（岩土工程专业论文）三峡水库蓄水对黄土坡滑坡稳定性的影响研究.pdf

武汉理工大学硕士论文 摘要 黄土坡滑坡是长江三峡库区最大的滑坡之一，是三峡库区重大地质灾 害体。经过多年的勘察论证之后，国家地质灾害防治工作领导小组决定对 黄土坡滑坡进行整治，并被确定为整治的重点项目。本文对黄土坡滑坡的 稳定性进行了较为系统的分析与研究。在研究过程中，本文主要作了以下 几个方面的工作。 1 、在全面分析目前国内外滑坡研究发展现状的基础上，对黄土玻滑坡 进行了综合分析，确定了黄土坡滑坡稳定性分析评价的基本方法。 2 、阐述了黄土坡滑坡区的地质环境条件和滑坡体的基本特征，黄土坡 滑坡是一个在特定环境地质条件下由临江崩滑堆积体、变电站滑坡、 园艺场滑坡及近期发生的小滑坡多期次崩滑形成的复合变形体。 3 、对滑坡的力学参数采用实测、统计和反演的方法进行了分析确定， 采用传递系数法对滑坡稳定性进行了计算。 4 、采用二维和三维数值模拟对黄土坡滑坡的稳定性进行了分析，从研 究滑坡应力场和位移场的角度，分析评价了滑坡在天然和三峡水库蓄水条 件下的稳定性状况。 5 、利用最新的监测资料对稳定性分析评价的结果进行了对比验证分 析。 本文对黄土坡滑坡的稳定性分析结果，可直接用于黄土坡滑坡的综合 治理，其稳定性分析方法对其它地质灾害也可起到借鉴作用。 关键词：滑坡蓄水稳定性 武汉理工大学硕士论文 a b s t r a c t t h e1 a n d s l i d eo ft h el o e s ss l o p ei st h em o s ts e r i o u se a r t hs l i d ea n dg e o l o g i c a l h a z a r d , w h i c ho c c u r si i lt h r e e - g o r g er e s e r v o i r h a v i n gi n v e s t i g a t e df o rs e v e r a ly e a r s n a t i o n a la n t i g e o l o g i c a lh a z a r da s s o c i a t i o nh a sd e c i d e dt ot a c k l et h el a n d s l i d eo ft h e 1 0 e s ss l o p et h a th a sb e e nt r e a t e d 船a ni m p o r t a n tp r o j e c t 1 r 1 1 i s 血e s i sm a i n l yr e f e r st o t h ea l l a l y s i sa n ds t u d yo ft h el a n d s l i d e s t a b i l i t y i nc o n c r e t e l y , t h et e x tc a l lb e c o n c l u d e da sf o l l o w ： 1 a n a l y z et h el a n d s l i d eo ft h el o e s ss l o p ec o m p r e h e n s i v e l ya n dw o r ko u tab a s i c m e t h o dt od e f i n ei t ss t a b i l i t y , a c c o r d i n gt or e s e a r c h i n ga n da n a l y z i n gt h ep r e s e n t p r o g r e s so fs l i d ei nt h ew o r l d 2 i n t r o d u c et h eg e o l o g i c a le n v i r o n m e n tw h e r et h el a n d s l i d eo f t h el o e s ss l o p eo f t e n t a k e sp l a c ea n dt h eb a s i cc h a r a c t e r so ft h em a s so fs l i d i n g t h el a n d s l i d eo ft h e l o e s ss l o p ei sac o m p o u n dd e f o r m e ds y s t e m ，r e s u l t i n gf r o mt h em u l t i p h a s e s l i d e sw h i c hi n c t u d et h es l i d eo f a m a s s e r sl a i da s i d et h er i v e r , t h es l i d eo ft h e s u b s t a t i o n ，t h es l i d eo f t h eg a r d e na n dt h ei n f e r i o rs l i d e 3 a c c o r d