（地质工程专业论文）香溪河河口—高阳段土质岸坡稳定性评价.pdf

香溪河河口一高阳段土质岸坡稳定性评价 作者简介：陈小婷，女，1 9 7 9 年5 月生，2 0 0 4 年9 月师从成都理工大学黄润秋教授， 于2 0 0 7 年7 月获硕士学位。 摘要 长江支流香溪河位于三峡库首区，随着三峡水库的一期、二期蓄水，香溪河水位迅 速抬升，香溪河两岸大量的岩土体被水淹没，不仅降低了岩土体的抗剪强度，同时也破 坏了岸坡内部的力学平衡，从而导致了原本稳定的古滑坡复活及新滑坡的产生，因此， 本文在对香溪河河口一高阳段右岸4 5 0 m 高程以下岸坡详细调查的基础上，研究了各类 岸坡的形态、分布、结构、发育等特征，并进行了分类。在总结前人工作，依据室内试 验及现场试验数据，充分考虑研究区土体的成因、物质组成、土体结构特征的基础上， 提出了适合本区的岩土体物理力学参数建议值。采用c x - 0 3 深部钻孑l 测斜仪、全站仪、 伸缩计等多种监测手段对白家包和耿家坪滑坡变形破坏特征进行分析，近而研究了在降 雨及蓄水的条件下岸坡的失稳机理。 由于白家包滑坡是1 3 5 m 蓄水后变形较大的一个古滑坡，在香溪河流域众多滑坡中 具有典型意义，因此，本文采用f l a g ”软件对滑坡在自重及蓄水条件下的稳定性进行分 析。并选取滑坡体内实际监测点与模拟计算点位进行拟合，拟合结果较好。采用定性分 析的方法对香溪河河口一高阳段库岸整体稳定性进行评价。 论文取得以下主要研究成果： ( 1 ) 研究区岸坡变形模式可分为：侵蚀型、坍塌后退型、滑移型，其中滑移型是 本区内最主要的岸坡破坏形式。降雨及蓄水是影响本区斜坡破坏的最主要的诱发因素。 ( 2 ) 对自家包和耿家坪滑坡的监测数据分析得知，耿家坪滑坡为一浅层滑坡，目 前未形成明显的滑动面；自家包滑坡在蓄水至1 3 9 m 时就已形成了明显的滑动面，但并 未贯通，滑坡的变形机制为整体推移式，滑坡处于蠕滑阶段。 ( 3 ) 对自家包滑坡的数值模拟分析中得知，该滑坡滑动面贯通是在1 5 6 m 1 7 5 m 蓄 水之间，当三峡水库蓄水至1 7 5 m 时，滑坡发生滑动的危险性增大。 关键词：香溪河；岸坡类型； 监测；自家包滑坡； f l a c ” s t a b i l i l t ye v a l u a t i n go f s o i lb a n k - s l o p ef r o me s t u a r yt o g a o y a n g i nx i a n g x ir i v e r v a l l e y a b s t r a c t x i a n g x ir i v e r , a st h eo n eo fb r a n c ho fy a n g t z er i v e r , l i e si nh e a d s e c t i o no ft h et h i n e g o r g e s w i t ht h ef i r s ta n ds e c o n di m p o u n dw a t e ri nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i r , t h ew a t e rl i n e i sr a i s er a p i d l ya n dp l e n t yo f r o c ka n ds o i lo fb o t hs i d e ss h o r ei ss u b m e r g e d ，w h i c hn o to n l y d e p r e s st h es h e e rs t r e n g t ho fr o c ka n ds o i l ，b u ta l s od e s t r o yt h em e c h a n i c sb a l a n c eo fi n n e r s h o r e c o n s e q u e n t l yi n d u c eo l dl a n d s l i d er e n e w e da n dn e wl a n d s l i d eo c c l l i t e n c e t h ea u t h o rc a r r yo nt h ep a r t i c u l a ri n v e s t i g a t i o no nh e i g h tl e s sa t4 5 0m e t e r so f b a y o u - g a o y a n gr i g h t - s i d eb a n ko fx i a n g x ir i v e r , t h et o p i cs t u d yt h ea l lb a n k - s l o p e s c h a r a c t e ra n dp r o c e s si t ss o r t a t i o nb a s e do nt h o s es h a p e , d i s t r i b u t i n ga r e a c o n f i g u r a t i o na n d d e v e l o p m e ma n ds oo n a u t h o rm a k