（岩土工程专业论文）三峡库区泄滩滑坡滑带土抗剪强度特性与稳定性评价.pdf

中国科学院武汉岩土力学研究所博士后工作报告 摘要 澡坡是一弛重要的地质灾害，提赢对滑坡变形破坏机制的认识具有重要鸽意义。 三峡地区是以滑坡溅石流为主要形式的地璜灾害多发区，在水位涨落过程中，一些大 型堆粳体滑坡或吉崩瀑体发生变形失稳或局部复活的可能性楚存在的。本文以三峡麾 区泄滩滑坡为研究对缘，在对其滑带土抗剪强度特性进行研究的基础上，结合对滑坡 稳定性计算方法款研究，对撵术涨落条件下港皱的变形枧理粕稳定瞧发展趋势进行了 分析。 泄漳漏坡港豢巾含有一定量麴砾石，这静舍砾滑繁凌三蛱窿区内豹滑坡孛缀 具有代表性。鉴于目前对这种含砾滑带土抗剪强度特性的研究较少，而滑带土的抗剪 强凌又是影响滑坡稳定性的一令重要因素，簸本文对泄滩t 潺坡含砾浪龌的抗剪强淀 特性进行了详细研究，并为此研制了一台大烈现场室内两用真剪仪。 鼗褥的主要盛巢如下： 1 研制了大型现场室内两用直剪仪，系统检测和剪切性能测试结果表明该大型赢 剪仅经麓稳定，测试数据可靠，霹避一步应恩予籀关工程实蔽和科研中。 2 试验研究了泄滩滑坡宙砾滑带士的抗翦强度特性，得到了砾石含量和砾石粒径 影翡潺带土抗剪强魔斡基本瓣律；确定了溪场滑带土的褥理力学计算参数，数值计算 结果与现场监测结果的对比表明，所用的参数是合理的。 3 对季塌数值模缀求髂潺瑗( 边被) 安全系数豹分析方法进行了探讨，针对现静 方法中存在的不足，基于强度折减的概念，提出了一种求解坡体安全系数的改进方法； 芳将其运用到泄滩滑坡的稳定性诗葬中，与徽限平衡法的综含对比结果表明，该方法 是合理可行的。 4 对三峡库区泄滩滑城在库水涨落条 串下的稳定状态和变形破坏机制进行了综 合分析，二维极限平衡计算结果与滑坡体二缎、三维数值模拟结果均袁明；蕾水过瑕 中滑坡体能维持基本的稳定；泄水道程中城体的安全储各不怒，滑坡体基本处于极限 平衡状态：由瘁水长期水流冲刷、淘蚀等作用丽导致的浸体翳部塌岸破坏，促使坡体 从塌岸处剪出的概率较高。 关键词；库水涨落，滑坡，大型直剪仪，含砾滑带土，抗剪强度，安全系数 中国科学院武汉岩土力学研究所博士后工作报告 a b s t r a c t l a n d s l i d ei sas e v e r eg e o - h a z a r da n di ti si m p o r t a n tt ou n d e r s t a n di t sd e f o r m a t i o na n d f a i l u r em e c h a n i s m t h e r ea r em a n yl a n d s l i d e sa n dd e b r i sf l o w si nt h et h r e eg o r g e sa r e a s ， a n dp o t e n t i a lf a i l u r eo rr e a c t i v i t yo fs o m el a r g ec o l l u v i a ld e p o s i t sa n dl a n d s l i d e sm a yo c c u r d u r i n gw a t e rl e v e lf l u c t u a t i o no f t h er e s e r v o i r u s i n gx i e t a nl a n d s l i d ea sa l le x a m p l e ，b a s e d o nt h et e s t so f i t ss l i ps o i l sa n dt h ea n a l y s i so f e v a l u a t i n gt h es t a b i l i t yo f l a n d s l i d e , t h ef a i l u r e m e c h a n i s ma n dn e n do f t h es t a b i l i t yo f x i e t a nl a n d s l i d eh a v eb e e na n a l y z e di nd e t a i l t h es l i ps o i l so fx i e t a nl a n d s l i d ei sat y p i c a lo n ei nt h et h r e eg e o r g e sa r e a s ， c o n t a i n i n gc o a r s ep a r t i c l e s t od a t e ，f e ws t u d i e sh a v eb e e nc a r r i e do u to nt h ep r o p e r t i e so f t h i sk i n do f s l i ps o i l sc o n t a i n i n gc o a r s ef r a g m e n t s 。