长江三峡工程奉节库岸斜坡地下水渗流场模拟分析

长江三峡工程正常蓄水位为175m，在蓄水过程中随着库水位的抬升，必然会引起库岸斜坡地下水渗流场的变化。本文运用3D-Modflow软件模拟了三峡工程蓄水过程中奉节库段边坡岩土体内部地下水位的动态变化，为三峡工程奉节库区段移民迁建将可能出现的地质灾害进行预测与防治提供科学依据。     

三峡工程奉节库岸斜坡在蓄水过程中的稳定性分析

在简述三峡工程库区奉节段的地质和水文地质条件的基础上,对库段内将会出现的地下水渗流场变化进行了三维模拟,并对库岸斜坡在蓄水过程中稳定性的变化进行了分析和论证。参与计算的4条库岸斜坡地质剖面中,除9-9/剖面(老房子滑坡)有可能失稳外,其它岸坡不存在整体失稳的可能。     

库水位变化下对水库滑坡稳定性影响的预测

本文在分析库水位与滑坡稳定性的一般规律的基础上，对某水库滑坡进行了考察，分析其初期蓄水过程中滑坡的位移动态和代表性测点位移的规律，确定最危险水位，进行稳定性计算中的参数反演，在此基础上，考虑地下水渗透的滞后性，进而预测了未来蓄水及潜在的库水位下降情况下滑坡稳定性与库水位的关系。     

水库库盘变形的特征及其地质成因分析

不同于一般的库岸变形,库盘变形、谷幅变形是水库蓄水引起的新的工程地质问题,直接关系到水库大坝的安全运行。监测发现,已建的多座水库在蓄水过程中库盘出现下沉或抬升变形。本文以库盘变形较为典型的溪洛渡、铜街子、江垭、锦屏一级、小湾几个水电站为例,基于水电站所处的地质环境,从水库蓄水引起的区域水文地质条件变化角度分析库盘变形的地质成因条件。研究发现,地形地貌、地层岩性、地质构造和水文地质条件是发生库盘、谷幅变形的内在因素,而水库蓄水位、蓄水过程是诱发库盘、谷幅变形最重要的外在因素,外因通过内因而起作用。研究成果将为在建、待建水电工程建立正确的库盘变形、谷幅变形物理模型,准确计算、分析、预测可能发生的库盘、谷幅变形提供科学依据。     

基于数值模拟的汾河二库对晋祠泉岩溶水系统渗漏补给作用研究

汾河二库的下闸蓄水，改变了晋祠泉域汾河地表水对岩溶水的渗漏补给条件，对区域岩溶水流场变化有着长远的影响。本研究通过系统梳理库区水文地质条件，勾画地表水渗漏补给岩溶水范围，考虑地层岩性、蓄水高度等因素，确定二库不同蓄水水位下晋祠泉域获渗漏量占比；构建晋祠泉三维岩溶地下水流模型，研究二库渗漏对泉域岩溶地下水补给作用，并预测不同蓄水情景下晋祠泉口水位变化趋势。结果表明:晋祠泉域获渗漏量占比随二库蓄水位非线性变化，最低为92.8%，在二库蓄水位达902 m后稳定在93.7%，而渗漏量与二库蓄水高度呈正相关；泉域岩溶水径流区受渗漏补给作用最显著，其次为排泄区、北部补给区；渗漏补给作用下，地下水位回升值受二库水位和补水距离影响；维持设计水位（905.7 m）和2017年水位（895.9~902.4 m）时，预计晋祠泉口水位分别在2021年7月和2023年1月达到泉口高程。      