e so u tt h es u g g e s t i o nv a l u eo fp h y m e c h a n i c sp a r a m e t e r o f r o c ka n ds o i lf o ra d a p t i n gt ot h ew o r kr e g i o n , w h i c hb a s e do ns u m m a r i z ef o r m e rw o r k - f r u i t ， e x a m i n a t i o ni nl o c a l ea n dl a b o r a t o r y , a n dc o n s i d e rt h el a n dc h a r a c t e ri nt h er e g i o ns u c ha si t s g e n e s i s c o m p o n e n t , c o n f i g u r a t i o na n ds t r u c t u r e ，d u r i n gt h ei n v e s t i g a t i o na n ds t u d y , w eu s e m u l t im o n i t o r i n ga n a l y s i sm e t h o d ，i n c l u d i n gd e e pd r i l l - h o l ei n c l i n a t i o ns u r v e y ( t h et y p ei s c x - 0 3 ) ，t o t a ls t a t i o ni n s t r u m e n ta n de x t e n s o m e t e r , i nb a i j i a b a oa n dg e n j i a p i n gl a n d s l i d e w h i c ht h ed e f o r m a t i o ng r a d ei sh i g h e rw h e nt h er e s e r v o i ri m p o l l i l d sw a t e r s e q u e n t i a l l yt h e p a p e rs t u d i e st h em e c h a n i s mf o rf a i l u r eo fb a n k s l o p eu n d e rt h ec o n d i t i o no fr a i n f a l la n d i m p o u n d sw a t e r t h eb a i j i a b a oi st y p i c a li na l lk i n d so fl a n d s l i d e so fx i a n g x ir i v e rv a l l e yw h i c ht h eo l d l a n d s l i d ei sr e n e w e d s ot h ep a p e rc a r r i e so nt h es t a b i l i t ya n a l y s i su n d e rt h ec o n d i t i o no f n a t u r a la n di m p o u n d sw a t e rr e s p e c t i v e l yb yt h ep r o f e s s i o n a ls o f t w a r ef l a c “，a n d f i t t i n g r e s u l ti sp e r f e c tb e t w e e nt h ea c t u a lm o n i t o r i n gp o i n ta n dt h es i m u l a t ec a l c u l a t i o np o i n t o n a n o t h e rs i d e ，t h ep a p e rp u tu pt h es t a b i l i t ye v a l u a t i o no nt h ew h o l er e s e r v o i rb a n ko f b a y o u - g a o y a n gr e g i o no f x i a n g x ir i v e rb yq u a l i t a t i v ea n a l y s i sm e t h o d t h ep a p e ra c q u i r e sf o l l o w i n gs t u d yr e s u l t ： ( 1 ) t h ep a p e rm a k e sc e r t a i nt h ed i s t o r t i o nm o d e lo fs h o r e - s l o p ei nw o r kr e 。