡体的雨水通过滑动面 上岩土体的软化性能和水解性能降低了滑动面岩土的抗剪强度。( 2 ) 库水涨落。 库水位的涨落对滑坡的影响主要从力学效应、时间效应、滑坡体成分效应等几 方面进行考虑。 在复杂水环境条件下，考虑孑l 隙水压力、动水压力、降雨、地震等因素条 件下，结合三峡水库运行方式，对滑坡荷载进行组合，共得出七种工况，利用 滑坡推力计算理论，分别对七种工况进行稳定性分析，得出每种工况下滑坡的 稳定系数。根据计算出的稳定系数，得出最不利滑坡稳定的工况，从而得出： 库水位的骤降是引起滑坡产生的最不利因素：库水位的上升对滑坡稳定性影响 不大。 关键词：滑坡；复杂水环境；稳定性分析；最不利工况： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s r a c t t h i sa r t i c l et a k e ss a n m a s h a n l a n d s l i d ea sa b a c k g r o u n d ，h a sa n a l y z e d s a n m a s h a na r e ae n g i n e e r i n gg e o l o g yc h a r a c t e r i s t i c ，a n dh a sa n a l y z e ds a n m a s h a n l a n d s l i d e e n g i n e e r i n gg e o l o g yc h a r a c t e r i s t i c u n d e rc o n s i d e r i n gl a n d s l i d ea r e a c o m p l e xw a t e re n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n ，b yf a v o r i n gt h el a n d s l i d et h r u s tf o r c e c o m p u t a t i o nt h e o r y , g e tt h ec a l c u l a t i o n su n d e r e a c hk i n do fo p e r a t i n gm o d et h e l a n d s l i d es t a b i l i t yc o e f f i c i e n t ，t h e nf i n dw h a tt h em o s tp r i m ef a c t o ri s t h es a n m a s h a nl a n d s l i d el i e st h es a n m a h a na r e ao fn e w c i t yo ff e n g ii e ，w h e r ei s l o c a t e dt oac o m p l i c a t e de n v i r o n m e n to fw a t e r ，i n c l u d i n g ：( ! ) t h ew a t e rl e v e lw i l lg e t t o17 5 m ；t h ew a t e rl e v e l w i l lb ec o n t r o l l e du n d e rt h ed i 肫r e n ts e a s o na i l d n e e d i n g ，a f e rt h ed a mi sf i n i s h e d ；t h ew a t e rl e v e lw i l lb ec h a n g e db e t w e e n14 5 m a n d17 5 m ，i tw i l le f f e c tt h ec h a n g i n g o fg r o u n d w a t e r d i r e c t l y ；( a ) r a i n u n d e rt h ec o m p l i c a t e do fw a t e re n v i o n m e n t ，t h es t a b i l i t yo fl a n d s l i d ew i l lb e e f f e c t e dd i r e c t l y ( 1 )r a i n t h ew a t e rt h ep a r te n t e rt h el a n d s l i d ew i l lf o r mah i g hl e v e li n s o m ep l a c e s ，i tw i l lf o r mas t r e s so fs t a t i ca n dm o v i n g ，a n ds a t u r a t et h er o c k a n ds o i l ，r a i s e st h eg l i d i n g a b i l i t y ( g ) r a i nf o r m ss u p e r f i c i a lp o w e r , t h e n r e d u c e st h er e