（环境科学专业论文）雅砻江卡拉水电站岗尖滑坡成因机制及其稳定性分析.pdf

成都理工人学硕士学位论文 a n a l y s i so nc a u s em e c h a n i s m a n ds t a b i l i t yo fg a n g j i a nl a n d s l i d e o f k a l ah y d r o p o w e rs t a t i o ni ny a l o n g j i a n gr i v e r a b s t r a c t t h eg a n g i i a nl a n d s l i d ei sl o c a t e di nt h em i d d l eo ft h eu p p e rb a n ka n dt h e1 0 w e r b a n ko fk a l ah y d r o p o w e rs t a t i o n ，w h i c hi s1 316 k ma w a yf r o mt h eu p p e rb a n ka n di s 2 7 9 7 k ma w a yf r o mt h e1 0 w e rb a n k i ti sav e r yh u g el a n d s l i d ew i t hn e a r l y6 7 m a v e r a g e 恤i c k n e s sa n da b o u t8 8 4 6 4 0 x 1 0 4 n l o f a c c u m u l a t i o n i f t h el a n d s l i d es l i d e st o t h er i v e rr a p i d l y , i tw i l lc a u s et r e m e n d o u ss l o p es u r g et od e s t r o yt h ed a m s ot h a t e v a l u a t i n gt h es t a b i l i t yo ft h e1 a n d s l i d ea n df o r e c a s t i n gi t sd a n g e ra r ea l s op a r t i c u l a r l y i m p o r t a n tt oa s s e s st h ep o s s i b i l i t yo f t h ep r o j e c t t h i sp a p e ru s e sm a n ym e t h o d s i n t e g r a t i v e l yt os t u d yt h eg a n g j i a nl a n d s l i d e s u c h a sg e o l o g i c a l - - h i s t o r i c a la n a l y s i s 1 i m i t i n ge q u i l i b r i u ma n dn u m e r i c a la n a l y s i s b y a n a l y z i n gt h ep h y s i c a lg e o g r a p h i c a lc o n d i t i o na n dg e o l o g i c a lb a c k g r o u n do ft h e i n v e s t i g a t e da r e a ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e st h e b a s i cf e a t u r e sa n dg e n e t i cm e c h a n i s m a b o u tt l l el a n d s l i d e a n de v a l u a t e ss e n s i t i v i t yf a c t o r sa n dt h ec u r r e t i ts t a b i l i t ya sw e l l a sd e v e l o p m e n tt e n d e n c ya b o u tt h e1 a n d s l i d e ss t a b i l i t y b a s e do nt h e s e r e c u r r i n gt o e x p e r i e n c e df 0 1 t n u l aa n dc o r r e l a t e dt h e o r y , t h i sp a ! c e rf o r e c a s t s 恤ee v e n t sa b o u t l a n d s l i d ed a m m i n go fr i v e ra n ds u r g ec a u s e db yt h es l o p ef a i l u r e ，f u t t h e r m o r e ， e v a l u a t e st h eh a r m f u l n