Shiliushubao滑坡的稳定性分析基于变形特性和外部触发因素在三峡水库

文摘

存在滑坡复活的问题由于每年季节性降雨和水库水位变动。基于大量的GPS滑坡的监测数据质量在Shiliushubao三峡水库蓄水后滑坡区、外部触发因素和边坡稳定性之间的关系。已经建立了一个有限元计算模型的稳定性分析Shiliushubao蓄水后滑坡从2004年1月至2009年10月。通过滑坡的变形特征,结果表明,滑坡表现出逐步模式从整体来看,蓄水后发展速度,在雨季慢了下来。曲线的趋势保持大致相反的波动的安全系数。它表明,滑坡的稳定质量密切相关的季节性波动降雨和储层水平,和滑坡存款证明反应。主题提供了一定参考价值在滑坡稳定性分析和风险评估在一个类似的工程地质条件。

1。介绍

山体滑坡和洪水在中国,大量的社会经济混乱,财产损失和人员伤亡,他们是由多种因素造成的,包括地理(1,2],地质构造作用[3- - - - - -5),液压变更(6],洪水冲积[7,地震8,9,气候变化10,11)、人为工程建设(12]。三峡大坝提供了巨大的水能资源和减轻洪水的破坏性影响,随着时间的过去几十年前测试(13,14),虽然存在一些地质灾害由于水库水位的急剧波动。

近年来,研究人员发现,水位的变化会影响水库的安全银行通过数值模拟(15,16[]和/或现场调查17,18]。渗透系数和水位变化的速率控制的瞬变流动反应直接控制滑坡的稳定性(19,20.]。孔隙水压力和表面压力还会影响滑坡的稳定性(21,22)的形式阻力以外的斜率和影响土壤抗剪强度和地球物理特征23,24]。此外,降水在土壤中扩散的研究也揭示了滑坡的机制,最终导致滑坡(25,26]。

所有实验工作有其局限性,由于困难或歧义在提交调查或测量一些数量27,28),主要是测试过程的复杂性。数值模拟和现场调查被广泛用于研究滑坡的变形和稳定机制(29日),有一些研究参加综合监控系统应用于单个滑坡,结合数值模型结果30.,31日]。

在目前的研究中,一个广义模型被选中代表滑坡在长江的北岸,和非线性渗流场的银行被认为是实现实时变化。结合现场调查数据,数值分析利用Comsol多重物理量进行调查滑坡的动态破坏过程质量波动下的水库水位、降雨雪。在整个过程中,这个主题参加安全因素的发展变化来确定储层的稳定性的变化与灰色关联度银行。数值模拟和地表变形的结果能够准确地解释为什么Shiliushubao滑坡的稳定性增加随着水库水位上涨,而它减少水库在汛期水位下降。

2。Shiliushubao滑坡的描述

Shiliushubao滑坡是Huanglashi滑坡的一部分,位于巴东国家的下游1.5公里,三峡大坝上游66公里。沿着长江的北岸,质量滑坡的平面形状近似正方形的长度500 - 550和350 - 470米的宽度。滑动平均质量的平均厚度约为40 - 50米,和一个面积25.2×10⁴米²估计12×10的体积⁶米³。滑动方向是25°N,这大约是垂直于长江。滑坡的垂直高度约320米,和它的海拔范围从40到320米,平均坡度角约为28°。左右两边都有界沟,和后缘为界由一群陡壁。此外,实地调查表明,两个二级浅滑块在河边(图发展1)。

有完全十五GPS站质量滑坡监测地表形变,而这些车站分布如图2。为了监控整个区域的变形,GPS站大约均匀放置在三行调查。这三个调查线建立了钻孔分布可直接、准确地识别地层。不同于其他项目,5个GPS站被放置在前沿,这可能是更全面的反映滑坡稳定的波动。除此之外,存在三个点的水库水位和降雨滑坡的上部。

滑坡的地质单位和建筑质量分析在早期的材料从现场调查和探索。工程地质剖面图证明了滑动变形发生在存款和基岩之间的接触表面(图2)。滑坡的质量包括完整的红色风化或强风化破碎计算一些碎屑岩,和基岩主要由灰色,薄中厚层夹白云石灰岩及部分从三叠纪巴东的紫红色泥岩地层。从正式的讲座,巴东的地层的形成总是称为“简单的滑动层”在中国由于其特殊的地球物理特征和低强度。地球物理特征和液压特性表1。