s i s t a n c e ；t 歪) r a i ns o f t e n st h er o c ka n ds o i l i ti sv i g o r o u sf o r g l i d i n go fs a n m a s h a nl a n d s l i d e ( 2 ) f l u c t u a t eo fr e s e r v o i r w a t e rl e v e l t h ei n f l u e n c eo ff l u c t u a t eo f r e s e r v o i r w a t e rl e v e la r e a n a l y s e d f r o m p o w e r 、t i m ea n dc o m p o s i t i o no f s a n m a s h a nl a n d s l i d e u n d e rc o m p l e xw a t e re n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n s ，b yc o n s i d e r i n gt h ep o r e w a t e r p r e s s u r e 、h y d r o d y n a m i cp r e s s u r ea c t i o no ff o r c e 、r a i na n de a r t h q u a k e ，a n db y u n i f y i n gs a n x i ad a mr e s e r v o i rm o v e m e n tw a y ，c a r r yo nt h ec o m b i n a t i o n st ot h e l a n d s l i d el o a d ，g e t7c o n d i t i o n s ，a n du s i n gl a n d s l i d et h r u s tf o r c ec o m p u t a t i o n t h e o r y ，c o m p u tt h es t a b i l i t ya n a l y s e ss e p a r a t e l yt os e v e n k i n d o fo p e r a t i n g m o d e s ，o b t a i nu n d e re a c hk i n do fo p e r a t i n gm o d et h el a n d s l i d e s t a b i l i t y 西南交通大学硕士研究生学位论文第l ii 页 c o e f f i c i e n t o u g h t t o t h e s t a b i l i t yc o e f f i c i e n t ，g e t t h em o s td i s a d v a n t a g e o u s l a n d s l i d es t a b l eo p e r a t i n gm o d e ，s ot h ec o n c l u s i o ni s ：w a t e rl e v e l sp l u m m e t i n g c a u s e st h em o s td i s a d v a n t a g ef a c t o rw h i c ht h el a n d s l i d ep r o d u c e s ；i td o e sn o t a f f e c tt h el a n d s l i d es t a b i l i t yb yr i s i n gh ew a t e rl e v e l k e y w o r d s ：l a n d s l i d e ；s t a b i l i t ya n a l y s i s ；c o m p l i c a t e dw a t e re n v i o n m e n t ； t h em o s th a r m f u ls i t u a t i o n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密 2 不保 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：壤胴蟛 日期：7 ，g - 多夕 用本授权书； 指导老师签名：之智 日期： 歹z 一，少 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：j 耙r 弼 日期：2 0 0 8 年6 月1 0 日 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 概述 第1 章绪论 三马山滑坡位于奉节县新县城核心地段，滑坡体上有奉节县汽车客运中心、 汽车运输公司、县港航运输中心与码头、集贸市场、妇幼保健站、人民法院、 步云街统建房、卫校门诊、粮油储运公司、龙大酒店、天然居宾馆、综合广场 等近2 0 个单位与大量居民住宅楼( 涉及人口约5 0 0 0 人，房屋面积约1 9 1 0 4 2 m ) ， 还有连接道、沿江大道1 5 k m 及桥梁一座，滑坡地质背景复杂，一旦失稳将影 响巨大。