e s s t h eg a n g j i a n1 a n d s l i d e sm e c h a n i s mo fd e f o r r n a t i o nf a i l u r ei sar e p r e s e n t a t i v e s 1 i d i n b e n d i n gm o d eo ft h ec o n s e q u e n ts l o p e t h er e s u l t sc a l c u l a t e db yt h e m e t h o d so fg e o l o g i c a l - - h i s t o r i c a l a n a l y s i s ，l i m i t i n ge q u i l i b r i u ma n dn u m e r i c a l a n a l y s i sa r ea ss a m ea se a c ho t h e r t h e ya 1 1s h o wt h a tt h ew h o l es t a b i l i t yo ft h e 1 a n d s l i d ei sv e r yw e l l ，a n di n d i c a t et h a tt h ea c c u m u l a t i o ni nt h e 胁t _ _ p a r to ft h e l a n d s l i d ew o u l dn o tg l i d ew h i l ea sr e s e r v o i ra n de a r t h q u a k e t h er e s u l to f t h er e s e a r c h o ft h el a n d s l i d es u r g ei n d i c a t e st h a tt h ef a i l u r eo ft h ep a r to ft h el a n d s l i d ew i l la r i s ea s u r g eo n l yh e i g h tt ol e s st h a nl m ，w h i c hw i l ln o td e s t r o yt h ei m p o r t a n tb u i l d i n g si n t h el o w e rd a m b a s e do nt h ec a l c u l a t i o n ，t h ea c e u m u l a t i o no ft h ef i r s t p a r to ft h e l a n d s l i d ew h i c hw o u l ds l i d ei n t ot h er i v e ri so n l y5 5 ，2 0 0m ，i tw i l li n f l u e n c et h e e f f e c t i v ec a p a c i t yv e r yl i t t l e ，a n di tw i l ln o te n d a n g e rt h ei m p o r t a n tb u i l d i n g si nt h e m i d d l ed a m k e y w o r d s ：g a n g i i a nl a n d s l i d e ；l a n d s l i d ec h a r a c t e r ；c a u s em e c h a n i s m ；s t a b i l i t y a n a l y s i s ；l a n d s l i d es u r g e 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堡王盍堂或其他教 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 学位论文作者签名： 两年s 窍必b 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛整堡王盍堂有关保留、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。本人授权盛都堡王太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 涨7 i 己良 加7 年主月艿日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 选题依据及研究意义 随着我国国民经济的持续快速发展和西部大开发战略的进一步实施，我国 对水利水电资源的开发利用进入了前所未有的阶段。西南、西北地区一系列大 型乃至巨型水电站( 如金沙江溪洛渡、向家坝、白鹤滩水电站，雅砻江锦屏水 电站，澜沧江小湾水电站以及黄河拉西瓦水电站等) 将相继开工建设。这些水 电站大多修建在地质条件非常复杂的高山峡谷地区。