强风化侵蚀的存款,长期水软化,降雨入渗,有许多裂缝和沉降特性观察到湿滑的舌头和滑坡的滑坡后缘的身体,尤其是后部形成一个连续的裂纹在滑坡存款。从野外探险,最大裂缝长约344米的开口宽度1-45厘米,约10 - 110厘米,深度的倾滑位错2 - 150厘米到2009年。表面的最大累积变形从2004年1月至2009年12月达到1485毫米。这些裂缝和孔径证明好的隧道漏,可能会导致额外的孔隙压力的幻灯片。

特殊地形、岩性和地质构造的滑坡区滑坡的形成和控制变形的关键因素和演化的prestable压倒性的胜利。此外,项目最后比较了变形和滑坡稳定性的结果和总结滑坡复活的主导因素,即。的季节性波动,三峡水库降雨和储层水平。水位变化将引起滑坡的发展质量,和降雨将加速滑坡的变形质量。水位的季节性波动在水库的运行和降雨容量的增加极大地改变滑坡水文地质条件的质量和减少土壤的强度。

3所示。变形监测数据和分析特征

3.1。监控数据

在早期,斜率是确认接受明显的变形和裂缝,这信息被当地居民向政府报告。因此,特殊监控区域建立了边坡滑坡的变形与降雨。累积位移和水位波动与时间曲线绘制在图3随着表面变形、水库水位、降雨容量2004年1月至2009年10月以来的监测数据。

从曲线的水库水位,水库水位保持大约持续超过135,降雨及其变化趋势基本上是同步的能力。降雨量大几个月,特别是雨季,水位一直在上升,2006年12月最高水位为169.7米。过段低降雨、水库水位波动基本波动,和水位变化的范围1 - 2米。在2007 - 2009年,降雨量比另一个更大的年,和水位波动在12-20 m。平均速度的数据比较的基础上每月的蓄水和减少,水位变化的趋势可以观察到他们的差异在某种程度上(图4)。

它大致表明,滑坡的质量表现出逐步变形特点,特别是发生在活动块自2004年专业的实施监控,可以反映在累计位移曲线的GPS站的滑坡点质量(图4(一))。G5的总位移,G7和G8是放在前面的滑坡保持持续增长从2004年到2009年,这表明斜率略微稳定或不稳定,也许复兴复杂性外部触发因素(图5)。2004年,很少有GPS站影响这些因素,和平均每日变形小于4毫米/ d表明中间和后面的部分滑坡保持稳定。在2007 - 2009年期间,水库水位变化显著,海拔145 - 169米和累积变形显著增加。

很明显,积累的表面位移曲线总是在每年May-July撤军后急剧增加并保持或增加相对缓慢蓄水后从9月到4月。过相关的崩溃,降雨、水库水位波动在滑坡前缘,附近的表面位移积累这些电台不断增长,逐步的增长明显不如之前从2007年到2008年,表现出显著的在车站的七国集团(G7),八国集团和国。非均质性和各向异性地层中地下水位上升比水库水位以较慢的速度。存在一些进步在滑坡裂缝,如剪切裂缝的前缘和后缘张力裂缝。每次水库水位上升,滑坡前缘可能被淹没。滑坡表面上的静水压力的增加直接斜率,内部和整体滑坡依然稳定,每月的变形是相对稳定的32]。在其背面,地下水位总是落后于水库水位,和流体压力将直接在滑动部分,导演外(图的斜率6)。此外,降雨入渗可能削弱岩体的力学性能,也可能降低滑坡的稳定性。

3.2。质量分析滑坡的变形特征

根据图所示的结果4的增加,这些推断累积位移相对较大。基于现场调查,内部变形主要玫瑰平行滑动方向。接近崩溃的边界,位移越大,而增加其他车站点的位移相对较小(33- - - - - -35]。

它是反映在图上4八国集团,G5的年度位移G9, G13远远大于其他GPS站点,这些波动的平均位移率介于0.89和3.65毫米/ d, GPS-3率和GPS-6波动在0.55和1.68之间mm / d。其他车站点在0.55 mm / d或几乎不变。

结合图5可以看到,水库水位的波动在2004年,2005年和2006年是稳定的,每年的速度位移撤军后发生了重大的变化。特别是2006年,降雨少高于2004年和2005年,以及滑坡的位移的增加是较小的。然而,在2007年,滑坡的位移变化,2004 - 2006年,而降雨量远远大于汛期过去的三年里,在2007年6月最高降水量达到367.9毫米。太多的降雨造成年度滑坡的位移速度的加快;但与正式的、2007年累积位移持续增长,监视点的最大位移速率达到4.46和5.31 mm / d。因此,这些电台崩溃的年度位移边界大幅提升。有两个月的2008年降水量超过300毫米,蓄水后的位移率相对降低,撤军后迅速增加。每次水库水位升高,变形的速度也会大幅度增加水库水位下降后,和几个月的累计位移将成为步骤。随着水库水位上涨过高,2008年有几个月水库水下降在2009年初,和这些监测站的位移率一直居高不下。