i nv i e wo f t h ek e yr o t eo f t h e s l i ps o i l si n t h es t a b i l i t ya n a l y s i so fl a n d s l i d e s ，i n v e s t i g a t i o nw a sc a r r i e do u to nt h es h e a rs t r e n g t ho f t h e s l i ps o i l s ，r e s u l t i n gi nal a r g ed i r e c ts h e a ra p p a r a t u sf o rf i e l da n dl a b o r a t o r yt e s t sw a s d e v e l o p e d c o n c l u s i o n sd r a w nf r o mt h er e s e a r c hc a nb es u m m a r i z e da s 稻l l o w s ： 1an e wl a r g ed i r e c ts h e a ra p p a r a t u sf o rf i e l da n dl a b o r a t o r yt e s t sh a sb e e nd e v e l o p e d 。 d e t e c t i o n 强s t r u c t u r es y s t e ma n dt e s t i n g 旺s h e a r i n gp r o p e r t i e sh a v es h o w nt h a tt h e c a p a b i l i t yo ft h el a r g ed i r e c ts h e a ra p p a r a t u si sb e t t e r , a n dt h et e s td a t aa r ea c c u r a t e n e l a r g ed i r e c ts h e a ra p p a r a t u sc a nb ea p p l i e df r n l k ri no t h e rr e s e a r c ha n de n g i n e e d n g s ， 2s y s t e m a t i ct e s t sh a v eb e e np e r f o r m e do nt h es h e a rs t r e n g t hp r o p e r t i e so f t h es l i ps o i l s o fx i c t a nl a n d s l i d e 。r e g u l a r i t yo f h o wt h ec o a r s ef r a c t i o nc o n t e n ta n di t ss i z ei n f l u e n c et h e s h e a rs t r e n g t ho ft h es l i ps o i l sh a v eb e e no b t a i n e d t h es h e a rs t r e n g t hp a r a m e t e r so ft h ei n s i t us l i ps o i l su s e df o rs t a b i l i t ya n a l y s i so f x i e t a nl a n d s l i d ea r ei n f e r r e df r o mt h et e s tr e s u l t s ， c o m p a r i s o nb e t w e e nt h en u m e r i c a lc o m p u t i n gr e s u l t sa n dt h ef i e l dm o n i t o r i n gr e s u l t so f x i e t a nl a n d s l i d eh a ss h o w nt h a t 氇ep a r a m e t e r sa r er e a s o n a b l e ， 3t h em e t h o do fh o wt oc o m p u t et h ef a c t o ro fs a f e t yo fl a n d s l i d e sb yn u m e r i c a l s i m u l a t i o nh a sb e e na n a l y z e d 。b a s e d0 1 1t h ep r e s e n tm e t h o d s , a ni m p r o v e dc o m p u t i n g m e t h o di sp r o p o s e db a s e do i lt h es h e a rs t r e n g t hr e d u c t i o nt e c h n i q u e a p p l i c a t i o n so f t h en e w m e t h o di nx i e t a nl a n d s l i d e ，c o m p a r i n gw i t hr e s u l t so ft h el i m i te q u i l i b r i u mm e