由于水库修建及库区移民 工程的建设，将改变库区岸坡原来的工程地质条件，有可能使库岸产生变形甚 至失稳滑动，形成不同规模的滑坡，对工程造成严重的经济损失，以及对下游 工农业设施及人民的经济财产构成很大的威胁，如：1 9 6 3 年1 0 月9 日意大利 北部的瓦伊昂( v a i o n t ) 水库失事即是由于库岸滑坡引起高出坝顶1 0 0 余m 的涌 浪翻坝，摧毁了下游一村镇，造成2 5 0 0 人死亡的重大悲剧，并最终导致水库 报废；云南澜沧江漫湾水电站左岩缆机边坡失稳的治理工程耗资1 2 亿元，延 长工期一年，损失超过1 0 亿元；湖南拓溪水电站埔岩光滑坡滑入水库，造成 2 1 m 高的涌浪；新滩滑坡虽然进行了成功的预报，无一直接伤亡，但位于滑坡 体上的新滩镇毁于一旦；1 9 8 2 年云阳鸡扒子滑坡，滑坡体涌入长江，使滑坡前 缘长江北岸枯水岸线向江中推进了5 0 0 余m ，长江河床淤高3 0 余m ，造成三道 急流，6 0 0 m 长的急流险摊，严重威胁长江航运的安全 ”1 。因此，水利水电 工程在施工过程中和投入运行后，对库岸的稳定性，特别是近坝库岸的稳定性 研究具有重大的现实价值。 拟建的卡拉水电站位于雅砻江中游，四川省凉山州木里县卡拉乡王家堡上 游约5 0 0 m 处，坝址距木里县城约1 2 0 k m ，距西昌约3 6 5 k m ( 见图1 - 1 、1 - 2 ) 。 卡拉电站初拟正常蓄水位1 9 8 6 m ，坝址拟建混凝土重力坝，坝顶高程约1 9 9 l m ， 最大坝高约1 0 8 m ，拟装机1 0 6 万k w ，水库长约4 0 k m ，总库容约3 5 8 亿m 3 ， 调节库容约0 2 亿m 。 卡拉水电站近坝库区的主要工程地质问题之一便是库岸边坡的稳定，岗尖 滑坡介于即将修建的卡拉水电站预选中坝址与下坝址之间，体积约 1 0 7 5 4 4 2 1 0 4 m 3 ，如此大型滑坡一旦失稳不仅关系到对建坝的适宜性，水库预 期效益能否得到正常发挥的考量和抉择，更为关切的是其是否会对下游电站大 坝等水工建筑、设施以及人民群众的生命财产和航运安全等构成威胁、造成危 害。所以，弄清该滑坡的成因机制、合理地评价其稳定性、科学地预测其危害 成都理工犬学硕：t 学位论文 就显得非常必要。 鉴于此，在导师的指导下，作者选取“雅砻江卡拉水电站岗尖滑坡成因机 制及稳定性分析”作为题目进行硕士论文撰写，以现场调查的基本地质资料为 基础，以滑坡稳定性为核心，对影响滑坡稳定性的主要因素进行较为全面的研 究，初步提出在各种工况下滑坡的稳定状况以及对电站的影响，以期对工程的 建设有一定的指导作用。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 滑坡变形破坏机制研究 目前对于滑坡变形破坏机理的研究己经相当成熟，众多的学者提出了各种 不同的地质模式，归结起来，分为地质分析、物理模拟和数值模拟三种。地质 分析属于反分析方法类，根据边坡当前状态、所处环境以及当前的一些变形破 坏迹象来研究变形破坏机理；物理模拟采用相似材料，模拟斜坡演变过程中有 关因素的改变来再现斜坡变形破坏过程，进而分析其力学机制；数值模拟则是 依靠现代计算机技术，将地质学与数学结合起来，通过数值计算来解决地质问 2 第1 章绪论 题。 美国学者kt e r z a g h i 在1 9 5 0 年发表的滑坡机理论文系统地阐述了滑 坡产生的原因、过程、稳定性评价方法以及在某些工程中的表现。斯开普顿 ( 1 9 6 4 ) 关于粘性土的残余强度理论和捷尔一斯捷潘扬关于土体蠕变过程的研 究把滑坡机理推向更加深入的研究( 王恭先，1 9 9 6 ) ，djv a r n e s ( 1 9 7 8 ) 根据斜 坡岩土体的运动类型，将斜坡变形破坏分为崩塌、倾倒、滑坡、侧向扩展、流 动以及他们的复合类型。 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) 。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。罗国煜等( 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 倬元、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) 拉裂、滑移压致拉裂、滑移弯曲、弯曲拉裂、塑流拉裂等，并 且它们在空间上还可复合，在发展过程中还可以转化1 1 。 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。 1 2 2 滑坡的稳定性研究 滑坡稳定性的计算研究可追溯到一百多年前，到目前为止，已提出了几十 种方法，大致分归为五类：( 1 ) 定性分析方法：( 2 ) 定量分析方法；( 3 ) 物理 成都理_ 1 = 大学硕t 学位论文 模型方法；( 4 ) 现场监测分析法；( 5 ) 引用新学科的理论的评价方法。 ( 1 ) 定性分析方法 定性分析方法主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、 可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等进行分析，对已变形地质体的成因及 其演化史进行分析，从而给出被评价边坡的一个稳定性状况及其可能发展趋 势，来定性的说明和解释。