g i o i l t h e u p p e r m o s td i s t o r t i o nm o d e li ss l i p p a g ea m o n gt h em o d e lo fe r o d e ，c o l l a p s eb a c k p e d a la n d s l i p p a g e r a i n f a l la n di m p o u n dw a t e ri sm o s tk e yi n d u c ef a c t o rt ot h es l i d ei n s t a b i l i t yi nt h e r e o n ( 2 ) t h ep a p e ra n a l y z e st h ed i s t o r t i o nm e c h a n i s mo fb a l j i a b a nl a n d s l i d ea n dg e i l j i a p i n g l a n d s l i d e 1 1 地r e s u l ts h o w sg e i l j i a p i n gi sf l e e t l a y e rl a n d s l i d ea n dn of o r md i s t i n c ts l i d e s u r f a c e a st 0b a i j i a b a o t h ei n v e s t i g a t i o ns h o w si tf o r md i s t i n c ts l i d es u r f a c eb u tn o r u n - t h r o u g hw h e nt h ew a t e rl e v e l o fi m p o u n di s u p t o1 3 9m e t e r s , a n dt h e s t y l e o f d e f o r m a t i o nm e c h a n i s mi si n t e g e rp r o c e s s ，a n dt h e nt h el a n d s l i d ei si nt h ep h a s eo fc r e e p i n g s l i d e ( 3 ) n ep a p e r 血a i s h e dn u m e r i c a ls i m u l a t ei nb a l j i a b a ol a n d s l i d e t h er e s u l ts h o w st h e w a t e rl e v e li s1 5 6 - - 1 7 5m e t e sw h e ni t ss l i d es u r f a c ei sr u n - t h r o u g h s ot h ep r o b a b i l i t yt os l i p o ft h el a n d s l i d ei sh i g h e rw h e nt h ew a t e rl e v e lo ft h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ri m p o u n d si st o 1 7 5m e t e r s k e y w o r d s ：x i a n g x ir i v e r ；s t y l eo f b a n k s l o p e ；m o n i t o r i n g ；b a l j i a b a nl a n d s l i d e ； f l a c 3 d 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛壑理王盔堂或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者导师签名：锄劫哆 学位论文作者签名： t t 蚺刎年石月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑垄王盔堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权盛壑堡王盔堂可以将学位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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位 论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 倔，小砖 洲年 月日 第1 章引言 第1 章引言 1 1 选题依据及研究意义 长江三峡工程是举世瞩目的大型水电工程，其修建将给库区乃至全国人民带来巨大 的利益。然后，不可避免地，三峡工程建成后，随着库水位的升降变化不仅使得原已稳 定的滑坡再度失稳，同时还将导致库岸边坡的失稳，形成崩塌和滑坡。据不完全统计， 三峡库区在1 7 5 m 水位影响范围内共有大小滑坡1 1 9 0 余个，各类变形体更是广泛。仅在 三峡水库蓄水至1 3 5 m 不足一个月后，即7 月1 3 日库区秭归县沙镇溪镇千将坪突然发 生了2 4 0 0 万方的大型高速滑坡。滑坡体涉及两个村民小组、4 家企业，总计1 2 0 0 人。 1 4 余人死亡，经济损失约8 0 0 0 多万元( 图1 - 1 ) 。 图卜1千将坪滑坡全貌 另外，1 9 9 5 年法国6 6 5 m 高的马尔帕萨拱坝在初次蓄水时即溃决。