三马山滑坡、新县城及1 7 5 m 水位线的关系如图1 - 1 所示。 图卜1 三马山滑坡与长江关系图 三马山所在斜坡地处川东中低山丘陵地区，山顶高程1 0 5 0 - 一1 3 5 0 m ，三马 山小区场地南起沿江大道，北至五号公路，高程1 8 2 - - , 4 5 0 m 。场地东西长1 6 0 0 m ， 南北宽8 4 0 9 7 0 m ，平均地面坡度1 5 。2 0 。场地由于人工开挖，呈现明显的 三级平台地形：高程1 8 5 2 0 0 m 沿江大道平台、高程2 6 0 3 0 0 m 下三马山平台、 高程4 0 5 4 4 5 m 上三马山平台，台面宽分别为5 0 l o o m 、2 2 0 2 9 0 m 、2 0 0 2 2 0 m 。 当库水水位上升到1 7 5 m 时，将淹没该滑坡五分之三的体积。 长江三峡水利枢纽工程是我国跨世纪的宏伟工程，它肩负着防洪、发电、航 运等重要功能，是开发治理长江的骨干工程。长江三峡水库是一个狭长的河道 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 型水库，库区淹没涉及湖北、重庆两省( 市) 的2 6 个县( 市、区) ，需要迁建两座 城市、1 1 个县城及1 1 4 个集镇，设计范围广、牵涉人口众多、各种复杂地质条 件是三峡工程的特点。随着三峡大坝竣工的临近，投入使用后，三峡水位将继 续抬升，将会直接影响两岸边坡地下水；当大雨来临时，也会间接影响地下水， 江水和降水势必会对边坡的稳定性产生巨大的影响。这时就需要找到影响滑坡 产生的最主要影响参数，防止滑坡的产生。因此该区段岸坡的稳定性不仅会直 接影响当地社会稳定、经济发展、人民群众的生命财产安全以及长江航运，而 且还将影响到三峡工程建设自身的安全，同时还会对下游地区产生很大的影响。 三峡工程建成后蓄水位在1 7 5 m - - - 1 4 5 m 之问调度，水位调幅变化可达3 0 m ，仅此 一项就是世界首例。随着三峡水库2 0 0 2 年蓄水以及蓄水后的正常运行，库岸斜 坡水文地质条件将大大改变，部分岩土体含水量由不饱和转为饱和，这将导致 岩土体的物理和化学特性发生变化，抗剪强度大幅度下降，进而导致岸坡稳定 性降低，主要表现在四个方面：第一，水库正常运行时库水位变幅可达3 0 m ， 这将导致岸坡中的地下水静、动水压力发生巨大变化；第二，岸坡内的地下水 在快速渗入渗出时产生的渗透压力将进一步破坏岩士结构，使岸坡的稳定性下 降；第三，由于地表水和地下水潜蚀、溶滤、软化作用，使库岸斜坡出现软化 变形，形成滑坡坍塌：第四，库岸的节理裂隙、层面及软弱夹层形成的软弱结 构面在地下水浸泡及动、静水压力下，抗剪强度将大幅度下降。由此造成滑坡 崩塌分布广泛，灾害严重，特别是在三峡水利土程枢纽兴建以后，古滑崩体的 复活以及岸坡失稳势必会对未来的三峡水库以及城镇居民建设、公路交通安全 造成一定的影响。同时在三峡库区，类似于三马山的滑坡还有很多。 鉴于该滑坡处于为三峡移民区奉节县新县城的建设地，故对该滑坡的彻底 治理已成了刻不容缓。所以找到影响三马山滑坡稳定性的主要因素，能对后期 的三峡库区及长江沿岸滑坡整治提供一定的借鉴意义。因此，三马山滑坡在复 杂水环境下的稳定性研究不仅是保障该地区的人民财产安全及社会稳定，而且 为今后的施工提供技术支持，也会三峡地区类似的滑坡调查提供参考，对已有 的相关理论进行充实和完善等均具有较为重要的理论意义。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2 研究状况 1 2 1 三马山滑坡的研究现状 在一期治理工程中，主要采取在滑体前缘回填压脚措施，回填压脚体顶面 高程1 5 0 m ( 大于一期1 3 5 m 的蓄水高度) ，坡面坡度1 ：2 ，在高程1 1 5 m 、1 3 0 m 、 1 4 0 m 均设有3 m 宽马道，回填料为碎石土。一期治理工程实施前的渭坡形态如 图1 2 所示。 虽然在一期工程设计报告中已明确提出为保证滑坡体的稳定安全，不能再 在滑坡体上新增重要建筑，但在三马山滑坡一期治理工程实施过程中及实施后， 滑坡体上地表建筑不断增加、城市功能持续扩展，滑坡原始的地形地貌己发生 了巨大的变化。目前滑坡体上建筑密布，人口众多，根据有关资料，三马山滑 坡体上有奉节客运中心港、汽车运输公司、集贸市场、妇幼保健站、人民法院、 步云街、卫校门诊、粮油储运公司、乘龙大酒店、天然居宾馆和综合广场等近 2 0 个迁建单位和大量居民住宅楼及永安路、明良街、沿江大道、九号桥等重要 通道，涉及人口约5 0 0 0 人，建筑房屋面积约1 9 万r n 2 ( 一期治理工程实施前相 应的建筑房屋面积为9 5 万m 2 ) 。由于滑坡体上建筑密布，居民众多，且位于中 心城区，其保护对象极端重要。现状三马山滑坡形态如图1 3 所示。 三马山滑坡属于中厚层滑坡，在三峡大坝蓄水后水位的波动条件、降雨等 复杂水文地质条件下，何种工况是影响滑坡稳定性的最不利工况为本论文所要 研究的主要问题。 