i n gt ot h es u r v e yo nt h es p o t ，s t a t i s t i c sa n dt h er e v e r s ed e d u c t i o n ，t h e m e c h a n i c sp a r a m e t e r so fl a n d s l i d ec a nb ed e t e r m i n e d b ym e a n so ft r a n s f e r c o e f f i c i e n tm e t h o d ，c a l c u l a t et h es t a b i l i t yo f t h el a n d s l i d e 4 a c c o r d i n gt o t h ep l a n ea n dt h r e e d i m e n s i o nf i g u r e s i m u l a t i o n ，a n a l y z et h e s t a b i l i t yo ft h el a n d s l i d eo ft h el o e s ss l o p e b a s et h er e s e a r c hu p o nt h es t r e s sa n d d i s p l a c e m e n tf i e l do ft h el a n d s l i d ea n dg i v ea ne v a l u a t i o nt ot h es t a b i l i t yo ft h e l a n d s l i d eu n d e rt h en a t u r a lc o n d i t i o na n dt h ec o n d i t i o nw h e nr e t a i n i n gw a t e ri n r e s e r v o i r 15 o r2 ”p h a s e 5 u t i l i z et h el a t e s to b s e r v a t i o n a li n f o r m a t i o nt oc o n t r a s t sa n da n a l y z e st h e e v a l u a t i o nr e s u l t so f t h es t a b i l i t yc a l c u l a t i o n t h i st h e s i s sa n a l y t i co u t c o m e so ft h el a n d s l i d eo ft h el o e s ss l o p ec a nb eu s e dt o t a c k l et h el a n d s l i d eo fi td i r e c t l y a l s ot h i sm e t h o dc a r lb eu s et od i r e c to t h e r g e o l o g i c a lh a z a r d s k e yw o r d s ：l a n d s l i d e i m p o u n d m e n t s t a b i l i t y i i 武汉理工大学硕士论文 1 绪论 1 1 国内外滑坡稳定性分析与评价的方法 我国是地质灾害多发的国家，近年来地质灾害频频发生，国家对地质灾害 日趋关注，每年都投入巨资进行地质灾害勘查、评价和治理，特别是对于长江 三峡库区，在近两年国家投入了4 0 多亿元进行地质灾害的勘察与防治。地质灾 害大体可以分为崩( 岩崩) 、滑( 滑坡) 、流( 泥石流) 三类。“”。黄土坡滑坡 属于滑坡类地质灾害。一般来说，影响边坡稳定性的因素包括有地质构造、地 应力、岩性、结构面、边坡坡角、天体引潮力、地震、植被、水文地质条件以 及人类工程活动等“ 7 1 。近年来，国内许多学者对岩体失稳的机理作了大量的研 究o ”3 ，基本上可以将斜坡变形机制分为6 种模式：蠕滑一拉裂、滑移一压致 拉裂、滑移、滑移一弯曲、弯曲一拉裂、塑流一拉裂。对于滑坡体的分析和防 治，目前的方法有很多。“3 ，对于滑坡分析而言，通常首先开展的是宏观变形迹 象调查。后缘张裂缝、陡壁等地貌特征是滑坡的明显证据。在勘查方面，除了 钻探、物探等常规方法以外，还出现了一些新的勘探方法，如井下电视、地质 雷达等技术。遥感技术正得到愈来愈广泛的应用，在大型工程的勘测阶段，利 用遥感图像可以显著提高效率，改善工作条件。石家庄西郊石灰岩山区的一大 型滑坡就是首先在遥感图像上发现的。但遥感技术无法完全取代现场的勘察工 作，而只能作为一种有效的辅助手段。滑坡的稳定性关系到工程选址、设计方 案等重大决策问题。稳定性评价要求适宜的分析方法和合理的参数取值。为解 决复杂的问题，须将其作适当的简化，即抽象出适宜的模型。模型太简化了不 能反映滑坡的真实状态；太复杂了则须确定的参数又太多，受参数可靠程度的 影响，分析结果的可靠性必然大打折扣。现今使用的数学模型大致可分为两类。 一类是基于极限平衡理论的方法，另一类是数值分析方法。