意大利瓦依昂拱 坝坝高2 6 5 m ，水库设计正常高水位为7 2 2 5 m ，1 9 6 3 年1 0 月9 日，库水位上升至7 0 0 m 高程时，左岸大坝1 8 k m 处，发生2 5 x 1 0 s m 3 的巨型滑坡，以2 5 3 0 m s 的速度顺层下 滑进入水库，引起涌浪超过坝顶1 5 0 2 5 0 m ，约有3 0 0 0 万m 3 的水量渲泄而下，致使一 个村庄被毁，近3 0 0 0 人死亡，整个水库变成一个石库，这场灾害从滑坡发生到坝下游 被毁，不足7 分钟。 意大利瓦依昂水库滑坡，当库水位上升到7 0 0 m 时，在库岸边坡坡脚产生极大的扬 压力，使正应力减少，抵抗滑动的摩擦阻力降低，而产生滑坡。 从这些突发重大事件中可以看出，目前我们对库水位升降所引起的边坡变形行为的 了解仍然十分薄弱。 成都理工大学硕士学位论文 长江支流香溪河沿岸地区是崩滑流地质灾害多发区之一，尤其是香溪河口一高阳镇 河道两岸崩塌、滑坡比较集中，且危害较大。随着三峡水库蓄水、移民迁建、公路开挖 等人类活动的加剧，将产生水库蓄水诱发的岸坡变形以及移民迁建与新修公路引起的边 坡失稳等环境地质问题。岸坡在淹没饱和过程中，岩石强度的降低及裂隙的扩展和土体 抗剪强度的降低，将随时发生在岩质岸坡和松散层岸坡中。岸坡的部分淹没及库水位涨 落会导致岸坡内部力学平衡的打破，进而诱发变形的出现或在某些部位应力集中。 香溪河位于三峡库首区，距大坝较近，1 3 5 m 蓄水时河口段水位抬高约6 0 m ，水库蓄 水对岸坡稳定性带来的影响将较为突出。大量工程实例表明，水库的蓄水以及库水位周 期性的升降变化不仅使得原已稳定的滑坡再度失稳，同时还将导致库岸边坡的失稳，形 成崩塌和滑坡。造成库岸边坡失稳产生崩滑问题的主要原因是由于水库的修建引起了地 表水和地下水环境及其动力作用系统的重大变化，具体表现为以下几点： ( 1 ) 水库蓄水后，库区水文气象及水文地质条件将发生小范围的改变，可导致降 雨作用、河流地质作用的改变； ( 2 ) 水库蓄水会使库区及其附近地区的地下水位大幅度提高，而水库的调节运行 又会使地下水位产生显著的动态变化，这将导致岸坡中的地下水静、动水压力发生( 较 大) 变化，从而加剧库岸地带地下水的活动； ( 3 ) 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土结构， 容易形成“管涌”，使岸坡的稳定性下降； ( 4 ) 由于地表水和地下水溶滤、软化作用，使库岸斜坡出现软化变形，形成滑坡 坍塌； ( 5 ) 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，其物理和化学特性发生变化，抗剪强度将大幅度下降。 库岸边坡稳定问题，不但与枢纽建筑和航道安全、水库淤积和城镇搬迁等直接相关， 也是沿岸工农业布局与防灾工作的重要前提。因此，有必要就蓄水前后岸坡稳定性问题 开展比较研究，对重大隐患区适时开展重点调查，并加强监测预报。针对香溪河流域蓄 水前后岸坡稳定性及对重大工程建设的适宜性进行系统论证，对库区的环境地质研究和 地质灾害防治极为必要，且具有借鉴和推广意义。 本论文正是基于以上目的通过对香溪河河口一高阳段左、右岸岸坡的调查，重点选 取了右岸的土质岸坡进行稳定性分析、评价研究，以期通过本论文的研究对其他流域内 的库岸边坡提供参考。 2 第1 章引言 1 2 国内外研究现状 1 2 1 库岸边坡的特点 水库库岸边坡与一般山地滑坡相比，有其特殊的一面。其特殊性在于它的活动与水 库库水位的变化、库水波浪的冲刷及库水的浸泡有很大的关系。洪枯水位的剧变或水库 回水造成的异常水位变幅，将导致岸坡内地下水静、动水压力发生巨大的变化，从而影 响库岸斜坡的稳定性；库水波浪的冲刷将使岩质岸坡的强风化带和土质岸坡产生侵蚀一 剥蚀型再造；库水的浸泡将使岩土体的物理和化学性能发生变化，并大幅度消弱其抗剪 强度，进而导致岸坡稳定性降低。 对库岸斜坡稳定性的重要性的认识，是随着工程的实践逐步提高的。二十世纪六十 年代年以前，主要侧重于土质库岸的塌岸研究。自意大利瓦依昂水库事故后，由此对库 岸滑坡及其涌浪危害才引起广泛的注意。 水库边坡的稳定性评价是一项十分复杂的研究课题，二十世纪九十年代以前还未形 成一套完整的理论和研究方法。 国际大坝委员会( i c o l d ) 在1 9 9 3 年委派了一个专门委员会去研究“库岸边坡稳定” 的问题。委员会对世界范围内的库岸斜坡稳定问题进行了调查，编写出了用于水库滑坡 灾害鉴别和评价的指南，该指南指出：在对水库斜坡稳定性进行评价时，除了对水库斜 坡形成机制的“概念模型”进行研究外，还必须研究其水文地质“概念模型”，得出斜 坡内地下水渗流场在水库蓄水及运行过程中的变化规律，并把其结果应用在稳定性分析 中，这样才能对水库斜坡的稳定性做出较为符合实际的评价。 1 2 2 库岸边坡稳定性研究现状 边坡稳定性的评价是地质灾害评价的研究内容之一，而库岸边坡稳定性考虑的重点 是边坡失稳对水库及工程的影响。因此，在水库蓄水条件下，研究库岸边坡稳定性行之 有效的评价方法就显得尤为重要。 对于库岸边坡稳定性的评价方法目前主要有定性评价方法、定量评价方法和非确定 性评价方法三类。