t h o d ，h a v e s h o w nt h a tt h em e t h o di sf e a s i b l ea n dr e a s o n a b l e 4t h es t a b i l i t ya n df a i l u r em e c h a n i s mo fx i e t a nl a n d s l i d ed u e of l u c t u a t i o no ft h e 中国科学院武汉岩土力学研究所博士后工作报告 r e s e r v o i rw a t e rh a v eb e e na n a l y z e di nd e t a i l ，u s i n gt h el i m i te q u i l i b r i u mm e t h o d ， t w o d i m e n s i o n a la n dt h r e e - d i m e n s i o n a ln u m e r i c a ls i m u l a t i o n s y n t h e t i cc o m p a r i s o nh a s s h o w nt h a t ：( 1 ) x i e t a nl a n d s l i d ec a nm a i n t a i nt h eb a s i cs t a b i l i t yd u r i n gi m p o u n d m e n to f r e s e r v o i rw a t e r ( 2 ) a n t i s l i d i n gr e s i s t a n c eo fx i e t a nl a n d s l i d ei sl o w e rd u r i n gd r a w d o w n ， d u et ot h el i m i te q u i l i b r i u ms t a t eo ft h el a n d s l i d e ( 3 ) i nv i e wo ft h el o c a lf a i l u r eo fb a n k s o i l sd u et ot h el o n gd u r i n ge r o s i o no ft h er e s e r v o i rw a t e r , t h ep r o b a b i l i t yi sh i g hf o rt h e 1 a n d s l i d et os l i po u tf r o mt h el o c a t i o no f t h ef a i l u r eb a n k k e y w o r d s ：f l u c t u a t i o no fr e s e r v o i rw a t e r , l a n d s l i d e ，l a r g ed i r e c ts h e a ra p p a r a t u s ，s l i ps o i l s c o n t a i n i n gc o s l s ep a r t i c l e s ，s h e a rs t r e n g t h ，f a c t o ro f s a f e t y 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景 本项研究主要依托国土资源部三峡库区滑坡塌岸防治专题研究专题三项目三 “典型水库型滑坡复活机制与预测案例研究”和香港r g c 项目“e f f e c t so f r e s e r v o i rl e v e l f l u c t u a t i o n so i lr e a c t i v a t i o no f l a r g e s i z e dl a n d s l i d e si nr e s e r v o i ra r e a s ”( 与香港大学合作) ， 以及国家自然科学基金面上项目“水位涨落诱发水库滑坡的机制研究”( 资助号： 5 0 2 7 9 0 5 1 ) 进行- 部分试验工作亦得到国家基础研究发展规划项目“灾害环境条件下 重大工程安全性的基础研究”( 9 7 3 ) 课题二( 资助号：2 0 0 2 c b 4 1 2 7 0 2 ) 和中科院岩土 力学重点实验室开放课题“滑带碎石土抗剪强度特性研究”( 资助号：z 0 0 0 3 0 8 ) 资助。 长江三峡工程规横宏伟，举世瞩穰，具有防洪、发电、航运等巨大的综合效益。 1 9 9 7 年1 1 月8 翻工程顺和实施大江截流。按照计划，首批机组融于2 0 0 3 年发电，全部工 程姆予2 0 0 9 年竣工。长江三峡水库总谳积1 0 8 4 - 平方子米，正常鬻水位1 7 5 米，总痒容3 9 3 亿立方米，其中防洪库容2 2 1 5 亿立方米，水电站共装机2 6 台，总装机容量1 8 2 0 万千瓦， 年平均发电爨8 4 7 亿手瓦- 时，是基翦擞器上最大的承嗽站。工程静态投资为9 0 0 9 亿元 人民币( 1 9 9 3 年5 月末价格) ，其中枢纽工程总投资5 0 0 9 亿元，移民补偿总投资4 0 0 亿元。 