极限平衡理论计算 简单，发展历史较长，就稳定性而言，其结果已可满足实际需要，尤其对土滑 坡是如此，计算的误差主要来源于参数的取值。由于岩质边坡在长期地质历史 环境中的变迁，形成很多结构面( 如层面、裂隙面、节理面) ，这些结构面也控 制着边坡的变形发展，所以，岩质边坡破坏遵循的规律与土质边坡有较大的不 同。目前在滑坡体稳定性分析方面，由于计算机技术的不断提高，数值分析方 武汉理工大学硕士论文 法得到了广泛的应用“1 ，也取得了较好的效果，主要的数值模拟方法有：有 限单元法( f e m ) 、边界单元法( b e m ) 、有限差分法( f d m ) 、离散单元法( d i s c r e t e e l e m e n tm e t h o d ，d e m ) 、块体理论( b l o c kt h e o r y ，b t ) 、不连续变形分析 ( d i s c o n t i n u o u sd e f o r m a t i o na n a l y s i s ，d d a ) 、快速拉格朗日法( f a s t l a g r a n g i a na n a l y s i so fc o n t i n u a ，f l a c ) 、静办同步松驰离单元法( 或叫块 体弹簧元法，b s m ) 、无网络伽辽金法( e l e m e n tf r e eg a l e r k i nm e t h o d ，e f g m ) 以及数值流形法( m a n i f o l dm e t h o d ，脚) 等。概率理论和非线性理论现在也已 用于边坡稳定性评价。由于对危岩体滑动机理的认识尚不充分，很难精确确定 各个因素的影响，因此采用比较成熟的物理模型试验与数值模拟可以相互验证。 在国外，对于地质灾害的研究也很广泛“”1 。瑞士是研究岩崩、滑坡较早 的国家，1 8 8 1 年，瑞士联邦技术学院a l b e r t 教授对e l m 滑坡的描述被全世界 公认为是最早、最细致的滑坡调查。除了从地质角度作为研究滑坡的基础外， 瑞士更注意现代新技术、新方法在滑坡研究领域的应用。钻孔倾斜仪、伸长仪 等常规位移监测手段已普遍应用，成为监测滑坡运动的主要手段。遥感图象解 译与制图用于滑坡调查和中长期位移分析，g p s 全球定位系统、激光远距离自 动监测方法也开始投入应用。瑞士是一个古滑坡分布密度很高的国家。在滑坡 防治技术方面，一些州己经开展了区域滑坡调查与稳定性分区，全面科学地研 究滑坡规律，将地质工程和土木工程两者紧密结合，制定合适的工程方案。如 当高速公路或铁路要通过山前古滑坡区时，首先监测滑坡的位移速度，然后对 高架桥的桩基进行工程设防，以适应滑坡运动的特点，并非一律采用昂贵的滑 坡加固措施。这些工程措施的指导思想是去适应自然，而非强行改造自然。 二十世纪8 0 年代初，瑞士联邦技术学院对滑坡进行了多学科的全面深入研 究。包括工程地质、水文地质、物探、大地测量、遥感制图、位移监测、稳定 性计算等。滑坡危险性评估在瑞士也有显著的发展，评价方法多种多样，所评 价的地区和流域也明显增加，其评价与制图方式不断更新，特别是近年来广泛 应用g i s ( g e o l o g yi n f o r m a t i o ns y s t e m ) 技术。，可以将有关滑坡形成的地 形、地质等参数以图形数字化形式表达，使滑坡危险性分析更加快捷、精确， 所获取的数据能够有效地存储、处理、调用和修改。在德国，根据滑坡灾害的 区域调查和地貌填图，掌握地区的滑坡分布、成因，特别是利用现有基础图件、 参数数据，根据预测的要求，探讨应用g i s 技术对斜坡进行危险性评价也取得 武汉理工大学硕士论文 了很大的进展，在防治方面主要是采取护坡和排水的方法。日本在物理模型试 验方面发展较快，他们的模型试验规模大，仿真性强，自然更接近于真实情况。 日本科技厅防灾技术中心设置的降雨装置高2 3 o m ，降雨场地面积7 5 5 0m 2 ， 其最大降雨强度可达2 0 0 u 姐h ，模型比例尺大到1 ：5 c 。他们对滑坡土体作了 三维动态仿真模拟分析。 在地质灾害研究中，时空预报问题不确定性最大，难度也最大。目前在我 国已经广泛开展对地质灾害进行区域地质调查和危险性评估，这对于工程决策 起了很大作用，这可以看作是空间上的预报。而时间上的预报则困难得多，目 前国内外普遍采用的预报方法大体分为：滑坡变形前兆的现象预报法；位移一 时间曲线变化趋势判断法；斋滕法；统计数学模型法；黄金分割法；非线性动 力学模型预报法；降雨量参数法：声发射参数预报法。 随着计算技术的高速发展，数值模拟方法已广泛应用在岩土工程的许多方 面，在斜坡变形模拟、滑坡治理模拟、基坑开挖、支护过程模拟等中采用最多 的方法是有限单元法；快速拉格朗日法主要用于分析岩土体大变形问题；在边 坡稳定性研究中，采用离散元法可以考虑边坡失稳破坏的动态过程，可以较真 实、动态地模拟边坡在形成和开挖过程中应力、位移和状态的变化，预测边坡 的稳定性；利用离散元边界元动力耦合模型将两种计算方法耦合起来，充 分发挥离散元与边界元的优点，对地下结构进行了静、动力分析。