基于监测材料,滑动过程只发展到平庸的部分;后面的部分滑坡质量只是轻微变形。后这种趋势,如果滑坡没有钢筋,后部会失败的滑动平均部分提供足够的空间。

4所示。水位波动的稳定性分析

4.1。数值模拟和计算条件

uA斜坡已建立的数值计算模型基于地质工程部分II-II′(用图表示7)。可以作为模型的边界:底部边缘模型的高度大约是0 m,对外围国家的高度约368米,左边缘大约是42米,水平距离约为794米。有两种材料模型中,基岩滑坡体内,都假定为弹塑性材料屈服条件满足莫尔-库仑准则(36]。

当模拟二维有限元渗流物理模型,发展地下流首先采用两相达西定律模型,然后结合了土力学[37]。瞬态渗流分析是进行基于实际的水库水位(图3)平行于月降水(方程(1))(38]。然后,孔隙压力计算加入稳定性分析与抗剪强度降低,这是通过减少变量实现的c和φ在定义参数SRF和积累到临界状态结果(方程(2)。同时,有两个参数来定义饱和区和非饱和区和它的内置函数惠普土壤中,它定义了孔隙压力。 在哪里K_x,K_y,和K_z渗透系数的值在吗x,y,z坐标轴,假定为主要轴线平行的导水率;H电位的头;W是一个体积单位体积通量代表来源和/或水槽的水;年代_年代多孔材料的具体存储;t是时间;问通量。

在数值计算过程中,c是凝聚力;φ内摩擦角;Fr是安全系数。Fr之路逐步增加,直到收敛标准是不满意。

对于边界条件,界面,即。,the sliding surface of this landslide, which is between the landslide mass and the bedrock, is taken as impermeable, for it is nearly three orders of magnitudes of hydraulic conductivity larger than other materials. To fit the reality, there establishes a subordinate landslide-slip zone. The saturated hydraulic conductivityk_年代三峡水库地区滑坡的质量从1×10不等⁻⁴1×10 m / s⁻⁷米/秒,这个问题最终使用这些表1结合蓄水和撤军的速度。其他物理参数和机制都是来自早期原位测试和实验室实验,如封隔器渗透测试,比重测试和综合排水三轴压缩试验。

4.2。数值模拟的结果稳定

图8说明了安全系数的变化的结果,从2004年1月至2009年10月,从fluid-soiled耦合分析获得。从图8,滑坡稳定的波动可能是大约与安全系数分成两部分。一部分是从2004年1月到2006年10月,是轻微的波动,保持相对较高。另从2006年11月到2009年10月,大幅波动减少,保持相对较低。外部触发因素的增加可能会导致不均衡和大变形的斜率。

在2004年1月至2006年7月在降雨雪42 - 80 mm /月;因此,水库水位维持在135 - 138米。和安全系数在1.12和1.2之间,这表明没有质量滑坡下滑趋势,斜率是主要保持稳定。而2006年雨季降雨雪明显增长,安全系数增长平行于水库水位在1.17到1.26之间波动。相反,安全蓄水后大幅波动的因素,直到下一个雨季,达到最低的1.04。累积位移增长不断在整个生产过程中,存在一个加速阶段蓄水后,于2006年(图3)。它表明有一些保险滑坡可能成为不均衡。在曲线的峰值越低,安全系数增长与2007年雨季,符合一般的安全系数的波动变化。而增加的安全系数并不是正式的2006年,水库水位保持高在147年和172之间,一直从1.04到1.15。累积位移假定逐步增长更明显,位移速率更高,更多的期刊。一般来说,表面的速度滑坡变形减少,水库蓄水后,水库水位上涨,水位下降而增加。

4.3。稳定的敏感性分析

安全系数的曲线与水位变化大约是同步的,但总是落后与水库水位。水位波动可以帮助预测边坡的稳定性主要受渗流场在某种意义上(图9),但它不能直接代表稳定的变化实际请求外部触发因素。

