二元结构库岸边坡失稳机制试验研究

水位升降条件下库岸边坡变形失稳问题是水库建设中必须考虑的重要安全性问题。二元结构是库岸岩土体的一种特有结构,其变形破坏失稳有特殊的力学机制及规律。为揭示库岸边坡处于不同坡角及不同土岩界面倾角条件下的失稳机制,尤其是水位变化条件下库岸岩土体浸润线的分布及演化特征,文章通过构建水位升降条件下的二元结构库岸边坡物理实验模型,借助监测及摄影的技术手段观测边坡土体内浸润线及岩土体变形破坏特征,揭示二元结构库岸边坡的变形失稳机制。研究结果表明:二元结构库岸边坡在水位升降条件下整体坡角的改变会引发不同的变形破坏模式:55°边坡以垮塌失稳为主,35°边坡稳定性较好,45°边坡易发生由坡脚破坏牵引的局部失稳;土岩界面倾角对边坡稳定性也产生较大影响,较大的倾角易于引发坡体沿土岩界面发生滑动失稳。本研究结果可为揭示二元结构库岸边坡失稳致灾机制及有效防治提供借鉴。     

地下水对库岸边坡稳定性的影响

针对库岸边坡在库水位陡降时易发生失稳破坏这一特点,分析了地下水引发库岸边坡失稳的机理,指出在地下水作用下,边坡岩土物理力学性质恶化、库水浮托力以及坡体内渗透力是影响库岸边坡稳定性的重要因素,给出了考虑地下水影响的库岸边坡稳定性计算公式。对三峡库区的某边坡工程进行了分析,结果表明：边坡岩土体介质因饱水软化作用,其滑动面的力学参数值降低;库水浮托力在某种程度上有利于边坡的稳定。当库水位陡降时,坡体内产生较大的渗透力是导致边坡失稳的一个很关键的原因。同时指出,在进行库岸边坡治理设计时,采取合理的防冲刷、反滤及疏导措施,能有效地降低地下水对边坡稳定性带来的消极影响。     

库水位变化对库岸路基沉降的影响

以某库区路基边坡为研究对象,建立库区边坡二维饱和-非饱和渗流模型,模拟水库不同工况下边坡渗流场演变规律并进行库岸路基的非饱和沉降计算,分析库水位变化对路基沉降或隆起的影响。分析表明,库岸路基边坡变形与库水位升降及其速率有关。当库水位上升时,库岸路基和边坡发生了隆起变形;当库水位下降时,库岸路基和边坡发生了沉降变形。且近库岸边坡和路基的沉降或隆起受库水位升降影响较大,远离库岸的边坡和路基的沉降或隆起受库水位升降影响较小,库岸路基沉降与库水位下降速率快慢成正相关关系。     

库水位变化对库岸稳定的影响

澜沧江上某水电站蓄水运行后,库水位的变动对库岸边坡的稳定性有较大影响。以该电站库区的一个库岸为例,根据库水位调度规划及当地水文资料,运用土体渗流理论以及极限平衡方法对库岸边坡进行稳定性分析,同时在灵敏度分析的基础上,研究库岸渗透系数和库水位变化对库岸边坡稳定性的影响。结果表明:在库水位上升阶段,当库岸边坡渗透系数很大时(k=2.5×10-4m/s),库岸地下水位将和库水位同步上升,将降低边坡的安全系数;当库岸边坡渗透系数很小时(k=2.5×10-6m/s),库岸边坡地下水位的上升将滞后于库水位的上升,导致作用在库岸边坡上,有利于库岸边坡的稳定;在库水位下降阶段,当库水位下降速率小于等于库岸边坡渗透系数时,库岸边坡地下水位随着库水位的下降而降低,库岸边坡的稳定性随着库水位的降低而增加;当库水位下降速率大于库岸边坡渗透系数时,库岸边坡地下水位的下降将滞后于库水位的下降,产生动水压力作用于库岸边坡,不利于库岸边坡的稳定。并提出了水库蓄水阶段应尽量保持在2 m/d内的上升速度,水位下降阶段应将水位下降速度控制在1 m/d之内的建议。该研究对水库安全运行具有一定指导作用。     