都取得了较 好的效果。目前大多数模拟都是二维数值模拟，但事实上岩土工程一般都是三 维问题，有些问题可以简化成二维问题来讨论，不过很多问题还必须进扳三维 数值模拟。由于工程实际的需要，岩土工程问题的三维数值模拟近年来发展很 快，这其中绝大多数是采用三维有限元法模拟斜坡变形、开挖以及岩土体与加 固体间相互作用；焦玉勇利用白编的三维动态松驰离散单元程序，对杨家槽滑 坡进行了分析计算。数值模拟的软件有自编的专用软件，也有国内、外流行的 通用大型软件( 如a d i n a 。a n s y s ，a b a q u s ，m a r c n a s t r a n 等) 以及岩土工程方面的 大型软件如f i n a l ，f l a c ，e f g 等程序。目前应用大型软件主要存在着充分开发利 用软件功能和进一步二次开发问题。 随着我国经济飞速发展，特别是随着西部大开发进程的加快，基础设施建 设投入力度加大，在三峡水利枢纽、小浪底水利枢纽等一大批水力水电建设中， 在全国纵横铁路、高速公路网的建设中，以及在矿山、城市建设事业等各项建 武汉理工大学硕士论文 设中，由工程引起的工程滑坡灾害问题日趋严重，滑坡治理任务非常繁重，滑 坡治理方法的研究备受关注。滑坡治理工程的意义在于预防和排除因滑坡而造 成的各类危害。滑坡防治工程主要采用排水工程，减载与反压工程，支挡工程 及滑带土改良等技术。其中支挡工程由于其稳定滑坡见效快，安全可靠，成为 滑坡治理中首先考虑的措施。同时，又由于它一般造价较高，投资巨大，研究 人员对其结构形式、适用条件、设计理论、施工方法等给予了更多的关注和研 究。 目前我国公路、铁路以及水利水电建设迅猛发展，公路、铁路旁的边坡、 隧道进出口边坡中的土质边坡及水利水电工程中的松散堆积体滑坡治理问题日 益突出，探索土质边坡的治理方法，具有重大的理论和现实意义。随着三峡枢 纽工程的建设，三峡库区众多的滑坡灾害防治成为我国地质灾害研究的又一重 点。 1 2 研究课题的来源、目的和意义 湖北省巴东县新城区紧靠老县城西侧，受地质灾害的制约，曾三次选址， 两次搬迁， 1 9 9 5 年1 0 月调整后的县城新址扩建总体规划，新城区呈沿江展布 的长约8k m ，宽不足lk m 的带状组团结构，自东向西依次为黄土坡、大坪、 白坡、云沱、西壤坡组团，其中第一次选定的新城址黄土坡组团经十多年的建 设，目前已是巴东县政治文化、金融、商贸和医疗中心，总投资3 6 6 x 1 0 8 元 ( 不含市政基础投资) ，建筑面积8 1 5 9 1 0 4i 9 2 ，居住人口约i 8 x 1 0 4 人。 巴东县新城区地形坡度较大，冲沟发育，地质结构复杂，岩性较软弱，岩 体破碎，地层总体顺坡倾斜，滑坡发育，建设用地极其紧张。其中以黄土坡滑 坡规模最大，为长江三峡库区四大滑坡之首，滑坡位居巴东县新城区黄土坡。 作为巴东新城的一部份，黄土坡是目前人口最为集中、建筑面积最大的地区， 一旦滑坡大规模失稳，危害极大。近2 0 年来有关地勘单位、科研院校配合巴东 县新城建设，针对黄土坡地区的地质灾害和环境地质问题，先后进行了一系列 不同精度、不同范围的工程地质勘查、环境调查和研究工作“，积累了较为 丰富的环境地质资料。由于受勘查阶段、工作精度等诸多因素的制约影响，对 黄土坡滑坡的范围、规模、性状特征、成因机制及发生演化过程尚存在很大的 分歧，直接影响到黄土坡地区地质灾害的防治及新城建设规划的实施，致使新 4 武汉理工大学硕士论文 城建设处于两难境地。滑坡区出现的变形破坏己对当地人民生命财产构成严重 威胁，为此，对黄土坡滑坡区开展全面、详细的勘查研究，具有十分重要的现 实意义。基于黄土坡滑坡巨大，成因复杂，变形破坏形式多样，在三峡库区重 大地质灾害中极具典型性和代表性的特点，在开展黄土坡滑坡勘查的同时，由 湖北省水文地质工程地质勘察院同步实旅完成“三峡库区巴东黄土坡滑坡形成 条件与成因机制研究”项目，其目的一是积累经验，为其后启动库区地质灾害 勘查与防治工作进行的示范，对整个三峡库区地质灾害尤其是巴东县滑坡勘查 与防治起到借鉴和指导作用。其二是在详细查明黄土坡滑坡性状特征的基础上， 深入开展滑坡形成条件、成因机制研究，统一认识，解决数十年来关于黄土坡 滑坡规模、性状特征、形成条件及成因机制等关键问题的分歧，为黄土坡滑坡 的防治提供可靠的地质依据。黄土坡滑坡在三峡水库蓄水后的稳定状况直接影 响到防治工作的方案和实施，本文就是为此展开研究的，所研究的内容也是上 述研究项目的重要组成部分。 1 3 本文的主要研究内容 多年来，本人一直从事地质灾害的勘察设计及滑坡稳定性的研究工作。本 文的研究工作是以我参加的三峡库区巴东黄土坡滑坡形成条件与成因机制研 究项t 7 1 为支撑，以其中的稳定性分析为主要内容，在充分搜集、分析、利用 原有资料和查阅了相关文献资料的基础上，对黄土坡滑坡的稳定性进行了较为 系统的分析研究，主要工作内容有： ： 1 _ 论述了黄土坡滑坡区的地质环境条件和滑坡体的基本特征。 2 查阅了相关测试、实验和监测资料，利用反分析和统计方法对黄土坡滑 坡的力学参数进行了分析研究。利用传递系数法对黄土坡滑坡在天然和三峡水 库一二期蓄水状况下稳定性进行了计算分析。 