对于定性分析方法，其主要优点是能综合考虑边坡稳定性的多种影响 因素，快速的对边坡的稳定状况及发展趋势做出评价，缺点是该方法以大量的已有数据 和工程经验为基础，它无法为具体的工程设计与施工提供量化指导；对于定量方法，其 以一定的地质模型为基础，并在此基础山建立合理的数学模型，从而实现边坡稳定性的 评价，只有它才可能成为边坡稳定性评价的重要指导依据；由于边坡岩土体自身的复杂 性及其对自然环境和人类工程活动的敏感相关性，边坡稳定性存在着诸多因素作用的随 机性，从而形成了地质力学模型本身的不可靠性及各类计算参数的不确定性，加上当前 存在的计算模型的多样性与缺陷性并存的矛盾，必然要求用动态的力学和随机性理论去 成都理工大学硕士学位论文 分析和解决问题，为此，非确定性方法是近年来针对边坡稳定的动态性与不确定性，引 用了一些新的科学和理论，从中提出了一种不可或缺的分析方法“1 。下面将三种方法的 研究现状作一简单介绍： ( 一) 定性方法 定性分析方法主要是通过工程地质勘察，剖析影响边坡稳定性的主要因素、可能变 形破坏方式及失稳的力学机制，调查已变形边坡地质体的成因及演化史，从而给出被评 价边坡的一个稳定状况及其可能发展趋势的定性说明和解释。常用的定性方法主要包括 自然( 成因) 历史分析法、工程类比法、s m r 法、几何图解法等。 ( 二) 定量分析方法 定量分析方法分为极限平衡分析方法和数值分析方法。 极限平衡方法是一种比较传统而且成熟的边坡稳定性评价方法，原理简单，计算方 法简便，易于理解，长期以来，在大量的工程边坡中得到了大量的应用于实践。该方法 最早由瑞典学者k e p e t t e r s s o n 与s h u l t i n ( 1 9 1 6 ) 提出，后经f e l l e n i u s ( 1 9 2 6 ) 、 a w b i s h o p ( 1 9 5 5 ) 、j a n b u 、s a r m a 等一系列的改正和修正，已经发展成一套具有广泛 适用性的理论。实践证明，该方法在边坡工程中满足对应计算方法假设条件的情况下， 结果是相对令人满意的，各种极限平衡方法的主要原理及特点见表卜1 。m h “”。 表卜1 斜坡稳定性评价的极限平衡法汇总表 分析方法假设条件力学分析应用范围及特点 1 ) 滑动面为圆弧1 ) 整体力矩平衡 圆弧滑面滑坡，定 1 瑞典条分法 2 ) 不考虑条分间作用力转动中心，垂直条 分滑体 1 ) 不考虑条块间切向力1 ) 整体力矩平衡与任意形状滑面，垂 2 b i s h o p 法 2 ) 条块间作用力水平 静力平衡 直条分滑体，较适 用于十坡 1 ) 滑动面可为不规则形状1 ) 分块力矩平衡可适用于非均质土 3 j a n b u 法2 ) 条间作用力位置在离2 ) 分块力平衡坡，垂直条分滑体 滑面以上五，3 处。 1 ) 滑体先破裂成相互错动1 ) 分块静力平衡任意形状滑面，任 的块体才能滑动 2 ) 分块力矩平衡意条分滑体，适用 4 s a r m a 法 2 ) 滑面与侧面都达到极限于岩质或土质滑坡 状态 1 ) 条间作用力合力方向与1 ) 各分块力平衡任意形状滑面，垂 上一块滑面平行直条分滑体，适用 5 传递系数法 2 ) 本条块问作用合力为负 于岩质或土质滑坡 值则记向下块传递的推力 为零 4 第1 章引言 续表1 - 1 1 ) 相邻条块间法向力e 与1 ) 考虑分块力矩平任意形状滑面，垂 切向力x 存在与水平方向衡直条分滑体，适宜 6 m o r g e n s t e r - p r i c e坐标的函数关系( x e - 2 ) 考虑分块切向力 于土坡 法f ( x ) )平衡与法向力平衡 2 ) 条间力作用点位置随滑 面倾角而连续变化 1 ) 滑动面为圆弧1 ) 分块力平衡可用于岩质或土质 7 s p e n c e r 法 2 ) x e 为一常数 2 ) 分块力矩平衡滑坡，垂直条分滑 体 1 ) 受结构面或软弱面控制 1 ) 整体静力平衡适宜于岩质楔形体 8 楔形体法形成的楔形滑面，且各滑滑坡 面均为平面 数值分析方法是计算机时代的产物，它往往以一定的力学本构模型和几何模型为基 础，考虑岩土体的变形和位移特征，并依研究对象的不同而有所差别。从介质的连续性 而言，以有限元、边界元为代表的数值方法常应用于连续介质，而以离散单元法为代表 的数值方法则常用于非连续介质。对于数值方法，在分析中考虑到了构成边坡物质的不 连续性和非均质性，因此与边坡岩体的实际情况更为接近。应用数值方法，可以方便得 到边坡岩体内应力场：位移场及渗流场的分布状态，从而对于岩质边坡稳定性可以从应 力场、位移场的角度来评价。 