瀵坡、崩爆翻混爱淡是兰姣库透瓣主要外动杰地袋理象，也是蟪艨灾害的主要类 型。罔前已奄出库区两岸规模较大韵瀚滑体2 1 0 0 余处，按稳定状态估计水库蓄水至 1 7 5 米嚣，不稳定耧潜在不戆定妁糟辫俸j 1 3 0 余楚；三蛱承藤于、支滤瘁零憨- 汝5 3 0 0 公里， 蓄水船水库溻岸也将引发新的地质灾密。滑城、崩塌缎育受地区地层糟性、媳质构造 彝遗凝及其缀会关系等蔡 孛控毹，造竣了空阀势毒兹端显差菇。瘴区沿岸蘸秣归沙镇 溪一范家坪、奉节李家坝一云阳故陵镇、云阳大河沟一兴隆滩和万县城区附避等库岸 段囊滑薅发商数量最多、翳竣转稳定性遣最楚。1 9 8 2 霉鼓寒，疼区嚣簿发生穗坡、巍 塌、泥石流多达7 0 多处，规模较大的4 0 余处，捅不完垒统计，致死约4 0 0 入，损失严重a 蓦基零建设工程受蒋坡、藏嫣灾害豹魅害氇十势严重，冀中交暹工程黟城镇受灾最凳 突出。知名| j 勺新滩滑坡，历史上曾经商过多次复活滑幼，女1 1 0 2 6 年、1 5 4 2 年和1 9 8 5 年 等聱渣逡戴长江颤簸，其中1 0 2 6 年黎秘造残鞭簸2 l 每。1 9 8 2 拳鸡援子漆瑗壤江，毪罄 一度断航，磁用8 0 0 0 万元，采取在河底挖掘堆积物、淞岸压脚、滑坡寝面排水等综台 疆藏，方姨虢纾褥淡恢复。 三峡库隧地质灾密防治髓三峡工撩建设的匿要组成部分，是关系划库区群众生命 鳕产安垒秘子孙嚣栈的丈事，掰寒受戮觉霸黧家领导天静麓畿重褫。蒹予建精灾害豁 中国科学院武汉岩土力学研究所博士后工作报告 治工作的重要性，国土资源部组织科研人员开展了三峡库区滑坡塌岸防治专题研究 科研课题；其中典型水库型滑坡复活机制与预测案例研究是其子题之一，经过现 场大量勘查并结合实际情况，选定秭归县泄滩滑坡作为课题研究的实例。 1 2 国内外研究现状 童从中国塘卷光滑坡f 却意大剩瓦鼗昂水瘁媾坡发生螽，农黪潺坡趣隧怒到了水利 水电工稷界和岩土工程界的高度重视，农水库选址、可行性论证及工程运营过程中， 黠该闲题浆戡裘露硬究力凄都毫大大抽强。在大型本利拳电工程中，拳疼瀵坡，笼荬 是古老滑坡体的复活是一个普遍存在而且十分麓要的问题，如率家峡水库滑坡| 2 j 【”， 忿羊蛱窳瘁熬懋嚣滢壤秘查东瀵敬等f “，三壤王辍痒区熬宝塔淫皱、吾换：簿、溪壤、黄髓 石滑坡r 扪、鸡扒予滑坡 6 1 等。水库建成后。在库水位涨落波动作用下，这始滑坡体是否 复活、笈活豹裁霾及复溪磊运动模式与动力学l 重程无疑跫蓬褥关心静瓣怒，弱辩龟是 涌浪预测的基础。 裁承痒毽送褥言，痒东垃燮往疆发豹滑瑗笈活有两稀：一耱是求霞这裂敏感永位 鹾滑体内孔隙水压力分布达到新的平衡过程中由于土体饱和而致使斜坡士体的容重增 糯帮潜在淆动鬣上孔豫求匿力蹭大丽导致士静挠剪强凌降低所产生的淆壤；一辩是发 生在水位消落，特别是快速消落期，由于不利的地下水梯度而造成的滑坡。水位消落 对淆城笈活鹩影响主要与岩土俸酌渗透髋黧巍豫度有关 7 1 。应该承认，强箭对库永位涨 落所触发的滑坡复活和膨坡失稳，研究远欠深入，丽从滑坡岩土体物理力学参数的详 细试验研究到滑坡稳定饿的多方法综合分析，并缩舍滑坡现场已有监测数据进行分析， 由于条 牛的限制，这种系统的磺究对水瘁滑坡恧亩巨夔遥比较少。 对三蛱工稷库区内的滑坡问题，我豳在六五和七五期间开展了大量的勘察和研究， 对建坝鬻水前后一些大溅滑坡体的稳定性进行了分板和评价f 8 】【1 0 l ，认为嚣东压可能变 形剧烈的是目前稳定性较差和正在变形的较厚的松散堆积层滑坡体。 在潺坡( 边坡) 分掇中，坡体内关键部位豢土体抗夔强度参数的确定是卡分菱要 的，目前的确定方法基本有三类，即：试验研究、经验法和反分析方法】( 1 2 】。其中试 验法的续果有时由于多耱条 牛鲶限刳女鞋试糕取捞隈剁、试验方法彝设鍪的限制、试验 数量较少等而代表性差；有时尽管试验得出的数值可能是比较台理的，但由于人们的 僳守心联瑟不敢采角，必戆将茭撵为一个参考，在藏基墨爨上罴瘸较糕豹数篷；纛蠢霹 试验研究不够细致充分，缺少可靠而有力证据来证明其准确性，也是使人们不敢贸然 袋题试骏或罴懿琢毽之一。菠叛囊正将试验磅究褥塞戆撬鸷强震参数鼗穰直接瘦瘸予 域体稳定性分析的工程较少，这种情况在国内尤其明显。经验法般又分为直接类比 2 第1 章绪论 法和估算法，直接类比法主要适用于物理性质较为相近的同类土体中；而估算法则是 根据土体的强度参数与物理性质的经验关系进行估算( 包括单因素法和多因素法 等) 。有时受到试验条件的限制，利用一些已有的经验关系或类似土体的既有规律对岩 土体的强度参数进行估计也是比较有效的，但有时如果过多的依赖经验，缺乏对岩土 体特性的深入分柝，研能会造成强度参数选取与现实差距较大；丽鸯时一些类型岩 体的经验数德较少，可供参考类比的资源有限，在经验法的威用上很难把握。相比较 两言，反分撰方法正在褥到越来越广泛毂应蹋，该方法翥要先给定滑坡俸熬安全系数， 一般将滑坡假设为临界状态，即安全系数设为1 0 ，然后在此熬础上对滑面的抗剪强度 参数遴行反爨，致申母鞋看墩，由予一簸涝坡戆稳寇状态事笼无法髦较为准确戆量壤 进行评价，故该方法也存在蓿一定的缺陷，丽将滑坡体视为l 瞵界状态的做法，有时可 2 会褥窭过低的游羲抗赘强溲参数，当然，翅暴夸是够载谨攥涯明坡体确实缝予囊爨 状态，则利用反分析法是适赢的。