3 运用二维和三维有限元对黄土坡滑坡稳定性进行了分析评价。 4 对黄土坡滑坡在各种不同工况条件下的稳定性进行了分析评价，其结果 可运用于黄土坡滑坡的综合治理。 5 利用最新的监测资料对稳定性计算评价的结果进行了对比分析。 本研究拟解决的关键问题是黄土坡滑坡在天然和三峡水库蓄水状况下的稳 定性的分析与评价。 5 武汉理工大学硕士论文 2 黄土坡滑坡区地质环境条件及滑坡基本特征 黄土坡是巴东县新城区自东向西组团的第一个小区，东距老城区 2 k m ，行政区划隶属巴东县信陵镇。小区总面积1 5 6 k m 2 ，规划面积 1 0 5 k m 2 ，黄土坡滑坡区面积1 2 8 2 k m 2 ，基本上涵盖了整个黄土坡小区。 黄土坡滑坡是一个在特定环境地质条件下多期次崩滑形成的复合变形 体，分布有临江崩滑堆积体、变电站滑坡、园艺场滑坡及近期发生的小 滑坡，统称为“黄土坡滑坡? ，见图2 - 1 。其面积13 5 x1 0 4 m 2 ，体积6 9 3 4 1 0 4 m 3 。 2 1 地形地貌 巴东县城在地形地貌上位于长江三峡中段西陵峡与巫峡之问的过 渡地带，地貌成因类型属构造侵蚀中低山峡谷区。长江在此段顺轴向近 东西的官渡口复向斜核部偏南发育。黄土坡地区为总体呈近东西向展布、 南高北低的顺向斜坡，坡面形态为陡缓相间的折线型，坡面走向与岩层 走向基本一致，总体上为顺向斜坡。受多期次坡体变形影响，发育有多 级缓坡平台。斜坡地段冲沟发育，冲沟大致沿纵张裂隙呈近南北向展布， 规模较大的冲沟从东向西依次为二道沟、三道沟、四道沟。沟谷是黄土 坡地区汇集地表面流，排泄大气降水的主要通道，同时也切割分离了黄 土坡滑坡，使其成为若干个块体，受长江最低侵蚀基准面控制，大部分 冲沟未能切穿滑体。 2 2 地层岩性 黄土坡地区出露的地层主要为三迭系中统巴东组( t 。b ) 及第四系。 各类成因的第四系松散堆积物广泛分布于高程6 0 0 m 以下二道沟至四道 沟之间坡体上，成因类型主要有崩滑堆积、残坡积一崩坡积、滑坡堆积 等，其岩性特征分述如下。 武汉理工大学硕士论文 q! 堑! 1 9 图2 1黄土坡滑坡区分布图 2 2 1 基岩地层岩性 黄土坡小区及邻区基岩地层主要为三迭系中统巴东组( t = b ) ，为一 海陆交互相碎屑岩建造，间有碳酸盐岩沉积，与嘉陵江组呈整合接触。 巴共分5 个岩性段，研究区主要出露t 2 b 2 、t 2 b 3 二个岩性段。 7 武汉理工大学硕士论文 巴东组第二段( t 2 b2 ) 。岩性以紫红色泥岩、粉砂质泥岩为主，夹少 量泥质粉细砂岩，岩石力学强度较低，易风化，遇水易软化、泥化，是 三峡地区易滑地层之一。 巴东组第三段( t2 b3 ) 。是本次研究涉及的主要地层层位，有两个亚 段上亚段( t 2 b ”1 ) 岩性以灰岩、白云岩为主夹有白云质灰岩、泥质灰岩 及钙质泥岩，该亚段岩层以厚度巨厚度结构为特征，相对t2 b ”2 而言灰 质含量高，泥质含量低岩性硬脆。 下亚段( t 2 b ”2 ) 岩性为泥质灰岩、泥灰岩、泥质白云岩、钙质泥岩 或钙质泥岩与泥质灰岩互层，构成软硬相间的厚薄不均的层状岩体结构。 与t 2 b ”1 亚段相比，泥质含量明显增加，岩性相对较弱软，力学强度较低， 且软硬不均。 2 2 2 松散堆积层岩性特征 ( 1 ) 崩滑堆积层( q ”“1 ) 。岩性为碎( 块) 石土，结构较松散。崩滑 堆积层厚度、碎( 块) 石粒度及含量、密实程度，随其所处位置及母岩 层位不同而异。堆积层厚度一般大于6 0 m ，总体里现由北向南渐厚的趋 势。 ( 2 ) 残坡积一崩坡积堆积层( q “”1 ) 。由碎石土、粘土或粉质粘土夹 碎块石组成，碎块石成份主要取决于母岩，结构较松散，一般厚度小于 5 m 。经后期滑移挤压结构较密实。 ( 3 ) 滑坡堆积层( q “1 ) 。由滑移碎裂岩、碎( 块) 石土及滑带角砾土 组成，其厚度及物质组成取决于滑坡规模及所处部位。滑体物质以碎( 块) 石土为主，夹少量块裂岩。 ( 4 ) 冲洪积层( q “) 及人工堆积层( q “) 。岩性以灰色中、细砂及碎( 块) 石土夹砂为主。坡体表部因城镇建设等人类工程活动，零星分布有人工堆积物，岩性主要 为各类建筑垃圾、碎( 块) 石土等，厚度及物质成份变化很大，在此不作细述。 2 3 构造及地震 挽近期以来，三峡地区的新构造运动表现为大面积的间歇性隆起和 局部地段的差异性断裂运动，第四纪以来，地壳上升运动加剧，尤以全 新世时期上升速度最快。黄土坡区周缘地区较大规模的断裂主要有仙女 8 武汉理工大学硕士论文 山断裂、新华断裂、齐岳山断裂、远安断裂、天阳坪断裂及九湾溪断裂。 本区地壳稳定性主要受控于上述断裂构造的地震活动强度。本区属黔江 至兴山地震小区，巴东县新城区位于黔江至兴山地震带的北东段，县城 东侧约1 7 k m 为秭归至渔洋关小地震带的北端。据国家地震局1 9 9 6 年版 l ：4 0 0 1 0 4 中国地震烈度区划图，巴东县新城区处于度区内。