其优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素， 快速地对边坡的稳定状况及其发展趋势作出评价。常用的方法主要有下面几 种：自然( 成因) 历史分析法，工程类比法，s m r 法，几何图解法，边坡稳定 性分析数据库和专家系统。 ( 2 ) 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。 极限平衡分析方法 极限平衡法是一种比较传统而且成熟的边坡稳定性分析方法，该方法以莫 尔一库仑的抗剪强度理论为基础，原理简单，计算方法简便、易于理解，长期 以来，在大量的边坡工程中得以了应用与实践。该方法最早由瑞典学者 k e p r y y 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 7 ) 、a w b i s h o p ( 1 9 5 0 ) 、s a r m a ( 1 9 6 8 ) 、j a n b u ( 1 9 7 3 ) 等一系列的改进和修正，已经发展成 为一套具有广泛适用性的理论。在此简单介绍各种极限平衡方法的主要原理及 其特点如表卜1 1 ： 对绝大多数山区和丘陵地区的滑坡，一般采用符合实际情况的折线形，将 滑动面区分为牵引、主滑和抗滑三段。在目前边坡滑动面的确定方法中，由于 s a r m a 法和不平衡推理传递系数法适用于折线型滑动面的稳定系数计算，所以 在滑动面上的稳定系数计算大都采用这两种方法。 实践证明，极限平衡分析方法是在一种虚拟的情况下进行的，因此，它不 能求失稳前真实的应力情况，更不能求变形，只能借此来推求稳定性系数而已。 由于要采用很多假设，因此所得结果显然不是精确解。尽管如此，由于精确解 分析尚未成熟，它仍然是目前广泛应用的比较有效的方法。大量实例证明，只 要对其基本原理有透彻的了解，合理选择数据和方法，能得到较为满意的解答 e 2 】 a 数值分析方法 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。 数值法突出的优点是能够较好地考虑诸如介质的各向异性、复杂的边界条件和 介质不连续性等地质条件，得出与实际情况非常接近的结论”。 在边坡的稳定性分析中，最常用的数值计算方法包括有限单元法、离散单 4 第l 章绪论 元法、有限差分法和边界单元法( 表1 - 2 ) 。各种计算方法都有其适用条件，应 根据不同的工程地质问题特点及其边界条件选择最优的数值方法来解决实际 表i i各种极限平衡方法的主要原理及其特点 分析方法假设条件力学分析应用范围及特点 瑞典条分 1 ) 滑动面为圆弧 圆弧滑面滑坡，定 整体力矩平衡 转动中心，垂直条 法 2 ) 不考虑条问作用力 分滑体 b i s h o p 1 ) 不考虑条间切向作用力整体力矩平衡与 静力平衡，条间 垂直条分滑体，较 法 2 ) 条间作用力水平适用于土坡 垂赢作用力为零 1 ) 滑动面可为不规则形状 分块力矩平衡，可适用于非均质土 j a n b u 法2 ) 条间作用力作用点的位 分块力平衡 坡，垂直条分滑体 置离滑动面i 3 处 1 ) 条间作用力合力方向与 传递系数 滑坡倾角一致各分块力平衡， 任意形状滑面，垂 2 ) 条问作用力合力为负值 考虑了分条面上 直条分滑体，适用 法 则记传递的分块作用力为 的剪力于岩质或土质滑坡 零 1 ) 两相邻土条法向条间力 和切向条问力之间存在一 m o r g e n s t分块力矩平衡，任意形状滑面，垂 个对水平方向坐标的函数 e m p r i c e 分块切向力平衡直条分滑体，适用 关系 法 和法向力平衡于土质滑坡 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 垂直条分滑体，适 s p e n c e r分块力平衡以及 法 2 ) 条间作用力方向夹角为 分块力矩平衡 用于岩质或土质滑 常数 坡 1 ) 滑面与侧面都达到极限 任意形状滑面，任 平衡状态 分块静力及力矩 s a r m a 法 意条分滑体，适用 2 ) 滑体先破裂成相互错动 平衡 于岩质或土质滑坡 的块体才能滑动 受结构面或软弱面的控制 适用于岩质楔形体 楔形体法形成的楔形滑面，且各滑面整体静力平衡 滑坡 均为滑面 成都理t 丈学硕士学位论文 表卜2 常用的数值计算方法 分析方法 运行机制 适用特点存在缺点 可以用来求解弹性， 离散岩土介质为多个单 弹塑性、粘弹塑性、对大变形、不连续位移，无 元。荷载移植至节点，采用 有限单元法粘塑性等问题：部分限域、应力集中等问题的求 矩阵位移法或力法求解岩 地考虑了非均质、不解不是很理想 土介质应力场和位移场 连续性 将介质边界离散为边界单 只对研究区边界进 要求事先知道控制微分方 元，把边界微分方程转化为 行离散，数据输入量 程的摹本解，在处理非线性、 边界元法线性代数方程组，求解边界较小，对处理无界域、 不均匀性、模拟开挖等方面 应力和位移解，再计算域内半无界域等问题比较 不如有限元法 任一点解理想 将岩土体分割成列格，用差 分近似代替微分，把微分变考虑岩土体不连续模型建立周期长，计算边界、 f l a c 法换成差分方程。