本论文主要参考了长江三峡勘测研究院的三峡库区奉节县新城三马山滑 坡治理工程地质勘查报告和相关资料，在此表示感谢。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 图卜22 0 0 1 年9 月三马山滑坡形态 图1 _ 3现状三马山滑坡开，态 1 2 ，2 国内外滑坡研究现状 ( 1 ) 滑坡研究的进程 滑坡研究始于2 0 世纪2 0 年代的瑞典，在二次世界大战中有所中断，大 多数国家都是由单独的研究人员进行小规模的滑坡研究，只有瑞典、挪威、前 苏联是出国立土工研究所进行滑坡研究，并发表过一些著作和论文，瑞典人的 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 著作较为典型。原苏联曾于1 9 3 4 年和1 9 4 6 年召开过两次全国性滑坡会议。 二战之后，随着各国经济建设的不断发展，遇到的滑坡逐渐增多，对滑坡 的研究也慢慢系统而深入。1 9 5 0 年美国学者k t e r z a g h i 发表了滑坡机理 的论文 1 】，系统阐述了滑坡发生的原因、过程。1 9 5 4 年在瑞典的斯德哥尔摩召 开全欧洲第一届土力学会议，主题是滑坡稳定性问题，其中在2 3 篇报告中介绍 了挪威、瑞典及英国等国家的滑坡。1 9 5 8 年美国公路局的滑坡委员会编写了滑 坡与工程实践 2 】，是世界上第一本全面叙述滑坡防治的专著。1 9 6 0 年日本的 高野秀夫发表滑坡与防治 3 】，1 9 6 4 年3 月日本正式成了滑坡协会，出版季 刊滑坡，后又成立滑坡对策协会，出版滑坡技术 4 】4 ，这是当时国际上 两种关于滑坡的专门刊物。1 9 6 4 年前苏联又召开全国滑坡会议，出版了论文集， 介绍高加索、克里米亚和西伯利亚等地的滑坡。1 9 6 8 年在布拉格举行第2 3 界 国际地质大会期间，酝酿成立了国际工程地质协会，同时也成立了“滑坡及其 块体运动 委员会，由捷克人j p a s e k 担任主席。这是当时关于滑坡的第一个 国际性组织，当时成员尚不足2 0 人。从1 9 7 7 年到目前为止，国际滑坡学术讨 论会已召开数次。每次会议，各国专家就滑坡研究的现行方法和技术以及突出 的新进展交换观点和经验【3 9 】。 我国对滑坡的系统研究是在建国后才开始的。1 9 5 1 年在西北铁道干线工程 局成立“塌方泥石流”小组，1 9 5 6 年成立塌方研究站，1 9 5 9 年成立塌方科学技 术研究所一即铁道部科学研究院西北研究所滑坡研究室的前身。1 9 5 9 1 9 7 3 年 期间召开滑坡防治经验交流及科研协作会议，其中1 9 5 9 年和1 9 7 3 年两次会议 实质上是全国性学术交流会。1 9 5 8 年出版宝成铁路技术总结路基设计与塌方 滑坡处理，1 9 6 2 年出版铁路路基设计手册滑坡地区路基设计，1 9 7 1 年西北 研究所编写了滑坡防治一书，从1 9 7 6 年到目前为止，我国出版了滑坡会议 论文集滑坡文集十五集，1 9 8 0 年潘家铮出版了建筑物的抗滑稳定与滑坡 分析反映了我国水电系统在滑坡防治技术方面的水平，它的目的是交流我国 各部门滑坡防治研究成果和防治工程经验。1 9 8 7 年出版的宝天、宝成、阳安 铁路水害抢建工程技术总结汇编中滑坡部分，反映了我国2 0 世纪8 0 年代滑 坡治理的技术水平。1 9 8 3 年铁道部第二勘测设计院出版的抗滑桩设计与计算， 丰富了我国对抗滑桩系列的认识，1 9 8 8 年孙广忠写的中国典型滑坡中对滑 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 坡的见解也独具认识，2 0 0 1 年徐邦栎编著的滑坡分析与防治引，及2 0 0 4 年王恭先编著的滑坡学与滑坡防治技术这两本书，反映了我国近期滑坡治 理的技术水平。 ( 2 ) 滑坡变形的机理 研究滑坡体的力学机理对揭示滑坡的发生、发展过程有着重要的作用。常 见的滑坡，按力学机理可分为三段，其主滑段位于中部，主滑带依附于地质结 构上既有的向临空面倾斜的软弱带发育形成。因主滑带蠕动而导致上覆岩( 土) 体变形，后部岩( 土) 体沿已有结构面拉开( 岩质滑坡) 或产生一系列主动破 裂面( 土质滑坡) 【3 4 l 。在拉开以前，后部无推力作用于中部，拉开后，后部岩 ( 土) 体沿拉裂面下错形成牵引段( 顺层岩石滑坡除外) ，由于其结构强度变为 拉裂面的外摩擦强度加之地面水及地下水慢慢向裂面集中，使强度降低，失去 稳定的岩土体产生推力作用与中部，滑体的前部受后、中部推力的挤压，被迫 向临空面最薄弱处位移而产生新的滑面。一旦前缘出口形成、整个滑带贯通， 滑坡才开始整体移动，其滑面为折线性。在平面上，岩质滑坡的平面周界不是 在滑动过程中形成的，一般为原有的构造裂面。 国内，自谷德振( 1 9 7 9 ) 提出“岩体工程地质力学”以来，在斜坡变形机理 方面，非常注重岩体结构和时间效应及其对边坡演化机理的作用。杜榕桓等在 研究长江三峡库区滑坡时按其残留滑面形态及滑体结构特征，划分出以下三种 模式：( 1 ) 台阶形滑面的挤压一推移一分级转动式滑坡( 如新滩滑坡) ：( 2 ) 弧 形滑面的挤压一推移一转动滑坡( 如范家坪滑坡) ；( 3 ) 直线形滑面的挤压一扩 张一平推式滑坡( 如罗家沱滑坡) h 引。