三 峡水库诱发地震的有关研究成果表明，秭归牛口至巫山培石间为可能诱 发水库地震段之一，震级可按5 5 级考虑( 震中烈度度) ，基于黔江至 兴山地震地带震中的迁移性，蓄水诱发水库地震的可能性及斜坡稳定的 敏感性，斜坡稳定性分析评价时，水库诱发地震对斜坡稳定性的破坏不 可低估。 2 4 滑坡区水文地质特征 黄坡滑坡地下水赋存于极不均匀的各种碎石土、碎块石土、碎裂岩 夹粉质粘土透镜体或条带中；碎裂结构的碎裂岩原岩结构破坏严重，岩 石破碎，似层非层，具孔隙、裂隙含水性；粉质粘土夹碎石，由于粉粒和 粘粒含量高，透水性弱，形成相对隔水层，它们相互混杂，形成分布较 广、规模各异的局部上层滞水；整个滑体以底部相对隔水的滑带土层为 界，形成孔隙裂隙潜水含水层组。 据有关资料o “：变电站滑坡具散裂结构的碎( 块) 石土渗透系数为 2 4 5 13 1 9 m d ；临江崩滑堆积体由于遭受后期多次挤压改造，物质结 构较密实，透水性相对较微弱，渗透系数因物质成份不同具有一定的差 异，其中碎块石夹粘性土为0 7 6 1 2 0 m d 。粘性土夹碎石土为0 2 4 0 4 4 m d ，碎块石夹粘性土为2 3 5 m d ，均属微弱透水岩类。黄土坡滑坡 区无统一的地下水位，局部上层滞水，一般埋深数米至2 0 m ，临江地带 地下水位埋深较大，一般为4 5 7 0 m ，水位受降雨影响明显水位波动一 般滞后降雨2 3 天。 黄土坡滑坡地下水的补给主要是接受大气降雨，迢流方向总体顺坡 流动，地下水主要以泉的形式排泄。滑坡范围内共出露泉点1 5 处，泉流 量一般为0 0 l 0 2 l s ，泉水多遭到生产、生活污水的污染，泉水流量 受大气降雨入渗影响明显，地下水迳流途径短，循环交替迅速。 武汉理工大学硕士论文 2 5 临江崩滑堆积体的基本特征 临江崩滑堆积体处于黄土坡地区前缘临江地段，由临江i4 、临江i i 。两个崩滑堆积体组成。临江i 。崩滑堆积体位于三道沟以西至巴东新港 码头之间，面积3 2 5 0 x 1 0 4 m 2 ，体积2 2 5 5 5 x 1 0 4 m 3 。临江i i 。崩滑堆积体 位于二道沟与三道沟东侧近南北向外突出山脊之间，面积3 2 1 0 4 m 2 ，体 积1 9 9 2 x1 0 4 m 3 。崩滑堆积体物质成份以源于t 。b3 的泥质灰岩、灰岩、泥 灰岩碎块石土为主，间夹多层连续性较差、厚度不一的含碎石粘性土滑 移挤压破碎带，具有早期崩塌、后期座滑的运动特征。临江i4 、i i4 崩 滑堆积体形成年代久远，历经多次变形破坏，物质组成及地质结构复杂。 采集的软弱层热释光样年龄测定结果证明临江i4 崩滑堆积体早期崩塌 形成于距今4 0 1 0 4 a 3 7 1 04 a 之间，其后，在距今15 1 0 4 a 前及9 1 04 a 8 1 0 4 a 前又发生了两期较大规模的座滑；临江i i 。崩滑堆积体形成 时间稍晚于临江i4 崩滑堆积体，初次崩塌发生于距今3 0 1 0 4 a 左右，其 后2 0 x 1 0 4 a 前及1 5 x 1 0 4 a 前又发生了多期较大规模的变形破坏。 2 6 变电站滑坡基本特征 变电站滑坡位于巴黄土坡组团腹地，分布高程1 8 5 6 0 0 m 之间，平 面形态为呈南北向展布的“靴子”形，纵长1 2 0 0 m ，横宽4 4 0 7 5 0 m 。体 积1 3 3 3 5 1 0 4 m 3 。滑坡高程4 0 0 m 以下区段为巴东县新城主要迁建地带， 分布有县人民政府、邮电局、气象局、巴东宾馆等多家企事业单位，建 筑密集，人员众多，人类工程活动强烈。经采取滑带土进行热释光测定， 滑坡形成年龄为1 5 1 04 a 左右，大致属于中更新世晚期。前缘滑移岩体 超覆于临江崩滑堆积体之上，显示滑坡大规模滑移是在前缘崩滑体形成 之后。滑体上段以、碎裂岩为主，下段以滑移堆积碎石土为主。 2 7 园艺场滑坡基本特征 园艺场滑坡位于黄土坡组团西部、四道沟东侧，夹持于四道沟与变 电站滑坡之间，因其上已辟为园艺场而得名。滑坡平面呈n n e 向舌形， 分布高程2 6 0 5 2 0 m ，滑坡前缘及东侧超覆于临江崩滑堆积体和变电站 滑体之上。滑坡面积3 2 6 1 04 m 2 ，体积1 3 5 2 9 1 0 m 3 。 武汉理工大学硕士论文 滑坡地貌特征明显外凸，表部微呈波状，总体为坡角1 5 。左右缓坡。 滑体物质结构较为单一，高程4 8 0 m 以上以源于t 2 b 2 紫红色泥岩、粉砂 岩碎块石土为主，其下以源于t 2 b 3 泥灰岩、泥质灰岩、灰岩碎块石土为 主。 _ g o k t 龇& t 二盘。 j 。_ 一 武汉理工大学硕士论文 3 黄土坡滑坡稳定性计算分析 滑坡稳定性评价方法很多，且解决问题的优缺点各异，在工程地质宏观研 究的基础上，本项研究考虑工程应用的实用性和可操作性，首先采用传递系数 法进行滑坡稳定性分析。应用该法对各潜在滑动面相应滑体在各种工况条件下 的稳定性作了计算，以便较全面客观地评价其稳定状况。 3 1 计算模型 传递系数法在计算滑坡推力和稳定性时，假定该滑面取单位宽度计算，不 计两侧磨擦力和滑坡自身挤压力；滑动面和破裂面分别按直线计算，整体呈折 线滑动，如图图3 1 所示。分析任意条块i 的受力情况。