把求解微分 性、大变形特征，求单元网格的划分具有很大的 方程转成求关于节点未知解速度快随意性 量闻题 几何学特征，利用拓 只考虑抗剪强度，不计节理 块体理论几何学原理与解析方法扑学、群论原理，用 变形、力矩作用 于岩体稳定性分析 考虑了变形的不连续 通过不连续面问的相互约 性，引入了时间因素， 不连续变束建立整个系统的力学平 可以计算静力，动力网格的划分比较复杂 形分析衡条件，采用运动学原理解 问题，可计算岩体破 决非连续动力与静力问题 坏的小、大变形 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 大变形等特点，允许 结点可以分离，单元间的作 块体间发生平动、转只对块状、层状破裂或一般 离散元法用力可以由力与位移的关 动甚至相互脱离，可破裂结构岩体比较适合 系求出，个别单元的运动有 形象反应应力场、速 牛顿运动定理确定 度、位移等力学参数 的全程变化 问题。上述几种方法间的耦合应用，如有限元与无界元、边界元、离散元等的 耦合，边界元与离散元的耦合，以及数值解与解析解间的耦合，模糊数学与有 6 第1 章绪论 限元等数值方法的耦合等，这些方法的耦合应用能在一定的程度上彼此取长补 短，以适应岩体的非均质、不连续、无限域等特征，使计算变得高效、合理与 经济川3 1 。 ( 3 ) 物理模型方法 物理模型方法是一种发展较早、应用广泛、形象直观的边坡稳定性分析方 法。它主要包括光弹模型试验、底摩擦试验、地质力学模型试验、离心模型试 验等。这些方法通常能够形象地模拟边坡岩体中的应力大小及其分布、边坡岩 体的变形破坏机制及其发展过程、加固措施的加固效果等乜”。 ( 4 ) 现场监测分析法 岩质边坡工程由稳定状态向不稳定状态的突变也必然具有某种前兆，捕捉 这些前兆信息并对其进行分析和解释，可更好地认识边坡岩体变形的发展过程 和失稳的征兆及其判据。通过现场监测所获得的信息如位移、速度、应力、声 发射率、氡气一a 、脉冲频率、地下水等有关特征，来对边坡岩体稳定性作出 评价和预测，为加固处理设计提供依据。同时，又能对加固措施的加固效果进 行检验，为施工的安全保护等提供信息。由于现场监测结果直观可靠，因而利 用监测结果对边坡的稳定性进行分析，已成为目前边坡工程中稳定性评价极其 重要的一种方法口”1 。 ( 5 ) 引用新学科的理论的评价方法 这类评价方法是随着新的学科和理论的不断发展和完善而逐渐发展起来 的，它的主要特点就是引用了当代新兴的一些学科理论作为其判别依据。其具 体方法包括：神经网络法、遗传算法、模糊方法、灰色系统理论、聚类分析法、 渐进破坏法等哺”。 神经网络法 人工神经网络是依据人脑结构的基本发展起来的一种信息处理体系或计 算体系。它由输入层、隐含层、输出层组成。神经元是其基本处理单元，神经 元之间有连线强度表达，网络学习的目的就是寻找一组合连接强度。 现在用得最为广泛的是b p 网络，但其存在易陷入局部最小、收敛速度慢 等缺点。为克服这些缺点，自适应复合网络等也逐渐被应用到边坡工程中。 遗传算法 遗传算法是一类随机算法，它模仿生物的进化和遗传，从某一初始群体出 发，根据达尔文进化论中的“生存竞争”和“优胜劣汰”原则，借助复制、杂 交、变异等操作，不断迭代计算，经过若干代的演化后，群体中的最优值逐步 逼近最优解，直至最后达到全局最优。它将问题的解以位串编码形势表不来实 现这些操作。它不受搜索空间的限制性假设的约束( 如连续性、导数存在) ，从 一群点开始搜索，能从离散的、多极值的、含有噪音的高维问题中以很大的概 7 成都理工大学硕e 学位论文 率找到全局最优解，其适用于大规模并行计算。文口钉基于圆弧滑动面假设，提 出一种用遗传算法搜索边坡最危险滑动面及最小安全系数的方法，减小了工作 量。 模糊方法 模糊理论是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，综合考虑被评价事物或 其属性的相差因素，进而进行等级评价。边坡性质及其稳定性的界限是不清楚 的，具有模糊性质，故可采用此理论进行研究。 灰色系统理论 灰色系统理论认为，在决定事物的因素中若既有己知的，又有未知的或不 确定的，它们所在系统则称为灰色系统。把系统中的一切信息量( 包括随机的) 看作灰色量，采用特有的方法建立描述灰色量的数学模型。它有3 个基本环节： 根据系统己发生的一组时间序列数据，根据变量多少建成不同的预测模型；估 计模型参数，如按最小二乘法确定；把模型用于预测，并进行评价“”。利用灰 色关联度分析原理，可在不完全的信息中，通过一定的数据处理，找出它们的 关联性，确定边坡稳定性各影响因素的影响程度，进而利用多因素叠加分析评 估边坡的稳定性。 文”们给出了一种基于经验的边坡稳定性灰色系统分析方法，该方法所得的 结果与边坡实际状态相一致，并且该方法直观、简单、可操作性强。 聚类分析法 事物分类有其规律。