表卜2 部分数值分析方法的主要特点 分析方法运行机制适用特点存在缺陷 可以用来求解弹性， 离散岩土介质为多个单元，荷载 弹塑性、粘弹塑性、 对大变形、不连续位 移植至节点，插值函数考虑连续 粘塑性等问题；部分 移、无限域、应力集 1 有限元法考虑了非均质、不连 中等问题的求解不理 条件，采用矩阵位移法或力法求 续性，可以给出岩土 解岩土介质应力场或位移场 想 体应力、应变的大小 与分布 将介质边界离散为边界单元，把 只对研究区的边界单 要求事先知道控制微 2 边界元法 边界微分方程转换为线性代数方 元进行离散，数据输分方程的基本解，在 ( b e m ) 程组，求解边界应力和位移解， 入量较少，对处理零处理非线性、不均匀 界域、半无界域等问 性、模拟分步开挖等 再由解析法计算域内任意点的解 题较为理想方面不如有限元 考虑岩士体不连续计算边界、单元网格 3 f l a c 法有限差分原理性、大变形特征，求的划分具有很大的随 解速度较快意性 成都理工大学硕士学位论文 续表1 - 2 动态性，考虑了岩体 的非均质、不连续和 将区域离散为单元，但单元结点大变形等特点，允许 4 离散元法可以分离，单元间的作用力可以 块体间发生平动、转 只对块状、层状破裂 ( d e m ) 由力与位移的关系求出，个别单动甚至相互脱离，可 或一般碎裂结构岩体 元的运动由牛顿运动定理确定形成反应应力场、速 比较适合 度、位移等力学参数 的全程变化 适合于非线性、不连 续和动力等问题求 采用了一种特殊的形函数记位移解，能有效解决有限 一般要与其它方法如 5 无界元法插值函数，能反映在无穷远处的元的“边界效应”及 边界条件，是有限元的推广 人为确定边界的缺 有限元联合使用 点，在动力问题中尤 为突出 6 块体理论 几何学特征、利用拓只考虑抗剪强度，不 ( b t ) 几何学原理与解析方法扑学、群论原理，适计节理变形，力矩作 用于岩体稳定性分析用 通过不连续面间的相互约束建立 考虑了变形的不连续 7 不连续变 整个系统的力学平衡条件，引入 性，引入了时间因素， 了非连续接触和惯性力，采用运 可以计算静力、动力 网格的划分比较复杂 形分析 问题，也可以计算岩 动学原理解决非连续的动力与静 土破坏前小的变形及 力问题 破坏后大位移问题 ( 三) 非确定性评价方法 非确定性评价方法主要包括可靠性分析、随机过程法、模糊数学法、灰色系统理论、 系统工程理论、信息论、控制理论、协同学理论、耗散结构理论以及突变理论。 综上所述可以看出，上述任何一种方法都有自己的应用假定和局限性，因而采用两 种或两种以上方法的耦合( 有些学者称之为复合法) 研究也越来越多，这也成为未来发 展的一种趋势“m 。如常春等将离散元计算和神经网络预测相结合，分析露天矿边坡不 同开采深度下的边坡岩体应力场；h s y u 等采用有限元方法和极限平衡理论分析了均质 和非均质的简单边坡，且讨论了极限平衡法的精确性问题。 1 2 3 监测方法研究现状与发展趋势 国内外在滑坡监测技术和方法方面都有着显著进步，监测内容不断丰富，监测技术 和手段日趋先进，滑坡监测将逐步向自动化的实时监测方向迈进。应该肯定，边坡的监 测是进行预测预报和掌握岩土体失稳机理最重要的手段之一，由于边坡本身具有的复杂 性及目前边坡稳定性研究水平，边坡监测是边坡稳定性分析中不可缺少的，也是至关重 要的研究内容。目前这方面取得了很大的成就：一方面各种先进的监测仪器不断涌出， 尤其是自动化程度高的遥测系统，如g p s 监测系统，遥感地质及探地雷达在滑坡调查中 的应用等；另一方面是监测设计方法的优化及监测数据处理的进步，如立体监测方法的 6 第1 章引言 出现及应用灰色理论，神经网络，专家系统进行监测预报等。但边坡稳定性优化设计方 法研究不够。 1 2 3 1 地质灾害监测方法技术现状 地质灾害监测技术是集多门技术科学为一体的综合技术应用，主要发展于2 0 世纪 末期。伴随着电子技术、计算机技术、信息技术和空间技术发展，国内外地质灾害调查 与监测方法和相关理论得到长足发展，主要表现在： 1 、常规监测方法技术趋于成熟，设备精度、设备性能都具有很高水平。目前地质 灾害的位移监测方法均可以进行毫米级监测，高精度位移监测方法可以识别0 1 m m 的位 移变形。 2 、监测方法多样化、三维立体化。由于采用了多种有效方法结合对比校核以及从 空中、地面到灾害体深部的立体化监测网络，使得综合判别能力加强，促进了地质灾害 评价、预测能力的提高。 3 、其他领域的先进技术逐渐向地质灾害监测领域进行渗透。随着高新技术的发展 和应用的深入，卫星遥感、航空遥感等空间技术的精度逐渐提高，一些高精度物探( 如 电法、核磁共振等技术) 的发展，使得地质灾害的勘查技术与监测技术趋于融合，通过 技术上的处理、提升，该类技术逐渐适用于区域性的地质灾害和单体灾害的监测工作。 “八五”以来，我国在地质灾害监测技术研究方面取得了丰硕的成果，并积累了丰 富的经验，使我国的地质灾害监测预警水平得到很大程度的提高；但是还存在一定的局 限性，主要表现在： ( 1 ) 地质灾害监测技术、仪器设施多种多样，应用重复性高，受适用程度、精度、 设施集成化程度、自动化程度和造价等因素的制约，常造成设备资源浪费，效果不明显。 ( 2 ) 所取得的研究成果多侧重于某一工程或某一应用角度，在地质灾害成灾机理、 诱发因素研究的基础上，对各种监测技术方法优化集成的研究程度较低。 ( 3 ) 监测仪器设施的研究开发、数据分析理论同相关地质灾害目标参数定性、定量 关系的研究程度不足，造成监测数据的解释、分析出现较大的误差。 因此，要提高地质灾害预警技术水平，必须在地质灾害研究同开发监测技术方法相 结合的基础上，进行地质灾害监测优化集成方案的研究。 1 2 3 2 地质灾害监测方法发展趋势 1 、高精度、自动化、实时化的发展趋势 光学、电学、信息学及计算机技术和通信技术的发展，给地质灾害监测仪器的研究 开发带来了勃勃生机；能够监测的信息种类和监测手段将越来越丰富，同时某些监测方 法的监测精度、采集信息的直观性和操作简便性有所提高；充分利用现代通信技术提高 7 成都理工大学硕士学位论文 远距离监测数据信息传输的速度、准确性、安全性和自动化程度；同时提高科技含量， 降低成本，为地质灾害的经济型监测打下基础。 