奉节县曾家棚滑坡时空差异性变形特征与成因机制分析

研究库水位波动和降雨影响下滑坡的位移变形特征并分析其破坏机制,对了解三峡库区滑坡的演化过程具有重要意义。以奉节曾家棚滑坡为例,基于GPS地表监测位移分析了滑坡在不同特征库水位运行阶段的变化规律,结合灰色关联度模型确定了滑坡不同部位的变形在不同阶段的主要控制因素,借助GEO-Studio软件模拟了曾家棚滑坡在历史降雨和库水位波动耦合作用下的稳定性变化,并与定量分析结果进行了交叉检验。结果表明:曾家棚滑坡的运动状态随时间变化,从缓慢蠕变状态进入阶跃变形状态。平面上,中东部坡体与西部坡体相比,运动更加强烈;剖面上,前缘变形早且变形量大。曾家棚滑坡变形失稳过程为初期蓄水启动了曾家棚古滑坡,前缘首先发生变形;降雨作为中后期主控因素,和库水位波动联合作用共同诱发了滑坡多次阶跃变形,使滑坡前中后部形成贯通裂缝;最终由二十年一遇的暴雨诱发滑坡发生整体破坏。     

基于离心模型试验的库岸滑坡变形特征研究

三峡库区蓄水后，大量库岸滑坡发生复活变形，为研究滑坡随库水位升降的变形特征和机制，以库区典型直线形滑面形态滑坡为地质原型，概化设计了大尺度离心模型试验，通过模拟两个水位升降过程，布设高速相机和传感器，获取了滑坡变形演化全过程高清影像、孔压和土压?时间变化曲线，可得以下研究结果：在水位首次下降时，孔压和土压逐渐减小，当下降15 min后滑坡发生整体蠕滑变形，首先是前部产生横向张拉裂缝，中后部则是以竖直位移为主的蠕滑压密变形过程，水位停止下降2 min后变形停止，表明变形对库水位变化具有一定滞后性；当水位再次下降时，前部沿原破裂面再次下滑并失稳，中后部则无变形，变形演化具有典型牵引式特征。在库水首次入渗滑坡时，坡体孔隙水压力对库水位升降具有明显的滞后性，而在下一次水位升降过程中，这种滞后性明显减弱。该类滑坡受水位下降的动水压力效应影响较大，在滑坡变形过程中，中后部滑体变形在竖直方向的蠕滑压密行为使得中后部稳定性有所提高，因此，在后期蓄水过程中不再发生变形，试验现象与实际库岸滑坡吻合。试验揭示了三峡库区该类滑坡在水位升降条件下的变形破坏模式及长期演化趋势，为库区地灾防治提供了参考依据。     

水库蓄水对库底沉降影响的数值分析

抽水蓄能电站常采用沥青混凝土进行库底防渗护面处理,过快的蓄水速率和过大的蓄水水头可能导致库底护面开裂。以某抽水蓄能电站的上水库为例,用考虑Biot固结理论的平面有限元法,在依据沉降观测点实测资料优化确定地基土模型参数的基础上,分析了水库蓄水速率和蓄水水头对库底沉降量、沉降率及库底沥青混凝土应变率的影响。结果表明,蓄水速率对地基的最终沉降值影响不明显,而在蓄高水位历时内,地基的沉降增量和最大沉降率均与蓄水速率和蓄水水头有很好的相关性,沥青混凝土的最大应变率仅与蓄水速率相关。     

地基固结变形反分析研究

某水库库底地基变形较大,蓄水初期曾引起库底沥青混凝土防渗护面开裂。为研究进一步蓄水后可能产生的更大沉降及对沥青混凝土防渗护面的影响,对库底地基土层进行了反分析,研究地基土层的有关参数,利用反分析得到的参数进行了有限元正分析,研究地基的固结特性,为预测进一步蓄水后地基的沉降提供了重要依据。     

库水位变化下某泄洪洞进口高边坡的稳定性分析

在分析库水位变化与岸坡稳定性的一般规律的基础上,对某水库泄洪洞进口高边坡变形机理进行分析。然后计算分析不同水位升降条件下,蓄水＋暴雨、地震、地震＋地下水作用等三种工况的稳定性系数,确定危险警戒水位,并预测未来蓄水及库水位下降情况下泄洪洞进口边坡稳定性与库水位的关系,为蓄水后的边坡防治提供必要的理论依据。     