按照数学观点，类是最佳集合。两个变量能够归为一 类，彼此一定很靠近，或者说他们之间的距离一定最短。运用聚类分析来寻找 实例库中各事实间的关联，可对工程中的相似边坡做出预测。 渐进破坏法 渐进破坏法可以弥补传统的一些方法在分析过程中没有引进材料变形及 位移概念的不足。它在边坡稳定性分析研究中，充分考虑材料的弹性一一塑性 软化特征，引进坡体沿某一假定滑面方向首先发生局部破坏逐渐扩展至贯通形 成滑面的渐进破坏模式，以期获得更为接近实际情况的分析结果。 1 2 3 水库滑坡涌浪计算的研究 位于水库库岸的滑坡滑动激起涌浪，直接威胁着岸边建筑物的安全，当滑 动岩体离大坝等水工建筑较近时，还将对建筑物造成危害，影响水库的安全正 常运行。而滑坡涌浪计算研究主要是从1 9 5 8 年阿拉斯加的梦醒湾和利图亚湾 事件以及1 9 6 3 年意大利瓦伊昂水库失事之后才成为研究热点。关于滑坡下滑 激起的涌浪高度，目前，理论研究较少，主要用模拟试验和经验公式进行估算。 8 第1 章绪论 经验公式法主要有：潘家铮法、水科院经验公式法、美国土木工程学会法、n o d a 法等，其基本思路是先选出重要的影响因子，再结合模型试验，运用统计回归 分析，得出具体情况的经验公式。如潘家铮( 1 9 8 0 ) 认为滑坡体侵入水库的单宽 体积变化率是确定初始浪高的主要因素；美国土木工程学会法假定滑体滑落于 半无限水体中，且下滑高程大于水深，根据重力表面波的线性理论，推导出一 个滑坡引起波浪的计算公式，然后利用公式计算确定一些曲线图表，由图表能 简便地求出距滑体落水点不通距离处的最大波高。汪洋( 2 0 0 3 ) 从滑坡运动过 程的连续性出发，通过分析水库库岸滑坡的地面运动和水下运动的受力特征， 运用滑坡动力学、运动学原理及动量定理进行初始涌浪高度估算。 物理模型试验方法从二十世纪七十年代开始采用，己取得一定经验，可模 拟水库滑坡的地面及涌浪灾害过程，但耗资大、试验周期长。而研究表明，影 响滑坡涌浪高度的主要因素之一便是滑速，因此，滑速求取是否切合实际，对 涌浪计算的成果影响极大。一般地对于破坏规模在百万方以下的滑坡，忽略在 滑动过程中的能量损失，可按能量转化与守恒定理及摩擦模型计算滑速。但对 于体积在百万方甚至数千万方以上的大型滑坡，由于其破坏失稳有其特殊的性 质，对其机理更是众说纷纭，日前，精确的计算方法仍未找到h 1 2 ”。 由于物理模拟试验方法耗资大、试验周期长，而作者试验条件有限，故本 论文中主要采用经验公式法进行涌浪计算，而每种方法总难以充分考虑种种控 制性因素，均对复杂的控制环境作了相应的简化，难以作出准确的计算，尤其 是对于岗尖滑坡这样的大型滑坡，所以在这里将主要采方便、快捷、计算结果 相对准确以及应用较为广泛的美国土木工程学会法、水科院经验公式法、潘家 铮法和n o d a 法来进行比较计算。 美国土木工程学会建议的推算法是目前较为通用的涌浪计算方法之一，该 法利用根据公式计算确定的一些曲线图标，能较简便地求出距滑体落水点不同 距离处的最大波高，但该计算方法对水库的形态都作出了一定假设，它的应用 有一定局限性；水科院研究发现，水库滑坡的滑速和滑体的体积是影响涌浪高 度的主要因素，并建立了三者间的关系，但未考虑库水深度等影响，在水深较 小的情况下有一定的影响，而在库水深度较大的情况下误差范围相对较小；此 方法假定问题为平面性质，考虑了滑面的一般形态，视滑体条块为刚体，进行 计算分析。潘家铮提出了考虑岸坡对波浪反射影响的计算方法；n o d a 的方法仅 考虑了速度和水深对涌浪的影响，但波浪的形式尚受水库地形，库面宽度、波 群的干扰和迭加作用，特别是忽略了滑体的一些重要几何特征，也未考虑更加 普遍的斜向滑坡运动，而且回避了入水点及其对岸最大浪高和滑坡过程的持续 时间t 等问题。 9 成都理下大学硕j ：学位论文 1 2 4 研究思路及技术路线 本文研究的主要目的是：查明滑坡区的主要区域自然环境及滑坡体基本特 征，进行滑坡成因机制分析和稳定性评价，预测滑坡失稳可能对工程的影响， 并在此基础上提出相应的建议。研究思路为：通过对现有勘探资料的收集和野 外现场调查踏勘，根据研究区的工程地质环境条件、滑坡体特征以及变形特征， 分析滑坡变形机制，然后通过定性分析法、极限平衡法以及数值模拟计算等方 法对滑坡进行稳定性评价，最后对滑坡将会产生的危害程度进行预测。具体技 术路线见图卜1 。 1 0 第l 章绪论 图i i 技术路线图 成都理丁：大学硕士学位论文 2 1 区域地质背景 2 1 1 地形地貌 第2 章地质条件研究 研究区地处青藏高原向四川盆地过渡地带，属青藏高原东部边缘侵蚀山原 区强烈一极强烈山原亚区，为典型的高山峡谷地貌，雅砻江由北北西向南南东 穿过研究区，沟谷深切，呈“v ”字型，谷底高程1 9 0 0 m 左右，两岸山地高程 4 0 0 0 4 5 0 0m ，相对高差2 0 0 0 3 0 0 0 m 。大致以2 4 0 0 m 为界，以上呈宽谷形态， 谷坡坡度一般4 0 4 5 0 ；2 4 0 0 m 高程以下至雅砻江谷底为峡谷，谷坡坡度大于 5 0 0 。河谷两岸谷坡的下部，阶地不发育，或被滑坡和撒落倒石堆占据，或为 高达4 0 0 5 0 0 m 的陡立基岩谷坡。 