考虑库水升降和滑带弱化作用的岸坡启滑机制分析

以三峡库区凉水井滑坡为研究对象,采用理论分析与数值模拟的研究手段,构建了滑带强度弱化模型,提出了渗流驱动的滑坡启滑判据,应用Geo-studio有限元程序分析了库水不同升降速率对滑坡稳定性的影响,揭示了库水升降作用下岸坡渗流场演变规律和渗流驱动下的启滑机制。研究表明：（1）渗透压力与渗透时间的变化是滑带土强度弱化的关键因素,弱化到临界强度时,在渗流驱动下发生压剪破坏而启滑,由局部向整体以渐进模式破坏失稳;（2）库水升降过程中,坡体内孔隙水压力滞后性较明显,水位升降速率会影响坡体地下水响应时程,升降速率越大,孔隙水压力变化越大,渗流驱动力越大,滑坡稳定性变化越快,越趋近于渐进破坏;（3）库水位从175 m降到145 m,凉水井滑坡滑面法向应力最大降低了38.19%,剪应力最大降低了22.20%,有效法向应力最大落差为168.64 kPa,抗剪强度最大落差为63.45 kPa。以上分析结论与规律可为涉水滑坡启滑机制分析、库岸山体滑坡失稳研究及应急防治工程等提供科学依据和理论方法。     

动水压力型滑坡对库水位升降作用的响应以三峡库区树坪滑坡为例

三峡库区涉水型滑坡众多,库水位周期性涨落引起库岸滑坡岩土体物理性质的改变,还使得滑体内渗流场发生变化,进而影响滑坡体稳定性。为研究库水位升降作用对涉水边坡稳定性的影响,基于三峡库区重大涉水滑坡分类,对动水压力型滑坡进行分析。以三峡库区秭归县树坪滑坡为例,利用Geo-Studio软件的SEEP模块及SLOPE分别对滑坡渗流场与稳定性进行计算,分析不同滑体渗透系数及不同库水位升降速率对动水压力型滑坡的影响规律。结果表明:对于动水压力型滑坡,库水位上升过程中,地下水位线有下凹趋势,稳定性系数有所增大; 库水位下降过程中,地下水位线有上凸现象,且稳定性系数明显减小; 库水位升降速率越大,滑体渗透系数越小,库水位变动对滑坡渗流及稳定性影响越明显。     

库水位上升条件下边坡渗流场模拟

库水位的上升将导致边坡体内渗流场的变化,进而引起边坡的失稳破坏。边坡体内的渗流场是饱和渗流与非饱和渗流共同作用的结果,通过对库水位上升过程中坡体内地下水位线的位置变化及相应的渗流场参数的计算表明:由于上部松散堆积体与基岩渗透系数的差异,基岩内地下水位线的抬升速度明显滞后于上部松散堆积体;体积含水量、压力水头、流速和水力梯度等渗流参量在基岩中的变化幅度较小,而在上部松散堆积体中的变化幅度则相对较大。这说明库水位上升对上部松散堆积体的影响相对来说还是比较明显的。     

非饱和-非稳定渗流条件下的边坡临界滑动场

受季节性降雨或水库运行的影响,岸坡外水位及坡内孔隙水压力场的变化较大,不利于岸坡的稳定性。在水位变化过程中,利用非饱和-非稳定渗流有限元计算得到孔隙水压力场,基于非饱和土的渗流和抗剪强度理论,对水位变化过程中的边坡临界滑动场法进行改进,提出可考虑水位变化与岸坡非饱和-非稳定渗流过程的边坡临界滑动场数值模拟方法。将改进后的水位变化过程中的边坡临界滑动场法分别应用于黏土、粉土岸坡在水位升降过程中的稳定性分析,研究了水位升降速率及基质吸力对岸坡稳定性的影响,并揭示了边坡在水位变化过程中的稳定性变化历程。研究表明,该方法计算结果合理、可靠,更适用于涉水边坡的稳定性计算,且岸坡稳定性变化历程受水位升降速率、基质吸力等多种因素共同影响,只有在考虑非稳定渗流的基础上同时考虑基质吸力的作用才能正确得出水位变化过程中岸坡稳定性变化规律和实质。     