三峡库区巴东组(T2b)紫红色泥岩工程地质特征研究

在三峡工程库区广泛分布一种三叠系中统巴东组的紫红色泥岩 ,在库区常被称为易滑地层。这种岩土体还具有一定膨胀性 ,致使一些边坡防护工程发生变形破坏。三峡工程库区移民区巴东、巫山、奉节等新城址出现的许多工程地质问题往往与此有关。本文在对巴东、巫山、奉节等地紫红色泥岩的基本地质特征研究基础上 ,对该地层的膨胀性、风化规律、水-岩相互作用等进行系统试验研究 ,为三峡工程库区滑坡防治和移民迁建工程提供科学依据。研究表明 :该地层粘土矿物含量一般为 1 7.9%左右 ,其中 ,有效蒙脱石含量一般在 1 .2 7～ 6 .0 1 %之间 ,混层矿物占粘土矿物的一半以上 ,具中 -强胶结 ,有弱膨胀性。岩石的风化以机械风化为主 ,沿剖面化学成分变化不大。沿剖面物理力学性质的变化除受风化作用制约外 ,受岩石颗粒组成的影响更为明显 ,因此可能出现深度异常现象。水对该地层岩石力学性质影响比较显著 ,应当特别关注水库蓄水初期库水位显著变化对边坡和地基土稳定性的影响     

三峡工程库水位降与红层岸坡稳定性变化的响应关系研究

三峡工程水库运营中,库水位在145～175 m间周期性变化必将引起岸坡地下水位的波动,从而导致岸坡稳定性的响应变化。为此,根据布辛涅斯克非稳定渗流微分方程,采用多项式拟合初始浸润线,求得了库水位匀速下降和定幅度下降时岸坡的浸润线方程;在运用剩余推力法求解岸坡稳定性时考虑了对应的渗透力。以千将坪滑坡北东侧的红层岸坡为实例,分别考虑库水位由156 m匀速下降至145 m和库水位由156 m定幅度下降时岸坡的稳定性。结果表明：库水位以不同速度匀速下降时,降速越大,稳定性系数下降速率越大;地下水的时间滞后效应随降速的增大而明显延迟,但随着库水位的下降,滞后效应将达到一个最大值;库水位定幅度下降时,降幅与岸坡稳定性系数关系曲线呈现下降速率不同的3段;对于千将坪滑坡北东侧的红层岸坡在库水位匀速下降时,其临界降速为1.2 m/d,在库水位定幅度下降时,其临界单次降幅不超过6.0 m。研究结果对三峡工程库区类似岸坡地质灾害预警预报具有一定的指导意义。     

三峡库区水平层状岩质边坡稳定性分析

通过对三峡库区一大型巨厚水平层状岩质边坡的稳定性调查,认为受边坡软弱层面、节理以及岩性组合的影响,水平层状岩质边坡可能存在以下4种破坏方式：崩塌错落、顺层滑动、切层滑动和复式滑动。利用Sarma法结合最优化方法对顺层滑动和切层滑动2种方式进行了稳定性计算,其计算结果表明,三峡水库蓄水及大桥建成后,右岸边坡稳定性变差,有可能发生切穿泥质粉砂岩的切层滑动,必须采取处理措施;而库水位的变化是影响本区边坡稳定性最重要的因素。     

基于浪蚀龛和土体临界高度的修正的卡丘金法及其工程应用

水库运行期间库岸再造预测是工程地质领域的重要和热门研究课题之一。基于卡丘金法采用半经验性、半定量的模式,简化了水文地质条件的影响,并忽略了波浪对库岸的掏蚀作用等缺陷,针对土质岸坡,提出了基于浪蚀龛和土体临界高度的卡丘金修正法;建立了库岸再造稳定时限估算方法;并采用极限平衡法、卡丘金法和构建的土质岸坡再造预测方法对三峡库区奉节白马港岸坡进行了塌岸预测。计算结果表明,修正的卡丘金法的计算结果与其他两种预测方法相比偏小,但偏差在8.05 m以内,并通过现阶段库岸地质调查表明,预测结果比较符合实情。研究成果对库岸区域土地资源开发利用及防灾减灾具有积极意义。     