晏同珍( 1 9 8 1 ) 从地质力学的角度研究 滑坡，按滑坡发生的初始条件、滑动原因及滑动方式等，划分为八种滑坡机制； 刘汉超等( 1 9 8 1 ) 对我国著名的龙羊峡水库斜坡和滑坡进行了研究，并首次提 出了滑坡床面的累进性破坏与贯通的机理。罗国煌等( 1 9 8 2 ) 提出斜坡“优势面” 概念；孙玉科( 1 9 8 3 ) 等将边坡变形机制分为水平剪切变形机制、顺层剪切变形 机制、顺层逆剪变形机制和反倾逆剪变形机制四种类型；孙广忠( 1 9 8 4 ) 在谷 德振的基础上，提出岩体结构控制论；杜永廉提出弯曲倾倒变形机制；张淖元、 王士天、王兰生( 1 9 9 3 ) 等提出滑坡的基本变形模式为：蠕滑、拉裂、弯曲和 塑流等几种模式，这些模式在空间上还有不同的组合形式：蠕滑( 滑移) 一拉 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 裂、滑移一压致拉裂、滑移一弯曲、弯曲一拉裂、塑流一拉裂等，并且它们在 空间上还可复合，在发展过程中还可以转化n 卜驯。 综观前人对滑坡机理研究，早期的滑坡研究是仅以土体为研究对象的，其 方法的显著特点是采用材料力学和简单的均质弹性、弹塑性理论为基础的半经 验半理论性质的研究方法，并把此方法用于岩质滑坡体的稳定性研究，但由于 对其力学机理认识的粗浅或假设的不合理，其计算结果与实际情况差别较大。 往往将斜坡变形破坏和滑坡的发展演化作为两种不同运动机制，虽然一些滑坡 机理研究中，也提到斜坡的变形，如蠕动挤压( 或蠕动、挤压) 阶段，但显然 较为简单，未能完全揭示从斜坡到滑坡的形成直至消亡的全过程。 ( 3 ) 地质条件及诱发因素 地形地貌是控制边坡稳定性的最主要的因素，边坡的变形大多起因于地形 的改造，边坡发生变形的部位往往位于地形坡度陡变部位，而变形的范围和规 模则取决于边坡的高度。区域构造和地震地质环境的影响反映为构造应力场的 转化，这些转化的集中部位往往是滑坡群积生成的地方。研究区的地质构造则 生成了坡体内的节理裂隙，塑造了坡体结构，对坡体的完整性和整体稳定性具 有极其重要的影响。滑坡对发生在层状碎裂结构、碎裂结构及散体结构岩体中， 比较完整的岩体中发生的滑坡多为受构造条件控制的块裂体边坡或受软弱层面 控制的层状结构边坡。大量的滑坡研究实践表明，不同的边坡岩体类别相同， 但岩体的组成形式不同，则边坡的稳定性有极大的区别，软硬相间的坡体岩体 结构对滑坡的发生有至关重要的影响。边坡地下水可以降低岩体特别是滑面岩 体的强度，产生的静水压力降低滑面上的有效法向应力，从而使边坡的稳定条 件恶化。 水库蓄水对于库岸斜坡的稳定而言，同样是重要的外动力激发因素。其作 用概括起来有四个方面：浪蚀作用、流水冲刷作用、浮力减重和动静水压力作 用以及浸泡软化作用。其中，前两者在长江三峡库区，并非主要作用。而后两 者却对区内岸坡的稳定性有重大影响作用。三峡库区是水位上升幅度最大的河 段，与蓄水前相比，水位普遍上涨在4 0 m 。当水位上涨时，岸坡之中的地下水 位会随之上涨。上涨的地下水位会增大坡体重度、岸坡浸水部分岩土体受到更 大孔隙水压力( 静水压力) 作用；许多情况下，潜在滑动面抗剪强度还可能浸水 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 饱和而降低( 浸泡软化作用) ，导致岸坡的稳定性恶化。同时，区内大多数岸坡， 其抗滑段位于岸坡下部，浸水时部分岩士体的有效重度将由大然重度变为浮重 度( 浮托力的作用) ，使坡体的抗滑能力减小。当水位下降时，岸坡中地下水的 渗流速度一般小于河水下降的速度，从而在岸坡前缘产生较大的地下水水头差， 产生动水压力( 渗透力) ，其方向指向坡面，往往使岸坡失稳。此外，水库蓄水 相对于其他外动力因素而言，是新生的诱发因素，岸坡在这一因素的影响下， 稳定性将如何改变，理应成为关注的重点。 地震虽然是一种小概率地质事件，但研究区是三峡库区地震烈度较高的地 段，同时也是水库诱发地震的最危险地段之一。因此，地震的影响依然不容忽 视。地震对岸坡的作用机制极其复杂。有关研究认为，地震时的波动振荡在斜 坡岩土体变形破坏过程中产生了二种效应：累进破坏效应、启动效应和启程加速 效应，这几种效应都会为滑坡的滑动创造条件和加速滑坡的发生。 己有的研究表明，滑坡形成的条件和影响因素是非常复杂的，绝不是单因 素的结果，而是在各种因素作用下的综合效应。地质条件是产生滑坡的基础， 诱发因素加速滑坡的发展过程。 ( 4 ) 滑坡稳定性分析 滑坡稳定性分析是滑坡防治关键问题之一，国内外学者和工程技术人员曾 对此进行过大量的调查及研究。其稳定性分析方法可以归结为两大类别，一是 通过自然条件和作用因素及其变化的对比判断滑坡的稳定性：包括地貌形态演 变、地质条件对比、滑动因素变动、滑动迹象及其发展。二是用各种力学方法 计算出滑坡稳定度在数量上的界限，包括山体平衡核算、滑坡稳定性计算、坡 脚( 基底) 应力与岩土强度对比、结构物及岩土强度比拟计算。对于特定的滑坡 体常从多方面综合研究、相互核对，使所得结论更为可靠，也就是逐步从定性 转向定量的分析过程。 