图9显示的速度之间的关系因素的安全水位变化的速度,这代表了不同阶段质量滑坡可能有经验。水库水位波动大致可以分为四种类型在整个计算过程的速度。水位的变化一样,这些曲线可以直接不尊重安全系数之间的关系与水库水位。水库的蓄水以来,滑坡前缘可能被淹没的水位,增加静水压力,这有利于滑坡的稳定性。水库蓄水过程中,速度越快,安全系数会增加越快。然而,如果速度比水力传导率太大,增长速度会逐渐减慢随着水位的上升。值越接近,越高的水位增量出现放缓。它表明,蓄水会改善质量滑坡的稳定性(39,40]。

水库水位的下降可能会导致流体压力的后边缘裂纹尤其突出。相反,它显示了两个不同类型的过程中减少。随着渗透系数对水位波动的速度关闭,安全系数不仅降低了。当水位波动的速度小于水力传导率,增加安全系数和速度很小。然而,实际上这些情况不会发生,这一分析只是基于理论探索。进一步的原因可能是落后地下水排水,诱发滑坡的水的排泄质量落后于水库的水。它表明,撤军将会减少滑坡稳定的质量在某种程度上。

5。讨论

在滑坡变形特征的分析和数值模型计算,降水的季节性波动和储层水平在滑坡稳定中扮演重要的角色。滑坡变形的特点的分析可以指导稳定,和可能的严格数据场的研究工作(28,41]。

这些数据显示表面累积位移之间的关系,滑坡的稳定质量和水库水位的波动,他们都有一个重要的关联。表面累积位移曲线有明显的逐步增加每年的雨季,和安全系数保持相对相似。如果斜率略微稳定,丝毫变化的外部触发因素可能导致不均衡和明显的变形42]。表2总结了输入物品的安全系数和位移G5站。

基于灰色关联分析、灰色关联度(GRG)是有用的评估的程度的输入和额外的因素之间的关系。GRG范围从0到1;根据该方法的假设,值为0.6或更高的对这些证明了一个强大的关系。表2提供了主要影响因素和滑坡变形的安全因素。他们都对应于降雨和水位波动和总是落后于降雨雪。当水位上升时,累积表面位移曲线相对稳定或增长缓慢,和滑坡质量将保持稳定或稳定可能是有限的增加(43]。这时,三峡地区的水位迅速下降或运行在低海拔,和表面的速度位移变化显著,与滑坡的稳定性下降。

在结合安全系数与表面位移监测结果后,水库水位波动(图10),建议数值模拟结果证明为什么Shiliushubao滑坡的变形速率随着水库水位的增加,下降和变形与储层填充率负相关。渗透率有限的排泄和补给水在土壤中。每次有水库水位下降,导致滑坡渗流压力和额外的孔隙压力。如果水库水位仍相对稳定后增加,额外的孔隙水压力逐渐消散,这可能提高滑坡的稳定性和变形的速率会不知不觉中保持稳定(44]。从累积位移曲线,存在一个逐步的性格。与数值模拟相比,一个简单的变形特性有较低的精度确定边坡稳定分析。

计算瞬态后边坡的安全系数与多个降雨组合,建议与雨水的渗透和坡体内部流动,安全系数发生变化,表明除了时间效应,也有空间的效果。虽然很难评估质量滑坡的稳定性和数值模拟场景,外部性能成为必要。和斜坡的行为受到水位波动和滑坡变形越来越科学的关注和研究的主题。

6。结论

Shiliushubao滑坡是一个象征边坡破坏Huanglashi滑坡的影响显然三峡水库水位的地区。基于调查和模拟分析,这些结论后。(1)根据GPS滑坡地表变形监测,分析位移通过这些活动块上的GPS站相对较大,随着时间的推移,升级而上的位移的增加其他车站大约是在整个监测过程。与这种趋势,如果滑坡不是钢筋,后面部分会失败的滑动中间部分供应足够的空间移动。(2)滑坡稳定的计算结果表明,激活触发因素主要与水位变化和降雨雪。储层压降的过程时,滑坡的地下水位下降滞后于水库水位,这是一个典型的斜率条件恶化,并增加累积变形。这表明稳定性对水位波动的速度十分敏感。

讨论了滑坡的变形和稳定,我们量化每个因素的重要性在滑坡事件,我们发现撤军三峡水库水位的地区可以概括为滑坡的变形的主要控制因素。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

信息披露

成都理工大学购买了适合利用Comsol多重物理量。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者真诚地感谢黄Bangzhi,太阳Renxian,夏分钟提供设施的实地调查和协助收集数据。

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