综上所述，三种确定滑动断( 或滑带) 抗剪强度参 数豹方法都羲骞萁俊靛轰，疲该援其体豹条传选取埝警懿方法，有鲢霹毙翥爨多穆分 析方法相结合。如果滑带的取样具有较好的代表性，同时又有较为充分有力的证据说 鞠撬薅疆度试验数攒豹逶爱瞧，羹| j 遴遵试验方法亲臻定浮带主懿撬蘩强凄无疑是释 较好的方法。 大耋的潮医潆城裙承瘁窿岸浮坡都簇予吉淆玻髂复活或大鍪堆积体滑坡旧 2 躬，这 类滑坡的滑带大多有一个共同的特点，即滑带士中包含岩屑、砾石、碎石等糖粒组， 呈次棱角狭、次匿获，其含魏不一，晨砾石等粗颗粒之闻一般不直接缓齄，中闯为细 粒土所充填；细粒土的矿物成分一般为伊利祗、高岭程、绿溅石，蒙脱石等；为方便， 将上述淆带称为含繇滑带土，该类滑带土一般具有较大的厚艘。对于这类特殊滑带土 的抗翦强度特性，目前研究较少，由于滑坡的发生总是与赋存于其内的滑带士抗剪强 度有着密切关系，因此，滑带土强度与变形特性的研究，是滑坡发生发展机理、稳定 性评价与预测、滑坡防治措施研究的荧键问鼷。 滑坡中谶通的软弱夹层常常成为滑带而对滑坡的稳定性超控制作用。关于软弱夹 层或潺带的研究，目魏为止多集中予细粒粘性的抗剪强度。s k e m p t o n l 2 5 嚼究了滢坡 中粘性土的残余抗剪强度，他认为古滑坡沿融有滑动带滑动，滑带土的强度成取为残 余强痰，s k e m p t o n ( 1 9 6 4 ) 、v o i g h t ( 1 9 7 3 ) 磷究了残余强度与繁性掺数、糖粒食星的关 系，k e n n e y 研究了矿物成分对残余强度的影响，戴福初【2 6 肄对残余强度的测试方法和 影响因素进纾了详缎的努板。越终，谗多学誊f 2 7 l 嘲也透过室蠹试验、瑗绣试骏鞋及对 大量滑坡的调查统计汝料，对滑带土或软弱哭层的抗弊强度及篡参数敬值进行了研究。 3 中国科学院武汉岩土力学研究所博士后工作报告 随着微观测试技术的发展，对滑带土微观结构的研究已经引起了有关学者的重视 f 3 4 1 【3 们。 虽然针对滑坡滑带土的研究从试验、研究方法和测试技术上不断发展变化，但对 含砾滑带土的研究非常少，究其原因主要在于含砾滑带土粒度成份与分布的复杂性， 由于粗颗粒的存在，对现场取样与室内试验的要求较高，这类滑带土的存在目前还没 有引起足够的重视。关于含砾滑带土的现场与室内试验研究有限，室内试验时一般将 大于2 m m 的颗粒剔除，只研究细粒土的强度，显然，所得结果与实际相差较大。影响 含砾滑带士抗剪强度和变形机制的因素很多，如粗粒含量、粒度级配、密度、粘土矿 物成分等。关于粗粒与细粒含量及其性质对抗剪强度的影响，国内外在路堤和土石坝 粗粒土的研究中较多( 3 7 j 一【6 l 】，h e n c h e r m a r t i n ( 1 9 8 2 ) ，h e n c h e r ( 1 9 8 3 ) 分别提出了粗 粮土抗剪强度的经验公式靼理论公式。鼠多 的硬究主要集中于抗翦强度特性的影嗡鼠 豢分析，函内的研究范围较广，除了抗剪强度特性的研究外，对粗粒土的本构关系及 变形特蠼办寿深入疆究。l r f a n t y ，a n dt a n g k y 辩崩积爨潦坡俸审粗粒含量对挠鹅强 艘的影响进行了较为系统的分析研究，得出了许多有益的结论僻l a 蕊壤中应翅匏粳投移滢坡孛弱食繇浸繁虽然存在羞撼锨之楚，毽二考靛烈 很大，含砾滑带土是一种赋存于滑坡体中的天然材料，存在于一定的地威环境中，土 器壤粗羧是一秘犬工霹殴疆裁葵蛙覆熬壤筑毒葶辩，霉黉经过蕊逡夯实：二者静粒度 组成差别较大，土石坝粗粒士的敉径一般较大，缀配范围宽，常熙棱角状，含砾滑带 主鼹粒经一簸较奎，呈次棱螽、次匿软；二者豹蒸凌磅辩嚣潺繁主爨存穗蒺嚣臻鹣不 问也存在较大差异。因此，二者的抗剪强度反映特性存在定的箍别，在确定含砾滑 繁静强度对，不链篱攀麴将褪粒主羲强度蒋槛照搬至l 食砾涛带主的分毒厅串，毽在含 砾滑带土的研究中可以参考、借鉴其研究成果与缀验。 综上掰逮，瓣缁粒涝带帮主石 ； 獠粒静谤究鞍多，对含繇滑带主研究较少， 目前对其抗剪强度的取值多数依赖于工稳经验或谶彳亍参数反算，由于这炎滑带土( 或 较弱层带 广泛存在予由诞帮承簿痒岸滑坡中，对滑玻静稳定起辫控制襁作用，有宓 受根据具体的工程实例对其抗剪强度特性避行研究。 对淆被的稳定性研究，在工程实践中应爝最多的仍爝极限平衡法( l e m ) ，由于该 方法简单快捷，工程应用经验丰蜜，所以在目前滑坡( 边坡) 工娌稳定性分柢中仍占 攒着重要地位，目前仍有许多岩土工作者致力于极限平衡法的研究改进。l e m 般针对 平面应变条件下的坡体稳定性分柝，虽然鲤煎也褥一些三缝条件下故l e m 分橱，蜒出 予三维的l e m 往往有太多的限制条件，强适用于简单条件下的边坡，因此未能得誊广 4 第1 章绪论 泛应用。 随着数值计算技术的发展和计算机的普及，同时随着边坡工程中越来越多复杂问 题的出现，通过数值模拟对滑坡( 边坡) 问题进行分析逐渐得到了重视，数值模拟技 术在许多方面都有着传统的l e l d 所无法替代的优点，特别是数值分析能够得到坡体内 各个部位的应力和变形分布状况，这对于某些问题显得尤为重要，同时，能够对复杂 的问题进行分析、直接得到坡体的滑移面也是数值模拟方法的一大优势。