监测预测预报信息的公众化和政府化。随着互联网技术的发展普及，以及国家政府 的地质灾害管理职能的加强，灾害信息将通过互联网进行实时发布，公众可通过互联网 了解地质灾害信息，学习地质灾害的防灾减灾知识；各级政府职能部门可通过所发布信 息，了解灾情的发展，及时做出决策。 2 、新技术方法的开发与应用 ( 1 ) 调查与监测技术方法的融合 随着计算机的高速发展，地球物理勘探方法的数据采集、信号处理和资料处理能 力大幅度提高，可以实现高分辨率、高采样技术的应用；地球物理技术将向二维、三维 采集系统发展；通过加大测试频次，实现时间序列的地质灾害监测。 ( 2 ) 智能传感器的发展 集多种功能于一体、低造价的地质灾害监测智能传感技术的研究与开发，将逐渐 改变传统的点线式空间布设模式；由于可以采用网式布设模式，且每个单元均可采集多 种信息，最终可以实现近似连续的三维地质灾害信息采集。 ( 3 ) 新技术新方法 光纤技术( b o t d r ) 、时间域反射技术( t d r ) 、激光扫描技术、核磁共振技术( n u m i s ) 、 合成孔径干涉雷达技术( i n s a r ) ”。 综合现有资料，将国内外对滑坡的主要监测方法及其适用性概况于表i - 3 中m 。 表i - 3 国内外崩塌、滑坡监测一览表 种类适用性评价 宏观地质调查各种地质灾害的实地宏观地质巡查 变 形 地表位移监测 崩塌、滑坡、泥石流和地面沉降等地质灾害的地表整体和裂缝位移变化 监 监测 测 深部位移监测用于监测具有明显深部滑移特征的崩滑灾害深部位移监测 应力场监测用于崩塌、滑坡、泥石流地质灾害体特殊部位或整体应力场变化监测 物 地声监测用于崩塌、滑坡、泥石流地质灾害活动过程中的声发射事件特征 理 与 电磁场监测用于监测灾害体演化过程中的电场、电磁场的变化信息 化 学 场 灾害体温度监测用于监测滑坡、泥石流等地质灾害在活动过程中的灾体温度变化信息 监 测 放射性监测 用于监测裂缝、塌陷等灾害体特殊部位的氡气异常 汞气测量用于监测裂缝、塌陷等灾害体特殊部位的汞气异常 8 第1 章引言 续表卜3 诱 气象监溅 用于明显受大气降水影响的地质灾害诱发因素监测，如崩塌、滑坡泥石 发 流等地质灾害 因 地震监测 用于明显受地震影响的地质灾害诱发因素监测，如崩塌、滑坡泥石流、 素 地面沉降等 监 测 人类工程活动用于监测人类工程活动对地质灾害的形成、发展过程的影响 地 地下水动态监测用于监测滑坡、泥石流、地面沉降等地质灾害的地下水位的动态变化 下 水孔隙水压力监测用于滑坡、泥石流地质灾害体内孔隙水压力监测 监 用于监测滑坡、泥石流、地面沉降、海水入侵等地质灾害的地下水质的 测 地下水质监测 动态变化 1 3 研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容 针对三峡水库一期蓄水后，香溪河流域岸坡的稳定性问题，本文在以下几个方面作 出了较为系统、深入的研究。 ( 1 ) 研究区域内工程地质环境研究 通过对香溪河河口一高阳段左、右岸4 5 0 m 高程以下岸坡的详细现场调查，基本查明 该区的岸坡的分布特征，各类岸坡的地貌形态、物质组成等特征，继而研究不同结构类 型的岸坡的变形破坏特征、破坏形式、破坏机制。 ( 2 ) 岸坡变形破坏特征及失稳机理研究 水库蓄水后导致研究区内部分古滑坡复活，本文采用了多种监测方法，如采用全站 仪对变形体地表进行监测；采用c x 0 3 型测斜仪进行深部位移监测。拟通过多种监测方 法的对比分析，了解和掌握变形体变形破坏特征，预测今后的稳定性状况，并且对变形 体的定量分析提供了科学依据，近而研究了在蓄水及降雨条件下岸坡失稳机理。 ( 3 ) 运用定性分析的方法对香溪河口一高阳段右岸的岸坡进行整体稳定性评价和预 测，整体稳定性评价是在宏观上、全局上把握，并为局部稳定性评价指明方向嘲。”。对 局部不稳定地段运用三维数值分析( f l a c “) 的方法对自家包滑坡在自重和不同库水条 件下进行稳定性评价并预测其发展趋势。 ( 4 ) 将实际调查结果、监测结果、数值模拟结果进行对比分析，以实际调查结果 作为依托，一方面用于探讨监测措旌布置的合理性情况；另一方面用于对变形体的现状 稳定情况和未来变化趋势做准确性分析。 9 成都理工大学硕士学位论文 1 3 ，2 技术路线 基于以上的研究内容，本文采用了如下的技术路线( 图卜2 ) 。 图1 - 2技术路线图 1 0 第2 章研究区工程地质条件 2 1自然地理 第2 章研究区工程地质条件 本文以香溪河河口一高阳段右岸4 5 0 m 高程以下的土质岸坡作为研究重点( 图2 - 1 ) 。 香溪河干流全长1 6 2 k i n ，河口距三峡大坝3 4 5 公里，与源头高差2 9 9 5 m ，平均坡降 为1 4 2 。流域包括整个兴山县以及秭归县和神农架林区的一部分，面积3 1 0 0 平方公 里。区内山体隶属大巴山和巫山余脉，以深一中深切割的中低山为主，山峦叠嶂，巍峨 挺拔。地势总体北高南低，山势多呈近南北走向。河谷呈不对称“v ”字型，东高西低。 