假定其上作用有垂直 荷载( w i ) 和水平荷载( q i ) ，前者指重力和地表荷载等，后者指指向坡外的 水平向地震力k c w i 及孔隙水压力p w i 等。该条块承受了第i - 1 条块传来的不 平衡推力e i 一1 ，其方向平行于第i 1 条块的底滑面，倾角为ai - 1 ，该条块向坡下传 递给第i + 1 条块的剩余下滑力为e i ，e i 方向平行于第i 条块的底滑面，倾角为 a i ，底部为法向反力n i ，扬压力u i 及切反力t i ，根据力的平衡条件，其计算公 式见式3 1 1 。 图3 一1 滑坡计算模型图 笔i 女清体 武汉理工大学硕士论文 k f 2 h 一1 n - 1 ( ( ( w i ( c 1 - r u ) c o s a i as i n a i r d ；) t a n4 b i + g i l i ) 兀妒) + r n l = 1，一 n - 1 n - 1 五( ( ( ( s i i l 口i + a c o s f ) + 砀f ) p ，) + i = l，= i 式中： r n2 ( ( 1 - r u ) c 。s 口n a s i na n ) d h ) 伽靠+ g n l n ( 3 1 1 ) 靠2 ( ( 8 m + 爿。0 8 ) 2 砀。 一l n t f = f _ f + l 掣f + 2 * f n - i j = i v ，第i 块段的剩余下滑力传递至f + 块段时的传递系数( = f ) ， 即t ，= c o s ( a 一a i + 1 ) 一s i n ( a i a i + 1 ) t a n i + i 既一孔隙水压力，2 y w h i w l i ，即近似等于侵润面以下土体的面积6 f 。i 乘以水的容重y w ( k n i m ) ； d i 渗透压力产生的平行滑面分为：扬j = r r h f w l it a n f l ic o s ( a i 一s i ) r d f d 参透压力产生的垂直滑面分为：r d 二；y w h i w l i t a n f l is m ( a i 一所) 职第i 条块的重量( k n m ) ； c 第i 条块内聚力( k p a ) ； ： 毋，第i 条块内摩擦角( 勺； 厶第i 条块滑面长度( 功； 口，第i 条块滑面倾角( 。) ； 卢。第i 条块地下水流向与水平方向夹角( 。) ； 爿地震加速度( 重力加速度g ) ； 肛稳定系数。 3 2 计算参数c 、m 的实测 黄土坡滑坡区进行了大量物理力学指标实测。”3 ，物理力学指标如 武汉理工大学硕士论文 表3 1 、表3 2 、表3 3 、表3 4 。 表3 1基岩岩石物理力学性质试验成果表 干重度 抗压强度，( m p a ) 抗拉变形弹性 层位岩石名称比重 强度模量 模量 ( k n m 3 ) 风干饱和 ( m p a )( g p a )( g p a ) 紫红色 2 82 6 29 8 04 8 63 4 34 0 7 4 4 5 砂岩 紫红色粉砂 t 2 b 2 2 83 1 51 2 00 8 87 91 2 7 质泥岩 紫红色 2 82 5 02 3 75 97 0 泥岩 灰色灰岩 2 72 6 73 2 87 0 7 t 2 b 3 1 灰色含泥灰岩 2 82 6 53 7 02 9 66 1 56 3 2 ( 微风化) 浅绿灰色 2 8 2 5 2 2 2 1 1 4 41 4 7 1 6 6 泥灰岩 t 2 b ” 黄绿浅灰色 2 72 5 85 5 53 8 15 2 75 4 1 泥灰岩 表3 2黄土坡滑坡区碎裂岩力学性质一览表 抗剪强度抗压强度弹性模量 压 泊 天饱天 缩 松 碎 天然饱水然水然饱水状 系 裂 状态状态状状状态 数 比 岩 态 态 态 峰值残余值峰值 66we w e 巾( o )c ( k p a )中rc r 击w c wk p ak p am p am p ak p a 粉砂质泥 2 0 02 941 531 371 6 32 3 51 3 4 51 0 7 8 02 1 5 62 0 5 81 9 803 5 1 4 武汉理工大学硕士论文 表3 3软弱层与滑带力学特征 所属部位粘聚力c ( m p a )内摩擦角巾残余粘聚力c r残余内摩擦角m r ( m p a )( m p a ) 临江i 抖崩3 3 1 2 4 k p a8 o 1 5 o 滑堆积体 临江l l # 崩 3 0 1 0 56 0 1 6 0 滑堆积体 变电站滑坡 2 01 7 5 - 1 6 51 7 6 1 5 0 9 0 园艺场滑坡3 31 5 0 注：以上c 、中为直接剪切试验结果 表3 4碎石土大型三轴实验成果表 含水率密度 剪切强度 土体名称 总应力强度参数有效强度参数 w ( ) p ( g c m 3 ) c ( k p a )巾( o )c ( k p a )m ( 。) 含细粒土砾 1 1 91 8 71 01 432 1 碎石1 3 522 4 3 3 计算参数c 、由反演分析 c 、中值是滑坡稳定计算和防治工程设计中的主要要计算参数。