数值分析方 法至今还未在工程中得到更多广泛的应用，多数情况下数值模拟的结果只是作为实际 工程的一个参考，究其原因，如何利用数值分析的应力变形成果对坡体的稳定性作出 评价，如象l e m 一样给出一个滑坡体综合安全系数以便与现行规范设计等相适应，是 影响其被广泛应用的一个重要因素。所以，利用已有的比较成熟的数值计算技术，通 过对滑坡( 边坡) 工程的应力变形分析，得到符合实际的安全系数，是目前许多研究 者广泛关注的一个课题。 目前，利用数值分析对边坡的稳定性进行评价有两种情况，一种是定性评价，如 通过对应力状态和变形的分析，对滑坡体的稳定状态作出定性分析，并不给出具体的 安全系数，故对于实际设计而言，缺乏一定的实用性。另一种就是定量评价，计算出 具体的安全系数，目前对安全系数的计算又有两种方法，一种是借鉴l e m 中的思想， 将计算得到的滑动面上的滑动力与滑动面具有的抗滑力之比作为坡体的安全系数，当 然这其中根据合力计算方法的不同也有不同的方法【6 3 l ，这种计算方法由于剪应力方向 的不准确性使得计算结果的可靠性降低，这在文献 6 4 1 6 5 中有较为详细的论述：另一种 计算安全系数的方法，就是强度折减法。1 9 7 5 年，z i e n k i e w i c z 等首次在土工弹塑性 有限元分析中提出了抗剪强度折减系数的概念【6 6 】，由此所确定的强度储备安全系数与 b i s h o p 在极限平衡法中所给出的稳定安全系数在概念上是一致的【6 7 】。强度折减法，就 是在外荷载不变的条件下逐渐降低岩土体的抗剪强度，直到坡体达到破坏或临界稳定 状态，定义安全系数为土的实际剪切强度与临界破坏时折减后的强度参数的比值6 8 1 。 随后，n a y l o r 【6 9 】、d o n a l d g i a m 7 叭、u g a i 7 、u g a i l e s h e h i n s k y l 7 2 1 、m a t s u ie ta 1 【7 3 】【7 4 l 、 g r i f f i t h s l a n e l 7 5 1 和d a w s o ne ta 1 1 76 】和许多学者等都应用强度折减技术对边坡的 稳定性进行了分析；国内许多学者也利用强度折减技术对边坡进行了稳定性分析，如 宋二祥、连镇营【6 8 1 、郑颖人、赵尚毅、张鲁渝【7 8 1 【8 1 1 等、葛修润、郑宏、栾茂 田【6 7 1 、邓建辉6 4 1 晡5 1 、迟世春f 9 4 】、_ 马建勋f 8 5 j 、孙伟8 6 、刘展剐等。虽然利用强度折减技 术，通过数值模拟能够得到与极限平衡法相近的结果，但在确定安全系数的具体分析 中又存在着差别。强度折减技术的一个关键问题就是如何判断坡体的临界状态，因为 5 中国科学院武汉岩土力学研究所博士后工作报告 与临界状态对应的强度折减系数可视为安全系数，故对临界状态的判别方法不同，数 值分析所得到的安全系数可能不同。目前，判断坡体是否处于临界状态一般通过三种 途径，即通过某个部位的位移变化或坡体内的广义剪应变、数值求解过程的不收敛以 及坡体中存在的塑性贯通区等。这些方法或者是不确定性较大，主观性较强，或者与 所建模型和所采用的数值分析方法关系密切，都存在着一定的局限性，本文后面的相 应章节还要对此问题作出更为详细的论述。目前，数值分析的对象多为平面应变条件 下的边坡( 滑坡) ，对三维的分析较少：采用的数值技术多限于有限元法，利用其他数 值技术的分析较少。 l 。3 课题的研究目的、意义与研究思路 泄滩滑坡作为本研究课题的实例，具有一寇的代表性，主要体现在以下两个方面： 其一，瀵滚滢较经子潮热省秭麴垂境内，跫三嫒库嚣妖江l 毒第一枣较肉秘重溪建霞 灾害之一，也是国土资源部科技司要求重点调蠢和监测的第一类滑坡 8 8 1 之一：其二， 淹滩滑坡懿潺带主由予含有一宠数量豹繇磊( 弼将萁称之为含繇淆繁主) 蔼在痒区滔 坡中很鼎有代表性，滑带土又怒控制滑坡稳定性的关键因素之一，对这类滑带土抗剪 强菠酶经豹骚究疑有较大翁实绢意义，氇是本研究靛主疆葺翡之一。 为了对泄潍滑坡的这种典型含砾滑带土抗辫强度进行研究，研制了大型现场室内 两孀壹翦仪，霹为类 瑷岩土体抗赘强发研究提供基穑。通过数德模拙辩滑坡( 边坡) 破坏变形机理和稳定性避行分析是一种很有发展潜力的方法，假限于目前安全系数求 解中存在的不确定往因索较多，与实际工程应用之间述存在着较大的差距，故在本课 题中对利用数馈模拟求勰坡体安全系数的方法作了进步的分辨研究，提出了一种薪 的求解方法，并将该方法运用劐泄滩滑坡的稳定性分析中，有髓于缩小理论与实际工 程应用之间的差距。 本研究以兰峡库送内韵典溅滑坡即泄滩滑坡作为研究案例。在对翅型含砾滑带土 抗剪强度进行练会试验研究辨蒸础上，结台数德模拟求艇潺坡( 速坡) 安全系数戆方 法研究，对库迸滑坡在阵水涨落作用下的应力变形机制进行分析，从极限平衡到数值 模拟，从平瑟成变到三维空阉，通过多晕孛分板方法的综合对毙，对潺坡豹稳定状态发 展趋势和变形滑移机制进行评价预测；同时通过与现场般测数据的对比，验证数值模 羧方法灰瀑坡分辑孛鸯效性。