水位升降条件下牵引式滑坡离心模型试验

自三峡水库蓄水后,库区地质灾害频发,研究库水位升降条件下的库岸边坡稳定性与破坏模式日益重要。以三峡库区云阳县凉水井滑坡为原型,基于长江科学院CKY?200土工离心机,结合滑坡区工程地质概况,模拟制作了这一典型库岸滑坡的简化模型。采用高速相机、激光位移传感器、孔隙水压力传感器、土压力传感器等监测手段,在模型试验中实现了对边坡前缘水位高程及升降的控制,获取了试验过程中坡体水平位移和沉降、孔隙水压力、土压力值的变化规律,得到以下结论：试验从开始至加水阶段结束,模型位移以竖直方向为主,而在排水阶段则水平方向位移远大于竖直方向;试验过程中,在库水位上升与骤降作用下,首先在前缘产生裂隙,并逐渐向中部、后缘扩展,随后在中部产生较大变形,出现局部滑移,模型总体破坏形式呈牵引式破坏模式;试验结束时,模型自后缘起体积含水率逐渐增大;在水位上升期间,模型变形相对较小,主要滑移出现在水位下降期间,因此,该滑坡为动水压力型,产生变形破坏主要是由于动水压力效应所致。试验揭示了库岸牵引式滑坡在库水位升降条件下的破坏模式和变形失稳机制,为库区滑坡的防治提供了重要依据。     

含弱透水层岸坡地下水渗流特征的数值分析

库岸滑坡同坡体内地下水渗流场的动态变化具有密切的关系。传统的饱和土渗流分析方法无法正确描述水位升降过程中岸坡内孔压场的动态变化规律。从饱和-非饱和非稳定渗流理论出发,选取典型的岩土体的渗流参数,对含有弱透水夹层的理想层状岸坡进行有限元数值分析,得到水位升降过程中岸坡内孔隙水的渗流规律。同时,也得到了坡体内基质吸力和体积含水率随库水位升降变化的历时曲线。分析表明,岩土体的饱和渗透系数、土水特征曲线以及坡体的结构特征等共同决定了水位升降过程中岸坡内孔隙水压力和浸润线的分布。模拟结果可为库岸尤其是含弱透水层边坡的稳定性评价及岸坡的排水加固提供参考依据。     

温州某边坡稳定性分析

以温州某边坡为研究对象,通过现场勘查和室内分析边坡岩土特征,共发现了3段不稳定斜坡;利用赤平投影法和极限平衡法,对边坡进行定性和定量的分析,结果表明:AB段边坡在不利情况下边坡表部土体仍能发生滑塌现象;CD段边坡中下部岩体容易发生楔形破坏及浅表层岩体剥落;DE段边坡中上部土体的滑坡及下部挡墙不能满足边坡的抗滑作用。     

河谷区路堑高边坡的病害分析及防护措施

依托元江至蔓耗高速公路(红河段)项目,对红河县境内具有代表性的深挖路堑高边坡病害产生的原因进行分析,通过对路堑高边坡工点现场调研及理论分析,得出了路堑高边坡破坏的原因及影响因素,并对路堑高边坡病害进行有效的防护措施,且取得了很好的防护效果。其工程经验可对类似路堑高边坡破坏分析及防护提供参考价值。     

云南永胜县三道河泥石流活动特征及治理方案

叙述了云南省永胜县期纳镇三道河泥石流的发育特征、危害对象,并对该地区泥石流成因进行了分析。阐述了泥石流的形成条件,并对物源区物源条件等局部滑坡崩塌情况进行分析。描述并分析了泥石流诱发因素及形成机制。提出三道河泥石流以"拦固排护结合,以拦排为主"的治理方案,以保护三道河流域居民的生命财产安全。     

澜沧江某水电站热水系统循环演化机制研究

研究区位于西藏自治区昌都市芒康县境内曲孜卡乡和盐井乡交界的澜沧江河段,由于复杂的地质背景,形成了一系列物理、化学特征各异的温泉及盐泉。研究区域热水系统主要以盐泉泉群和中低矿化温泉的形式分散出露,根据地质地热结构以及热水水文地球化学特征,将区内热水系统划分为盐井系统、右岸曲孜卡系统、左岸玄武岩系统以及外围温泉。通过工程区区域地质背景及周边热水同位素特征,结合工程区及周边热水系统的热储温度、热储深度计算,研究各热水系统的循环演化机制对工程区的影响具有十分重大的意义。     