2 1 2 气象水文环境 2 1 2 1 气象特征 研究地处青藏高原与四川盆地过渡地带，特殊的地形地貌环境造成了本区 气候瞬息万变，气象水文条件复杂，主要表现在以下几方面： ( 1 ) 气象条件的垂直分带性明显：5 0 0 0 m 高程以上，长冬无夏，大气降 水多以雨雪为主，是较典型的高寒气候带。3 0 0 0 5 0 0 0 m 高程范围内为高原气 候带，无四季之分，只有雨、旱两季，每年6 9 月为雨季。3 0 0 0 m 高程以下的 河谷地带，具有月平均气温较高( 8 5 ) 、降雨量充沛( 年平均降雨量 1 0 6 5 8 m m ) 、空气湿润等特点，属较典型的亚热带气候区。 ( 2 ) 气候的突变明显：本区多为高山峡谷，气候瞬息万变，日温差一般 为1 0 余度。在降雨集中的季节里，一天之内往往几雨几晴，变化无常。 ( 3 )降雨的集中性和突发性：本区的降雨量多集中在6 9 月的雨季， 月平均降雨量在1 5 0 2 3 0 m m 以上，占年降雨量的7 4 以上；雨季多暴雨，突发 性明显，降雨量大，而且极不均一的特点十分突出。 2 1 2 2 水文地质特征 研究区地处高山峡谷区，因谷坡陡峭，河谷下切强烈，降雨多转化为地表 水汇入雅砻江及其支流水系，而渗入地下的水量有限，加之断裂发育，各类含 1 2 第2 章地质条件 水、透水性能不一的岩组也因断裂切错破坏，分布面积大小不一，且往往不连 续。总体上以浅循环的的岩溶水及裂隙水为主，不同含水层岩组中地下水贫富 悬殊。 。 地下水的赋存与富集，除受地貌及构造条件的控制外，气象条件也是重要 因素之一，它影响着地下水的动态变化。 按含水层介质空间特征及岩性组合特点，研究河段地下水主要有松散岩 ( 土) 类孔隙水和基岩裂隙水。 2 1 3 地层岩性 研究区处于华南地层大区巴颜喀拉地层区玛多一马尔康地层分区雅江小 区和玉树一中甸地层分区的木里小区，两地层小区以前波断裂为界。区内主要 分布有中下元古界下村岩群、古生界奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠 统、中生界三叠系。区域第四系地层不发育，在卡拉一带以残坡积为主，主要 由砾石构成；麦地龙一带以冲积、冲洪积为主，主要由含有砂砾的粘土、淤泥 和砂砾等组成，厚度变化较大。 现分述如下： ( 1 ) 中下元古宙 下村岩群( p t l 2 x c ) ：包括贡山岩组、吴家沟岩组、小荒天岩组、桃核湾岩 组。在工程区内主要分布在上马鸡店一下马鸡店一草坪一带，岩性主要为云母 石英片岩、钠长石英岩夹绿泥片岩、变粒岩及大理岩。 ( 2 ) 奥陶系 分布于卡拉乡南一上马鸡店一回水塘一带，为长枪背斜之北端部分，研究 区内仅见下统，缺失上统，主要包括人公组和瓦厂组。 人公组( 0 l r ) ：为不等粒石英岩与绢云母石英片岩、绢云绿泥片岩组成不 等厚的间互层，厚6 0 5 m 。 瓦厂组( o l w ) ：以千枚岩为主，次为石英片岩、变质细砂岩、粉砂岩组成 不等厚的间互层，并以含炭及硫高为其特征，厚2 8 0 9 m 。 ( 3 ) 志留系 研究区内分布于奥陶系东西两侧，仅有下统，缺失中上统。为一套滨海一 浅湾海湾相硅质岩沉积，是一套黑色硅质岩系，岩性在区域上稳定，主要由硅 质板岩组成，夹少量变质石英砂岩、千枚岩及结晶灰岩，产笔石化石，被命名 为米黑组，厚3 8 3 m 。 ( 4 ) 石炭系 分布于下田镇一卡拉乡后山一线及草坪等地。主要有邛依组，指一套区域 成都理1 = 大学硕上学位论文 浅变质碳酸盐岩、泥质岩、硅质岩及少量碎屑岩组合之地层体，含牙形石、菊 石、蜓类、珊瑚类化石。时限为早石炭世至晚石炭世早期。区域上各地岩相、 岩性、厚度变化不一，并见基性火山岩夹层。 ( 5 ) 二叠系 在研究区内广泛分布，总体呈近南北向展布。九一四林场沟之北西几乎全 为二叠系，其南东段，一是沿催朋冈一卡拉烧香梁子一带出露，另一是沿蔡家 坪一骆驼沟一候家坪一带分布。主要出现了大石包组、菠茨沟组并层以及冈达 概组。 大石包组( p 2 训、菠茨沟组( p 2 b ) 并层：主要分布在草坪高程较高一带，岩 性可分为上下两部分，下部为火山熔岩、火山碎屑岩，上部为凝灰质砂岩。 冈达概组( p 2 9 ) ：工区内主要分布于上田镇一卡拉烧香梁子一带和候家坪 等地。岩性主要为灰绿色、深灰色变基性火山岩、泥质砂岩及泥、砂岩。 ( 6 ) 三叠系 研究区外围分布的三叠系分属于两个地层小区，雅江小区的杂谷脑组 ( t 3 z ) 、侏倭组( t 3 z h ) 和新都桥组( t 3 x d ) 出露于纤纬沟一哑巴铺子一赤目 一带，为羊奶向斜之西翼地层；木里小区的图姆沟组( t 3 t ) 出露于凹多梁予一 鸭咀牧场一带呈南北向展布，构成催保向斜的核部地层。 两河1 ：3 组( t 3 l h ) ：岩性主要为深灰色薄厚层变质长石石英砂岩、含砾砂 岩，与炭质板岩互层。 侏倭组( t 3 z h ) ：岩性组合为灰深灰色薄厚层状变质长石石英砂岩、 细砂岩、粉砂岩与灰色砂质板岩、炭质板岩( 千枚岩) 组成之频繁的韵律式互 层( 俗称斑马纹) ，其中夹砂泥质灰岩薄层，产双壳类化石，厚数百米至2 0 0 0 余米。