河东山体高耸矗立，由九岭头等山峰组成；河西则为中低山脉。山体自然坡角一般在 2 5 。4 5 。之间，第四系残坡积物覆盖较少，基岩裸露，河流垂直强烈下切，岸坡以机 械剥蚀为主，属强剥蚀的中低山区。 香溪河流域北部，地势南高北低，自南向北，依次为神龙架山系、武当山系和十堰 一浪河镇丘陵区。汉江横贯其中，在丹江口一带，地形相对平缓，河谷开阔。 研究区位处中纬度，属亚热带季风气候，四季分明、雨量充沛。据现有资料，香溪 河流域年径流深7 2 3 3 m m ，径流模数2 1 4 9 11 s k m 2 ，多年平均流量6 5 5m 3 s ，年 均降雨量1 0 1 5 6 m m ，多年平均径流量1 9 5 5 x1 0 w ，为鄂西地区降雨中心之一，七日最 大降雨量为1 0 9 9 r m n ，三日最大降雨量6 6 4 6 m m ，日最大降雨量3 9 1 r a m ，1 2 小时最大降雨 量1 9 9 3 m m ，- - d , 时最大降雨量6 1 3 m m ，实测最大年降雨量达2 0 3 6 m m 。降雨量多集中 在4 9 月份，约占全年降雨总量的7 0 。香溪河向北至丹江口地区，多年平均降水量 呈减少趋势。土质滑坡的分布直接受降雨量控制，在降雨量大的地区，滑坡的分布也相 对密集。 香溪河为库段主干水系。香溪河发源于神农架，全长约为7 5 k m ，流域面积为2 1 2 k m ， 平均坡降5 1 2 。香溪河经兴山县城至游家河流入本区，径流1 6 9 k m 汇入长江。该段 河床近南北走向，平均流量为4 7 4 皿3 s ，洪水期最大流量为3 0 0 0m 3 s ，枯水期最小流 量为1 4m 3 s ，具典型山区河流突增猛降的特点。三峡工程蓄水后，本库段河流将成为 库容部分，水面增大，流速减缓，水文特征将与现状完全不同。 成都理工大学硕士学位论文 2 2 地形地貌 图2 - 1研究区交通位置图 香溪河流域山体隶属大巴山和巫山余脉，以深一中深切割的中低山地形为主，山峦 叠嶂，巍峨挺拔。地势总体北高南低，山势多呈近南北走向。河谷呈不对称“v ”字型， 且东高西低。河东山体高耸矗立，由九岭头等山峰组成；河西则为中低山脉。山体自然 坡角一般在3 0 。4 5 。之间，第四系残坡积物覆盖较少，基岩裸露，基岩岸坡一般上 陡中缓下陡，新公路人工切坡一般为3 0 。5 0 。，坡高l o 4 0 m ，路边弃土形成自然边 坡3 0 。左右。河流垂直下切作用强烈，岸坡以机械剥蚀为主，属强剥蚀的中低山区。 香溪河流域北部，地势南高北低。南部神龙架山系属中山区，海拔在1 2 0 0 2 0 0 0 m ， 地形切割强烈，大部分地区悬崖相依，坡谷陡峻；依次往北，地势逐渐从低山地形向丘 陵平坦地形转变。至丹江口一带，地形相对平缓，河谷开阔。 2 3 地层岩性 香溪河流域地层出露较齐全( 表2 - 1 ) 。前震旦系主要包括崆岭群和神农架群两套 变质杂岩，出露于流域西北部及神农架一带。震旦系一三叠系为一套滨海一浅海相碳酸 盐岩和细碎屑岩构成的岩石，分布于香溪河左岸及高阳镇以北地区。侏罗系为一套内陆 湖相碎屑岩，出现于流域西南部的归州盆地。香溪河流域以北，主要发育元古代变质火 山碎屑岩系，地层单元以武当岩群和耀岭河岩组为代表，白垩系、第三系分布在研究区 北部石花镇一带。研究区内出露地层主要为侏罗系中统聂家山组和下统香溪组。 研究区第四系在山区地缓斜坡地带出露，主要发育在香溪河右岸，成因类型主要 1 2 第2 章研究区工程地质条件 包括： ( 1 ) 残坡积物：分布于缓坡平台、斜坡坡脚及冲沟低洼处，且多坡积物及崩塌堆 积物混杂堆积。典型位置的残积物为黄色粉土或粉沙土含碎石；碎石呈次棱角状，岩性 为黄色粉砂岩为主，少量灰岩。碎石土中碎石有一定的成层性排列，其产状与下伏基岩 一致。总体上都的碎石小，下部的碎石大( 最大的直径约2 5 嘲) ；碎石含量3 5 左右， 结构松散，碎石稍具有磨圆并具有局部分选。其分布高程为1 5 0 2 2 5 m 之间，在2 2 5 m 可见残积物与基岩整合接触，高程1 5 0 m 下及高程2 2 5 m 上均可见青灰色泥灰岩，厚度变 化较大，0 5 m 不等。 ( 2 ) 冲洪积物：多分布于河漫滩、少量阶地残留的地方，由灰岩块石、碎石夹砂 土等成分组成。各分布位置的冲洪积层物质不一样，典型区的物质为卵石土，卵石岩性 为泥灰岩，土石比1 ：8 ，磨圆一次棱角，粒径平均4 c m ，有的呈扁平状，物质来源区 应为沟源及两侧灰岩区。分布上大致由沟口至上转薄，至1 8 0 m 高程附近，坡面上只剩 下少量的冲积层。卵石土的成层性及方向性不明确。沟口附近厚度大于l o m ，砾石无分 选，磨圆较差，圆度较低，扁跞无定向性。 ( 3 ) 滑坡堆积物：分布于区内滑坡发育地带，其物质成分因滑坡性质及分布地层 的不同而存在较大差异。研究区内滑坡集中分布在香溪河口至峡口镇之间，香溪一贾家 店段内主要发育有自家包、耿家坪、白马滩、贾家店滑坡，贾家店一峡口镇滑坡特别发 育，短短6 k m 内发育有1 4 个滑坡，密度最为集中。滑坡堆积物以碎石土为主，土体呈 紫红色、棕红色，块径3 2 0 c m 不等，碎块石成分与母岩岩性相一致，结构较为松散， 透水性较好。滑坡堆积层在平面上多数呈近舌形，少数呈阶梯状。堆积层下部基岩主