计算参数c 、 中反分析的目的是：由于土体的非均匀性，试验成果的多样性，以及试验差误 的不确定性，用反分析的方法，寻求一种“等效力学计算参数”或“综合力学 计算参数”。滑坡稳定计算参数的反分析是通过对滑坡体在某一确定的状态下， 由可测定的几何、物理量，及不可测定的稳定状态评估指标，建立理论模型， 反演算滑动带的c 、中值。计算公式见公式3 1 2 和公式3 1 3 。 武汉理工大学硕士论文 内聚力c = 垡型气掣 内摩擦角一m 笔蒜 ( 3 1 2 ) ( 3 1 3 ) 符号意义同式3 1 1 。 根据上式对临江崩滑堆积体不同部位进行c 、中反演分析，结果见表3 5 。 3 4 滑坡的稳定性计算 计算时考虑的条件及荷载组合情况如下： l 、天然状态无外加荷载影响； 2 、13 5 m 饱水，即考虑三峡库区1 3 5 m 高程回水影响； 3 、l7 5 m 饱水，即考虑三峡库区1 7 5 m 高程回水影响； 4 、地震+ 1 3 5 m 饱水，即1 3 5 m 回水情况下考虑度地震( k c = o 0 4 ) 的迭加影响； 5 、地震+ 1 7 5 m 饱水，即1 7 5 m 回水情况下考虑度地震( k c = o 0 4 ) 的迭加影响； 6 、1 7 5 m 水位回落3 0 m ，即1 7 5 m 水位快速降落3 0 m 的工况。 稳定性计算的典型剖面见图3 2 ，稳定性计算结果见表3 6 3 5 计算结果分析 3 5 1 因素敏感性分析 = ( 1 ) 天然状态下，滑坡安全系数为1 0 1 1 2 5 ，滑坡整体处于基本 稳定状态，但安全储备不大。 ( 2 ) 饱水状态下滑坡整体安全系数显著下降，高程1 3 5 m 饱水情况下， 降低4 o 1 4 ，高程1 7 5 m 饱水情况下降低5 1 9 。前缘l 临江坡段稳定 性受库水影响尤为明显。1 3 5 + 地震及1 7 5 + 地震工况下，安全系数一般比 天然状态下分别下降1 3 1 8 、1 6 2 3 。 ( 3 ) 滑面及崩滑堆积体底面形态对坡体稳定性影响明显。从整体上 看，天然状态下，滑体厚度较大、滑面平缓的中上部区段稳定程度高于 越v援辚避长i奇(蛊善r聪丑io。谢 旧 d 一 哆 霉 寸n 一 兽聃 q一 器器兽 口 哂 一 号口= 荨器喜 告 t 窝 一 弩 兽霉鲁霉 。 一守 一 霉馨若岛 一 鲁 d 一 一 。 ， 罄召暑 糕 幅 制 悄 d p 骠 一 旧 目苫 亭 磊 琳咔旱葶蜒哒姆睁 ，o蝗鼷掣睡慢i，堡凶篡畚5签州椒 戗秘书匿扑kh剐群饭 武汉理工大学硕士论文 表3 6稳定性计算成果表 计算 计算条件及相应稳定系数 计算 1 3 5 m1 7 5 m地震+ 1 7 5 m1 7 5 m 水位 部位 块断 天然地震+ 1 3 5 m 水位水位水位回落3 0 m 11 2 41 1 9 10 21 1 7o 9 91 - 0 9 21 4 3 1 2 41 0 5 i 31 6 1 1 3 11 1 0 41 1 21 0 8 0 9 31 0 7o 9 1 51 5 l l1 1 01 0 6 o 9 21 0 408 9 41 3 1 1 _ 2 5 1 0 4 i i 51 2 41 2 2 1 0 31 0 51 _ 0 0 61 2 4 1 0 0 0 8 6 21 1 lo 9 9 0 8 50 9 3o 8 0 31 1 6 l1 0 41 o o 0 8 70 9 9o 8 5 41 0 8 1 0 0 08 5 i 51 0 51 0 0 0 8 61 0 6o 8 8 21 0 6o 9 8 o 8 50 9 4 0 8 l 31 1 7 31 2 2 41 0 l0 9 7 0 8 70 9 90 8 8 5l _ 0 41 0 2 0 9 l1 t1 20 9 9 61 0 3 1 0 0o 8 9 l1 0 50 9 3 0 8 41 0 6o 9 5 2 1 1 8 31 0 41 0 0 0 8 80 9 70 8 4 41 0 51 0 6 0 9 41 0 60 9 3 51 _ 1 7 1 0 6o 9 0 6 1 4 7 v 71 0 5 81 0 4 o 9 70 8 5 91 0 71 0 5 0 9 31 0 509 2 1 0 1 5 3 1 3 71 1 2 11 0 4o 9 1 0 8 l0 9 60 8 5 2 1 2 2 1l ，0 1 21 0 81 0 5 0 9 31 0 409 2 31 2 5 1 1 81 0 3 41 1 6 1 1 00 9 7 1 8 武汉理工大学硕士论文 圃 旧 磊 琳 盘 划 删 瓣 馨 磐 n n 函 1 9 武汉理工大学硕士论文 下部及上部区段，滑坡东侧i i 剖面中下部滑体厚度较大，滑面平 缓，局部呈阶梯状，前缘反翘，1 7 5 m 水位饱水及1 7 5 m 水位回落3 5 m 情 况下，安全系数分别为1 1 7 、i 0 9 ，整体稳定性较好，仅在1 7 5 m 水位 饱水+ 地震的特殊情况下，安全系数为0 9 9 。i i i i7 剖面一剖 面的下段，天然状态下安全系数为i 0 3 1 1 0 ，在地震及饱水影响下大 部区段安全系数均小于l - o