零醭究注篷试验奄数壤摸熬、理论与实戥豹结合，逶过 典型滑坡案例的具体分析，展示了滑坡分析的一种典型研究方法和过程，得到的些 霹究结论蠢成栗氇具毒整速意义，这些都会秀类秧潺瑗豹骚究鬟揆重要的参考和徭鏊 有意义；随着高山峡谷她区的交通建设以及许多大型水库的陆续兴建和运行，必将会 6 第1 章绪论 遇到大量的古滑坡体和大型堆积体滑坡的稳定性问题，本项课题的研究成果对这类滑 坡的研究具有重要的参考价值，在推动理论与实践的发展过程中起到一定的积极作用。 根据上述研究目的，本文的研究思路可概括如下： 基于对含砾滑带土抗剪强度研究的需要，研制了大型现场室内两用直剪仪，并对 该大剪仪进行测试研究，以检验其适用性； 游带土是影响滑坡稳定憾分析的关键因素之一，目前对泄潍滑坡这类典型含砾滑 带土抗剪强度特性的研究较少，为此，对含砾滑带土的抗剪强度进行了综合试验研究， 在对箕抗剪强发特性分析的基础上，掇到了泄潍滑坡现场溽带的抗剪强度参数； 在对具体的滑坡避行稳定性分析之前，对剩用数值模拟求解滑坡( 边坡) 安全系 数的方法进弦了详细分辑研究，针对其中的誉足提出萋孛耨的求鲟滑坡( 边坡) 安全 系数的方法，具体的计算结果表明该方法是合理可行的； 在上述试验与稳悫性分掇方法硬究成果黪基础上。对淫潍滢坡在簿本涨藜接雳下 的稳定性和应力变形机理进行了分析，分别刹用二维极限平糍法、二维数值模拟和三 维数褒模熬聪懑瑗斡稳定性送行疆竞，透过不同方法之闻照综合对比，在薅瀵潍溪缓 稳定状态和变形破坏机制进行评价预测的同时，也对不同的稳定性分析方法的适用性 遂行了探讨。 凝后对本文主要的研究结论和成果进行了阐述，同时指出了需要进一步研究的问 题。 7 中国科学院武汉岩土力学研究所博士后工作报告 第2 章泄滩滑坡地质勘查与地质模型 为进一步勘查滑坡体的地层结构、滑动面的深度、形态及空间变化，结合原有地质 勘查资料及监测孔布置需要，对泄滩滑坡体共计完成了5 个地质钻孔，1 9 7 5 3 m 的补充 地质勘查l ”】。根据补充地质勘察资料，并结合原泄滩滑坡工程地质勘查报告与现场实际 调查及监测资料的分析，对泄滩滑坡地质模型进行描述。 2 1 地形地貌 泄潍滑坡位予潮北镶秭归县境内，是泄滩乡臌乡政府及乡中学所在然。其地瑷位置 为东经1 1 0 。3 5 4 0 ”，北纬3 1 。o o 3 0 ”( x = 3 4 3 0 0 0 0 ，y = 1 9 4 6 1 0 0 0 ) 。其下游距三峡 工程大坝埂址3 6 公里，上游距融东县掰县城3 2 公里( 见圉2 1 ，孳l 垂泄潍漕坡工程 地质勘蠢报告) 。 寥 繇l l l 。矿 3 l 。 兴山 ，一日 2 0 。 商阳苛黄粮“ 酞奄号芦 一+ h 轿4 一j 茹超 。 、她 平带攒l - 督， ；! j= 贾弋遍f f 锈憨，3 0 。 。器： i l 艇地二1 。l 。0 + 潮2 。i 澄滩淆玻交遴位置图 滑坡区属侵馊构造巾山、低山地貌。由于长江鸯殛疑东横贳秭j 毽全壤，地势总体上 墨南北商，中部沿江一线低的特点。另外，组成秭归盆地的地层主要为徕罗系砂掰岩及 鬈 第2 章泄滩滑坡地质勘查与地质模型 三迭系中统巴东组( t 2 b ) 砂岩、泥灰岩等半坚硬岩类组成，滑坡区基本上为河谷开阔， 山势低缓、阶地发育的宽缓“v ”字型河谷地貌，长江江面宽3 0 0 4 0 0 m ，两侧第一斜坡 平均坡度一般2 0 一3 0 。，高者可达3 5 。，局部可达4 5 。 图2 2 泄滩滑坡地形图 泄滩滑坡位于长江北岸第一斜坡上，斜坡总体坡向$ 2 0 。w ，平均坡角2 2 。，横向 呈凹形，斜坡结构类型为逆向坡。滑坡平面上呈长条形，前缘舌部伸入长江，堆积物多 推入长江中，高程8 0 m ，后缘以陡缓坡交汇处为界，后缘高程3 8 0 m 。滑坡两侧边界基本 以两侧小山脊坡脚处为界线。滑坡纵长8 0 0 m ，前缘横宽4 4 0 m ，中部宽2 4 0 m ，后部宽1 8 0 m ， 平均宽2 6 0 m ，厚1 5 4 2 m ，平均厚3 0 m ，滑坡面积2 0 8 万m 2 ，总规模6 2 4 万立方米。滑 9 中国科学院武汉岩土力学研究所博士后工作报告 坡中后部主滑方向5 3 0 。w 至中前部后转为$ 2 0 。w 。泄滩滑坡的地形图见图2 ，2 所示。 据地面测绘资料，结合滑坡体微地貌特征分析，泄滩滑坡大体上由舌部滑坡堆积物、 前缘滑坡平台( 简称镇政府平台或1 # 平台) ，滑坡中前部平台( 简称学校平台或2 # 平 台) 、滑坡中部平台( 汪家湾平台或3 # 平台) 及滑坡后缘平台( 简称水池平台或4 h 平 台) 及滑坡平台之间的较陡斜坡过渡带组成。 2 2 工程地质条件 从地质构造来看，泄滩滑坡位于走向近东西向百福坪背斜北翼与秭归盆地( 向斜) 边缘交汇的长江北岸逆向斜坡上，滑坡区未见较大的断裂、皱褶发育，总体呈单斜构造 ( 图2 3 ，引自泄滩滑坡工程地质勘查报告) 。滑坡区地层自新到老共分第四系松 散堆积层( q ) ，侏罗系中统聂家山组( l n ) ，下统桐竹崮组( j 。t ) ，三迭系上统沙镇 溪组( t ，s ) 、中统巴东组( t 2 b ) 。 囤2 3 世潍滑坡赝处构造部位剖面示意镯 泄滩滑坡坡体按物质成分和透水性大致可分为5 层：耕植土层、碎块石土层、滑带、 滑坡影响带和基岩。各地层成分、结构特征及分布分述如下。 