库水位上升诱发边坡失稳机理研究

库水位上升有可能诱发边坡失稳破坏,湖北省秭归县三峡库区的千将坪高速滑坡即是一例。库水位上升对边坡稳定性的影响主要表现在孔隙水压力作用和滑动面强度参数的弱化上,采用Mohr-Coulomb强度准则描述了孔隙水压力对土体应力状态的影响,土体浸水后,在孔隙水压力作用下Mohr应力圆变小而向左移动并相对远离强度曲线。边坡稳定性分析表明,在库水位由坡脚上升到坡顶的过程中,孔隙水压力作用使边坡的稳定性先降低后增加。指出水库蓄水初期,由于孔隙水压力使边坡的稳定性降低,加上滑动面强度参数的弱化给边坡稳定性带来的不利影响,若边坡的安全储备强度不够,很可能发生滑坡。     

库水上升条件下不同土体类型岸坡渗流场特征

库水位与岸坡体内地下水渗流场的动态变化密切相关。传统的饱和土渗流分析方法无法准确描述水位上升过程中岸坡内渗流场的规律。从饱和-非饱和非稳定渗流理论出发,在室内实验得到基质吸力和体积含水量关系的基础上,通过对实验数据拟合,得出Van Genuchten模型中土水特征参数。以三峡库区典型岸坡为例,模拟库水匀速上升时,坡体为粉质黏土、粉土、砂土和砾石土4种岩土介质类型下的渗流特征,并监测坡面高程为165 m和155 m竖直剖面上的孔隙水压力变化。结果表明:库水位匀速上升过程中岸坡体内浸润线呈"V "字型,并且各时步" V"字型浸润线的拐点连线随渗透性的增大有逐渐与坡面平行的趋势;揭示了4种土体类型孔隙水压力随时间的变化规律。研究成果可为水库岸坡的防治提供较重要的借鉴与参考。      

库水位涨落条件下不同结构边坡的变形破坏机制分析——以千将坪滑坡和树坪滑坡为例

三峡水库自2003年蓄水后,在长江干流和支流发生了不同程度的边坡变形和破坏。有些变形缓慢并对房屋和道路造成损坏,有些产生高速运动并引发涌浪,造成惨重人员伤亡。本文从库岸边坡的结构着眼,以千将坪滑坡和树坪滑坡为例,通过现场调查、现场长期观测、室内简易模型试验,分析库水位涨落条件下不同结构边坡的变形破坏机制,为库区运营过程中滑坡灾害防控提供科学依据。结果表明,顺层结构边坡在水位上升过程中易失稳,并产生高速滑动;而松散结构边坡受渗透力影响,在水位下降过程中易产生明显变形,且变形速率与水位下降速度呈正相关关系。     

三峡水库区陈家沟滑坡地质特征与防治措施

在研究了三峡水库区奉节县陈家沟滑坡的工程地质条件及滑坡体基本特征的基础上，介绍了该滑坡的结构及变形特征。从滑坡形成条件、诱发变形因素两方面分析了滑坡形成的原因及诱发坡体失稳的主要因素；据岩土样品的试验值、现场大剪值，结合地区经验值及反算值，确定计算滑坡稳定性及剩余滑坡推力的抗剪强度参数，考虑到未来三峡水库蓄水，在不同工况下对滑坡体进行稳定性计算。结果表明：在天然及暴雨情况下，滑坡整体均处于稳定状态；次级滑坡体在饱水及水库蓄水后，处于临界蠕滑或失稳状态。结合工程实际对滑坡治理进行初步研究，提出回填压脚专档为幸捕以排水的综合治理措施。     

三峡库区175米试验性蓄水期间塌岸调查分析

为掌握三峡库区高水位蓄水及水库试运行期间塌岸情况,在175米试验性蓄水期间(2008年10月和2012年12月)对三峡库区长江干流进行了2次塌岸调查,分别发现塌岸87处和88处,塌岸长度占干流岸坡总长度的0.62%,主要分布在秭归至巫山段。库区塌岸可归纳为4种单体形态和3种常见组合特征。塌岸发生模式上有独发式和群发式2种,塌岸发展模式有后退式、侧向发展式、邻近新增式和组合式等4种。库区塌岸主要受地层岩性及地形坡度控制,地形坡度30°以上、伸入河流的土质岸坡是塌岸易发区域。调查与分析得出,175米高水位试验性蓄水期间,三峡库区塌岸发育不多,且危害性较小。总体上,库区塌岸形势较为乐观,库岸防护工程取得了明显成效。