6 0 年代以来，地质模型试验广泛的应用于滑坡研究。研究内容主要是模拟 岩体的断层，破碎带、软弱夹层等不连续构造对结构的应力分布和变形状态的 影响及岩体稳定和工程安全问题。着重研究结构超出弹性范围以外的性能，故 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 仅考虑一次加荷效应：研究中不仅限于己知荷载条件下的某一状态，更重要的是 研究在渐增荷载作用下直至破坏的整个变化过程，这就是地质力学模型与其它 模型的区别所在。值得指出的是，随着试验量测技术的发展，地质力学模型试 验研究，己由定性阶段进入定量阶段。 对于大部分土质边坡及软弱岩体边坡，边坡自身的弹性变形、塑性变形或 流变变形较大，造成坡体后缘张开、前缘压缩隆起，滑动面的形态随之产生一 定的变化。在此情况下，必须采用适应于变形介质的分析方法，如有限单元法 就是其中之一。有限单元法还可以进一步考虑变形体中泥化夹层的渗流效应、 孔隙水压力与土体颗粒之间的相互作用，滑动面上的压、剪应力随时间的增减 变化过程、塑性屈服过程、硬化与膨胀及软化过程等力学性态。另外，随着数 值分析方法的不断发展，针对不同数值方法的优劣性，提出了有限元、边界元、 无限元、离散元与块体元相互藕合的分析方法。数值解与解析解的结合，以及 非确定的数值方法( 如随机有限元、模糊有限元、概率数值分析等方法) 的提出， 为滑坡的研究提供了有力手段。 ( 5 ) 滑坡推力计算 滑坡推力大小是滑坡整治的主要设计依据。因滑坡类型不同，推力计算的 假设条件和计算方法也各异，但其核心均是条分法。最早的条分法是瑞典条分 法，首先由p e t t e r s o n k e 提出。f e l l e n i u s w ( 1 9 5 7 ) 和t a y l o r d w ( 1 9 6 0 ) 进 一步发展了这个方法。最初的计算中假定剪切面为圆弧，计算中不考虑分条之 间的作用力，从而大大简化了计算工作。2 0 世纪5 0 年代到6 0 年代中期，研究 了分条间相互作用力的影响，以及推广此法使其适用到任何形状的滑面。后来 在此基础上提出了许多修正的条分法，其中毕晓普法不考虑条间的剪力，只考 虑条间的水平作用力：传递系数法考虑条间剪力但假设条间分界面上的推力平 行于上一分块的底面，该法广泛应用于铁道部门的滑坡分析中：分块极限平衡法 考虑条间剪力，假设失稳时各分条之间发生错动，从而各分界面上也达到极限 剪切状态：詹布法只假定分界面上推力作用点的位置。这些方法均是在对滑坡的 边界条件进行大量简化的基础的上提出的，不同的方法代表了不同的理想模型， 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 因此其应用范围均有一定的局限性。 1 2 3 长江三峡库区岸坡稳定问题研究现状 三峡工程从上世纪5 0 年代规划勘探开始，就认识到库岸稳定性问题的重要 性。如胡海涛、刘广润( 1 9 5 9 年) 最早论述了三峡水库的库区工程地质条件，把 库岸再造问题作为重点的工程地质问题提出；地质部三峡大队( 1 9 5 9 年) 等单位 对长江干流和主要支流进行过库岸稳定性的工程地质调查。从6 0 年代中期至 8 0 年代初，在前期简单普查工作的基础上，近坝段的个别重点滑坡崩塌的调研 工作成为重点。如地质部三峡工作处( 1 9 6 5 年) 开始对链子崖危岩体进行大比例 尺的工程地质测绘，随后又开展了长期监测和勘探试验工作：同期，长办等单 位也开始对新滩等滑坡开展较深入的工作。 总体而言，8 0 年代初以前的工作，以调查了解重点库岸的地质背景、个别 近坝地段滑坡崩塌的地形地貌、结构与性状等为主，对于大多数滑坡与崩塌的 了解和认识还不清楚、对于滑坡的形成机制和稳定评价、单独地对某一类型地 质灾害进行专门研究等，则几乎还没有深入地开展。但此阶段的工作也积累了 一些宝贵的基础性的地质背景资料。 从8 0 年初期至9 0 年代中后期，由于在这一时期区内发生了一系列重大崩 塌、滑坡事件。如1 9 8 2 年7 月暴雨造成鸡扒子滑坡复活、1 9 8 3 年6 月新滩滑 坡重新大滑动等，加深了人们对库区岸坡稳定性问题和环境地质问题及其重要 性的认识。因此，一方面对库区内岸坡稳定性的调查工作开展的更加深入和广 泛；另一方面开始对许多典型滑坡的发生、变形、破坏机理进行深入研究。由 于此阶段库区内许多大中型滑坡被发现的数量不断增多，同时随着地质灾害成 因机理研究工作的不断深入，开始进行一些具有总结性质的、系统的研究工作。 9 0 年代中后期至今，由于三峡水库开始修建及蓄水。这阶段的库岸稳定性 研究工作较少，主要以单体地质灾害的稳定计算评价、机理研究来展开；变形 破坏迹象明显、危害人民生命财产安全及三峡水库正常运营的滑坡体、崩塌体、 不稳定库岸的监测、防治工作是本阶段库岸稳定性工作的重点咖。5 副。这些工作 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 也为今后系统地开展地质灾害机理研究、空间预测研究等工作提供了极其丰富 的、全新的第一手资料。 