表层耕植土层：主要为黄褐色、灰黄色以及紫红色的粉赝粘土夹砰块石，土石比一 般为7 ：3 9 ：l ，粉质粘土呈可塑状态，碎块石成分主要为砂岩、糟砂岩，棱角至次棱角状 直径1 0 4 0 0 】i 】i h 不等。该层受人类活动影响大，透水性较差。 碎块石土层：主要为灰绿色、浅黄色、紫红色的碎块石土，土石比在不同部位差别 1 0 第2 章泄滩滑坡地质勘查与地质模型 较大，从7 ：3n 2 ：8 不等，某些部位主要以粘土为主，而某些部位又主要以碎块石为主。 土体为可塑状粘土和粉质粘土，碎石成分以粉砂岩、砂岩、粉砂质泥岩为主，棱角至次 棱角状，块径大小混杂，无分选。该该层结构松散，透水性较好，钻进过程中漏水、垮 孔严重。 滑带：主要为灰黑色、紫红色角砾土，土石l t 6 ：4 8 ：2 。土体为粘土及粉质粘土， 呈可塑状；角砾成份有泥灰岩、紫红色粉砂岩、石英砂岩及炭质页岩、泥岩等，呈次棱 角状、次圆状。该层结构致密，透水性微弱。 滑坡影响带：为结构密实的碎石土，土石比6 ：4 4 ：6 ，碎石成分以页岩、粉细砂 岩和泥岩为主，具有一定的磨圆度：主要集中在滑坡前缘。 基岩：滑坡前缘一带基岩为紫红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及灰、深灰色灰岩、泥 灰岩岩芯多呈柱状，岩体完整性较好，r q d = 2 5 4 9 9 ，层面清晰，倾角2 5 。一3 0 。； 滑坡中前部至汪家湾一带，基岩为灰白色粉细砂岩、石英砂岩夹薄层灰白、浅绿色泥页 岩，灰黑薄层炭质页岩组成，岩芯多呈5 - 2 0 c m 柱状( 完整性较好，r q d = 2 6 4 3 ) ，层面 清晰，倾角2 0 2 5 。；汪家湾以北的滑坡后部，基岩为粉砂质泥岩、泥质粉细砂岩。 在平硐9 3 1 0 4 m 处可见一套完整的滑坡一滑带一滑动影响带一完整基岩滑床断面 ( 图2 4 ，引白泄滩滑坡工程地质勘查报告) 。 爨2 ap 1 礴深9 3 1 0 5 m 段嚣能壁聂承黧 精体嘏绿、赦黄色莽酶精土 滑带；炭熏、浅红色釉髋土夹角砾，产状n “v s w l 2 z 搏动髟响鞲m s ) ：砂喾、糟砂鞋为盎，破碎觅糖晨与，? l 裂骣聋，犬体里屡状，风化强烈 声冒t 髯妊i t s w a i 国辨乐灌嚣：盘繁耪静袋，产掣蠛3 5 f h l l 2 7 璐鹱 2 3 水文逢覆特征 淤潍滑坡坡体内地下水赋存介质主要有砂卷( 裂隙) 含水分质及第鳃系松散堆积物 ( 孔隙) 含水介质两种。滑玻蕊岩地层中，中一粗粒砂岩，长石石英砂岩裂隙发育，岩 露较破垮，具裂踩含水蠼，丽瓣岩、泥矮粉砂裟及煤屡等构成送瘫基岩援对疆承层，形 成砂岩裂隙水。该含水层地下水富水性蹙裂隙产状( 包括层面裂隙) 及规模制约，接受 中国科学院武汉岩土力学研究所博士后工作报告 大气降雨补给，主要向坡下排泄补给长江。第四系松散堆积物由崩坡积、坡残积及滑坡 堆积碎块石土组成，松散，孔隙发育，接受大气降雨补给，形成松散堆积层孔隙水。下 伏基岩接触界面及滑带相对隔水。该层透水性良好，但不均一，其富水程度及特征取决 于堆积物结构、孔隙发育情况，排泄受地形控制，多以泉点形式排泄，具迳流途径短， 排泄迅速的特点。地下水流量受季节性降雨量的控制明显，动态极不稳定。 滑坡堆积体的透水性因物质组成、结构特征不同而表现出差异性。表层耕植土层土 粒含量较大，透水性较差：滑体多由碎石土、块石土组成属强一中等透水层；滑带粘 性土含量较高，岩性为角砾土，透水性微弱；滑带以下滑坡影响带因裂隙发育，岩体较 破碎，钻进过程中，孔口不返水，说明其透水性强。 滑坡睡无统一的地下水位，局部存在上层滞承，漏带为上层滞水的隔水平台。上层 滞水埋深跟隔水磁的分布位置有关，一般数米至3 0 米。砂岩裂隙水多与长江水位商水 力联系。瀵潍、捧坡蟾下水蔓要接受大气降农 绘，迢渡方建总体颞坡渡动，主要豁采匏 形式排泄。 2 4 建整概纯摸赞 零4 鬟铽孔岩蕊精确定使滑动瑟位置存在匿难，主要原爨是堆积层港坡的形成过程中 可能形成多个土禽量相对较高的带，部分带的分布甚至是髑部的和不连续的；勘探照水 导致滑势韶健岩蕊蛇采取零偏纛。勘察援蒗虽然建议港繁粼谴使飕无农链遴，但是键送 过程中有时很难判断是否融经接j 垃滑带部傻，同时滑带鉴嫩也依赖于现场地质工程师的 经验。扶瀵潍潺坡毽兹熬簸溅残鬃来看实黪潘动嚣经置与圭l 囊蔟判叛之阕存在差距。鼓浮 坡体前缘勘探平硐口为例。平硐口为一小块平地，挺施工勘测孔3 个，测斜孔z k 6 ，水 位溪爨孔z k 8 窝渗匿褒测疑z k l 4 。三个镰琵鹭掭示该部位存在双层漆带，毽是奁涤凄 判断上存在一定麓距( 见寝2 1 ) 。从蓄水期间z k 6 孔的燮形观测成果来看，该部位只 移在个潺蒂，潆凄3 0 融3 3 + 0 m 。除z k l 4 魏戆潜带l 之努，在淆带的数爨帮涤壤澍薪 上均存在失误。 疆据遗潍漕缓蘸工程魂震动蠢报告与耱充遮葳渤查藏聚，两辩结合钻魏柱获謦移蕊 蒯资料的分析，泄滩滑坡的地层结构在垂赢方向上丈致可以划分为5 层： 1 ) 袋层，霹度2 娟m ： 2 ) 滑坡体碎石土层； 3 ) 淆带层，浮度o 5 3 0 m ，平均厚箴2 0 m ； 4 ) 潍坡影响带。主赘分布于滑坡体的前缘，厚度分布不均