昆明世博会艺术广场后山高陡边坡整治工程

中国 1999昆明世博会艺术广场后山边坡整治工程 ,实施于一废弃采石场 ,不良地质现象十分发育。工程要求安全可靠 ,又与所在自然环境匹配相融 ,采取了清方、喷锚防护加固、截排表水及坡面整饰措施 ,取得了良好整治效果。     

具有相邻建筑结构的基坑开挖影响性分析

为研究基坑开挖对邻近既有建筑物变形的影响范围,采用GTS-NX有限元软件,针对土质基坑以及土、岩二元结构基坑,分别改变开挖基坑与既有邻近建筑的水平距离、基坑开挖与邻近既有建筑物基础的相对埋深,从而得到不同工况下基坑邻近建筑结构的变形情况。研究结果表明:土质、土、岩二元结构基坑在开挖过程中,随着基坑侧壁与既有建筑结构水平距离的增大,建筑结构的变形沉降量逐渐减小,沉降形式由最初明显的差异沉降逐渐转变成近乎均匀沉降;建筑结构的沉降量随着基坑开挖深度的增大而增加;同一开挖条件下,土质基坑的开挖对既有邻近建筑结构造成的影响显著大于土、岩二元结构基坑。     

不同地形特征下的TLS点云空洞修补精度分析

点云空洞修补是三维激光扫描(Terrestrial Laser Scanning,TLS)技术运用于山地测绘中的一个重要数据处理环节。本文构建了一套基于山谷、山脊和河滩三种地形特征的针对山地测绘的TLS点云空洞修补精度分析方法。并对Geomagic Studio提供的修补算法对不同地形特征下点云空洞中的修补精度进行评价。此外,还通过对比分析实验证明了点云空洞范围内地形特征线的位置与空洞的修补效果之间有密切联系。这为山地区域地面点云空洞修补方法的精度评价提供了一种新的方法。该方法也可以在后期针对复杂地形的点云空洞算法的研究中作为精度验证与评价的方法之一。     

徽县西寺村滑坡稳定性分析与评价

滑坡是一种分布广泛、多发性的地质灾害,对人民生命财产和各项社会活动以及资源造成极大的损失,因此加强对滑坡稳定性和治理的研究是十分必要的。本文以西寺村滑坡为研究对象,在勘查钻探等资料的基础上,采用GEO5软件,运用毕肖普法对3-3′剖面进行稳定性计算,计算出天然、暴雨、地震3种工况下的稳定性系数,在利用MIDAS软件对滑坡的3种工况进行验算,并将计算结果进行对比分析,得出该滑坡在暴雨工况下处于不稳定状态,存在再次滑动失稳的可能。     

基于 GIS 的元谋县地质灾害地貌特征研究

元谋县地质灾害频发,严重威胁了人民生命及财产安全。为了研究境内地质灾害区的地貌特征,以GIS为平台,结合DEM数据提取了研究区高程、坡度信息,并计算了地表粗糙度及地形起伏度。并利用研究区灾害调查资料,探讨了高程、坡度、地表粗糙度、地形起伏度与地质灾害之间的相关性。最终结果表明地质灾害分布受地貌特征制约,地质灾害点分布的区域地貌主要表现为高程1500~2000m的次中山、坡度为25°~73°的险坡,地形起伏度为75~200m的小起伏和地表粗糙度为1.3~1.5的区域。     

初期坝渗透性对尾矿库浸润线位置影响的定量分析

基于对云南某拟建尾矿库渗流场的数值模拟,统计分析了初期坝与堆积坝不同渗透系数之比下浸润线位置,发现初期坝渗透性与尾矿库浸润线的埋深并不是简单的线性增长关系,而是当初期坝渗透系数高出堆积坝三个数量级以上时,浸润线埋深趋于稳定,并由此建立了二者的关系函数。经过正、反验证计算,证明该关系函数是正确的,为尾矿坝的设计施工提供了依据。