为典型的复理石碎屑堆积。 图姆沟组( t 3 t ) ：总体为一套海陆交互相的碎屑夹少量碳酸盐岩的沉积。 岩性组合以黑色、深灰色变质细砾岩、变质细砂岩、粉砂岩、砂质板岩、钙质 板岩等构成不等厚互层，总体厚度1 0 0 0 m 以上。 新都桥组( t 3 x d ) ：岩性组合为黑色、深灰色钙质板岩为主，间夹砂质板 岩、变质岩屑长石石英砂岩、粉砂岩等，厚度达3 9 1 4 8 m 。 杂谷脑组( t 3 z ) ：岩性为厚层状砂质板岩夹块状变质粉砂岩、千枚状板岩。 厚1 6 2 5 m 。 库区出露的地层主要为三叠系上统变质砂岩、板岩夹结晶灰岩、硅质板岩 等，在库尾出露钙质板岩夹少量变质砂岩。砂板岩为互层状或以砂岩、细砂岩 为主，间夹黑色板岩，偶夹少量灰白色或灰黑色薄层结晶灰岩。库区河谷类型 为纵向谷，右岸为顺向坡，左岸为反向坡。 1 4 第2 章地质条件 2 1 4 地质构造 研究区内大规模地质构造出露不多，主要出现了下马鸡店背斜，该背斜为 研究区南部长枪穹窿西部之次级背斜，其北部倾伏端一带近断层处发育多条南 北向延伸的基性岩脉，本区仅出露其北部倾伏端，并为前波断层所破坏，在背 斜的北东侧为羊奶向斜；在背斜的西侧为催保向斜( 图2 - 1 ) ，向斜轴向亦为北 北西向。 u 匝圈下村岩组皿依组四水系 习逆断层 习正断层 习平移断层园向斜轴线 习平移断层 图2 1 工作区及邻区构造纲要图 前波断裂为研究区比较显著的地质构造，该断层为甘孜一理塘深断裂带之 南延部分东界，既是地层分区断裂，亦为构造单元分区断裂。断层总体走向 n 2 5 3 0 0 w ，倾向s w ，倾角5 0 7 0 0 ，为高角度逆断层。北东盘( 下盘) 由下 二叠统上部组成，倾向北东，倾角4 0 5 0 0 ，地层层序正常。南西盘( 上盘) 地层在断层南东段岗尖一下马鸡店一带由下奥陶统、下志留统和中上石炭统组 成，北西段岗尖一上田镇一带及以北地区由下二叠统下部组成，倾向北东，倾 角3 0 5 0 0 ，但为倒转地层，断层通过处岩石强烈挤压破碎、揉皱、以及发育 1 5 成都理工大学硕士学位论文 挤压透镜体。 沿前波断层多处发育规模不大的伴生断层，与主断层属同一构造应力场， 其活动性与主断层密切相关。主要有北东向张性断层，产状n 5 5 0 e n w 么6 8 0 ， 与前波断层大致垂直；北东向平移断层：上田镇平移断层发育于前波断层下盘 下二叠统上部深灰色板岩夹薄层状灰岩、粉砂岩中，产状n 7 3 0 e n w n 7 5 0 e n w 么7 0 0 8 1o ；近南北向断层，发育于下二叠统上部硅质板岩与黑色板岩中，由 两条相距约1 5 0 m 的断层组成。断层走向近南北，向东陡倾斜，倾角8 0 0 左右； 下马鸡店平移断层，出露于下马鸡店一带前波断层上盘下奥陶统板岩与砾岩 中，产状n 5 0 0e n w 么6 0 0 ；北西向顺层挤压破碎带，工作区多处发育此类破碎 带，带宽1 c m l o m 不等，沿破碎带常有规模不等的石英脉侵入其间，这类破 碎带应为褶皱归近晚期产物，与前波断层应属同一构造应力场。 工作区内除在断层附近常发育派生和伴生节理外，其区域规模的节理主要 有产状分别为n 5 8 0e n w 么8 4 0 、n 5 0 0 w n e 么7 0 0 、n 1 7 0 w s w 么3 1 、n 5 3 0 e s e 么 7 0 0 和n 8 7 0 e s e 么7 7 0 的五组剪节理。节理面均平直，但平移错开不明显其中产 状n 8 7 0 e s e 么7 7 0 的一组剪节理最为发育，节理间距较为规则。 2 1 5 地震及新构造运动 区域地震活动受断裂活动的控制，总体上表现出强度不高( m s 5 ) 、频度 较低的特点。 研究区地处青藏高原向四川盆地过渡之斜坡地带，区内新构造运动的作用 较为明显，表现为大幅度、大面积、间歇性抬升及断层的差异活动。本区沿江 两岸断续出现高度稳定的多级侵蚀阶地和基座阶地，以及广泛分布着一级夷平 面( 海拔4 0 0 0 4 5 0 0 m ) 及两级不同高度( 海拔3 0 0 0 3 2 0 0 m 、2 4 0 0 2 6 0 0 m ) 的剥夷面。 从阶地完整情况来看，i i i 级阶地保存较好，i i i i v 级次之，v v i i 级阶 地破坏严重。阶地阶面较窄，均向雅砻江倾斜，倾角多在5 1 0 0 之间，表明雅 砻江阶地形成时期，河流下切速度仅是稍有减慢，而侧蚀作用仍不占优势，且 阶地形成时间持续较短。这与洼里河段阶地测年数据( 表2 2 ) 吻合。 表2 - 2雅砻江洼里阶地测年成果 剥夷面或阶地拔河或海拔高度( m )测年( 1 0 4 ) 下切速率( m m a )备注 2 1 3 0 剥夷面2 1 0 0 ( 海拔) 1 9 4 2 4o 9洼里 v i i 阶地 拔河3 8 0 1 5 3 1 2 2 洼里 v i 阶地拔河3 4 0 1 2 41 4 洼里 v 阶地拔河2 6 5 1 0 3 1 洼里 1 6 第2 章地质条件 剥夷面或阶地拔河或海拔高度( m )测年( 1 0 4 )下