1 3 研究内容、拟解决的关键问题及技术路线 1 3 1 主要研究内容 针对滑坡目前的研究现状及滑坡的具体情况，确定本论文的研究内容如 下： ( 1 ) 地质环境 对三马山滑坡的区域地质环境进行分析研究。包括地形地貌、地层岩性、 地质构造及水文地质条件，目的是全面分析了解三马山滑坡产生的内在因素之 o ( 2 ) 复杂水文地质环境 在三峡水库正常蓄水后，库水位在涨落的情况及降雨条件下对三马山滑坡 的稳定性进行分析与评价。 ( 3 ) 综合研究 在复杂水文地质及不同工况条件下，如何找到最不利因素、如何计算稳定 性为本论文的重点。 1 3 2 拟解决的关键问题 ( 1 ) 在复杂水环境和不同工况条件下， ( 2 ) 在复杂水环境和不同工况条件下， 1 3 3 技术路线 选择的技术路线如下框图所示： 找到影响滑坡稳定性的最主要因素。 如何计算滑坡稳定性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 开题 上 工程地质资料 工程规模及重要性长江水位对滑坡的影响 1 l 确定影响滑坡稳定性的冈素 j r 确定影响本滑坡的冈素 上 复杂水文地质条件不同j ：况 土 将上面两个条件进行组合 上 通过计算得到各种组合的稳定系数 j r 确定最不利影响因素 上 结论 图1 4 论文技术路线程序框图 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 第2 章滑坡区地质特征 2 1 环境地质条件 2 1 1 地形地貌 图2 - 1 奉节新县城三马山小区平面图 奉节县三马山小区，位于瞿塘峡进口以西( 上游) 约1 5 k m 的李家大沟、大 河沟与长江的交汇处，距长江三峡工程坝址1 6 2 k m 、宜昌市2 0 8 k m 。长江以北东 3 5 。方向流入区内，于梅溪河河口转至近正东方向流向瞿塘峡。 三马山所在斜坡地处川东中低山丘陵地区，山顶高程1 0 5 0 , - - 1 3 5 0 m ，三马 山小区场地南起沿江大道，北至五号公路，高程1 8 2 - - , 4 5 0 m 。 场地东西长1 6 0 0 m ，南北宽8 4 0 - - 9 7 0 m ，平均地面坡度1 5 。 - - 2 0 。场地由 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 于人工开挖，呈现明显的三级平台地形：高程1 8 5 - - , 2 0 0 m 沿江大道平台、高程 2 6 0 3 0 0 m 下三马山平台、高程4 0 5 - - 4 4 5 m 上三马山平台，台面宽分别为 5 0 - - 1o o m 、2 2 0 - - - 2 9 0 m 、2 0 0 2 2 0 m 。 2 1 2 地层岩性 区内出露地层为三叠系下统嘉陵江组( t 。，) 、中统巴东组( t ：。) 及第四系松 散堆积层，现由老至新分述如下。 ( 1 ) 基岩： 嘉陵江组( t 。) ：为浅海相碳酸盐岩沉积，厚度大于2 0 0 m ，区内仅在滑 坡前缘枯水期漫滩部位有零星出露，岩性为灰、深灰色薄层、中厚层、厚层块 状致密灰岩夹角砾状灰岩、白云质灰岩及含泥狄岩。 巴东组( t ：。) ：为内陆湖相泻湖相碎屑岩和碳酸盐岩沉积，厚度大于 6 0 0 m ，分五段，区内出露第一段至第三段。 第一段( t ：。1 ) ：厚度大于8 0 m ，上部为灰、深灰色中至厚层泥质灰岩、白云 质灰岩夹灰黑色( 含) 炭质页岩、灰黄灰绿色夹紫红色粘土岩、粉砂岩等； 中下部主要为灰、灰黄色或黄绿色薄中厚层泥灰岩夹灰岩、含泥灰岩及少量 钙质页岩，底部见水云母页岩。此段上部以软岩为主，中下部则以较硬岩为主， 间夹粘土岩、钙质页岩、石膏、盐岩等软岩。主要分布于滑坡前缘。 第二段( t ：。2 ) ：厚度变化大，一般在1 0 0 - - - 1 5 0 m 之间，顶部( 厚约2 0 - - 3 0 m ) 为灰、灰绿色薄至中厚层泥质灰岩、泥灰岩与紫红色、少量灰黄、狄绿色粘土 岩、粉细砂岩互层，其余主要为紫红色及少量灰黄、灰绿色粘土岩、砂质与粉 砂质粘土岩、钙质粘土岩与不等厚粉砂岩、细砂岩、钙质砂岩互层。此段地层 以紫红色软岩为主，是三叠第三系“红层”的重要组成部分，也是长江岸坡 中发生滑坡、坍岸等不良地质现象的主要层位之一。主要分布于2 6 0 - - - 3 2 0 m 高 程之间的部位。 第三段( t 2 b 3 ) ：总厚度约为3 2 0 - 3 8 0 m ，可分为上下两层，本区仅出露第1 层。 第1 层( t ：。3 。1 ) 厚约2 0 0 - - 2 4 0 m ，为灰、深灰色灰岩、含泥狄岩、泥灰岩央 钙质页岩、钙质粘土岩，层厚自上而下由中厚层变成以薄层为主。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 第2 层( t z b a - 2 ) 厚约1 2 0 一- - 1 4 0 m ，为灰色薄层、中厚层含泥灰岩、泥灰岩及 钙质页岩与紫红色、灰绿色钙质粉砂岩、钙质粘土岩不等厚互层，底部以厚2 0 3 3 m 的紫红、次绿、灰黄色粉砂岩、粉砂质粘土岩及钙质页岩与第1 层分界。 该段下部以硬岩为主，上部呈软硬相间互层。区内主要出露第l 层，且主 要分布于三马山及其以北地区。 ( 2 ) 第四系( q 。) ： 冲积层( q 。“) ：厚度l - 3 m ，以粉砂、细砂为主，结构松散，主要见于滑 坡前缘长江河床、漫滩部位。 洪积层( q 。一) ：厚度不一，一般l o 2 0 m ，主要分布于白杨坪沟、水井沟 等冲沟及滑坡前缘阶地、长江河漫滩等部位。冲沟及沟口主要为漂石、卵砾石 等。漫滩、阶地则以粉质粘土、砂壤土为主，见少量粉细砂。 残坡积层( q 。“圳) ：一般厚5 一- 2 5 m ，最大厚度可达4 0 m 以上，含碎石质 粘土、岩屑碎石土夹碎块石。上部结构较松散稍密，下部结构中密。其碎石、 块石成份主要为粘土岩、泥灰岩、粉砂岩，一般呈次棱角状及棱角状；碎石大 小一般5 一- - 2 0 c m ，块石大小一般3 0 - - 1 5 0 c m ，主要呈片状、块状分布于区内缓坡 上。 滑坡堆积( q 。如1 ) ：一般厚4 0 6 0 m ，最厚达6 6 m 以上。滑坡物质以碎块 石或块石、碎石夹岩屑土为主，局部呈架空状：在滑体中下部存在层状碎裂岩 体( 滑动岩块) ，一般呈层状，岩体破碎，产状紊乱，成分一般为泥灰岩、粘土 岩，块石大小一般为0 8 1 2 m ，呈棱角状，碎石大小一般8 一- - , 2 0 c m ，呈棱角状， 次棱角状。 人工堆积( q 。7 ) ：一般厚2 - - 1 5 m ，最大厚度达2 6 m 以上，碎块石土、碎 屑土夹砾质土及生活垃圾。主要为工程弃土，块径大小不一，成份混杂，结构 松散，主要位于沿江公路下、冲沟中及建筑施工场地周围。典型地质剖面图见 图2 - 2 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 2 1 3 地质构造 图2 - 2 三马山滑坡典型地质剖面图 朱衣背斜是奉节新城区的主要控制性构造，受其控制，工程区次级褶皱发 育，并伴生有断层、裂隙及层间错动带等构造形迹。工程区的外围构造形迹如 图2 - 3 所示。 ( 1 ) 褶皱 朱衣背斜为一倒转背斜，轴线方向2 8 0 。 3 0 5 0 ，其轴部展布于王家包、施 家包、营盘包一线，王家包以西局部为第四系覆盖，于头道沟左侧沟口穿越朱 衣河，营盘包以东于常家湾斜插入长江。岩层产状态为：倾向s e l 2 0 。1 3 0 0 ， 倾角3 0 0 3 5 0 ；而在白杨坪沟内高程1 3 5 m 处基岩产状倾n n e ，倾角4 0 0 - 5 0 0 ； 平硐揭露滑床基岩倾n w 3 1 0 0 n e 3 0 0 ，倾角2 4 0 - - 4 5 0 ，且局部倒转，岩体揉皱强 烈，至江边基岩则陡倾坡里。 ( 2 ) 断层 本区断层总体规模较小，其中对工程影响较大的断层主要是三马山断层 ( f 。) 。其具体特征为：走向2 8 0 - - 3 0 0 0 ，沿断面倾角上陡下缓，其延伸长度大 于l l o o m ，宽0 5 - - - 3 5 m ；构造岩多为角砾岩、碎裂岩组成，局部可见糜棱岩。 断层影响带上盘较宽，达5 一- - 1 5 m ，下盘一般仅1 1 5 m ，影响带内裂隙发育， 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 岩体破碎，并在靠近断面附近拖曳明显：孙家沟两侧地层分布不协调，孙家沟 f 8 断距达1 8 0 m 左右，显示断层为张扭性质；孙家沟以东三马山断层( f 。) 发育 于t 2 b 2 粘土岩、粉细砂岩中。 圆滑垃边界固三叠种统巴糸组第3 段固三叠系中统巴东组第2 段 固言票螽案惫因背斜围| 倒转向斜困倒转背斜因向斜函断层及编号 图2 - 3 滑坡区构造纲要图 ( 3 ) 裂隙 裂隙发育状况受岩性控制特征明显，在t ：。2 软岩层中，裂隙平均线密度一般 0 5 2 条m ，延伸多受层面控制，长多小于3 0 m ，裂面闭合，无充填者居多， 少量方解石或泥钙质充填；在t 2 b 1 、t 曲3 硬层灰岩、泥质灰岩中，裂隙线密度一 般为l 3 条m ，延伸长1 一 - 5 m ，长者可达l o m 以上，裂面多张丌充填方解石或 泥钙质物。近岸坡地带裂隙表现为平行岸坡卸荷张开，张开宽1 - - 5 c m ，宽者1 2 - - - - 3 0 c m 以上，上宽下窄，多充填粘土夹碎石，或呈空缝状。 ( 4 ) 层间剪切带 层间剪切错动现象是区内较为常见的构造形迹之一，三叠系中统巴东组地 层岩体软硬相间，构造作用强烈，在地层发生挤压揉皱变形的过程中，软岩往 往发生层问剪切破坏而形成层间剪切错动带。层间错动带一般在褶皱翼部；错 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 动带一般顺层发育，局部微切层，宽一般3 - - - 5 0 c m ，宽者1 0 m 以上；层问错动 密集发育处，间距1 一- - 2 m ，局部仅0 5 m 。错动带内岩体片理化严重，局部为光 滑泥膜，遇水易软化、泥化，力学强度显著降低，多构成岸坡失稳的潜在滑移 面。 2 1 4 地震 根据中国地震烈度区划图( 1 9 9 0 年，1 ：4 0 0 万) ，奉节县属地震烈度为 v 度区。根据中国地震动峰值加速度区划图( 2 0 0 1 年，l ：4 0 0 万) ，本区地