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基于数值模拟对三峡库区某涉水滑坡的地下水渗流及稳定性分析
摘要:本文以上安坪滑坡为研究对象,通过数值模拟的方法,运用geo-slope边坡分析软件演算不同库水位下滑坡地下水渗流规律及稳定性系数,进一步分析库水位升降对该滑坡稳定性的影响。结果表明,上安坪滑坡整体处于基本稳定状态,库水位的升降主要影响滑坡前缘,其日降幅提高对该滑坡稳定性影响较小,但在库水位下降过程中,库水位下降速率越大,滑坡稳定性相对越差。
关键词:滑坡;库水位;数值模拟;地下水渗流;稳定性;
中图分类号:P642.22文献标志码:A
1、前言
三峡库区已经成为我国地质灾害高易发区之一,自库区内开始试验性蓄水以来,水库内可形成近30m的水位涨落,造成库区内大量滑坡的变形失稳,库区内地质灾害防治面临挑战。
本文以上安坪滑坡为研究对象,通过数值模拟的方法,运用geo-slope边坡稳定性分析软件演算不同库水位下滑坡稳定性系数,研究不同水位高度条件下滑坡稳定性状况及其地下水随库水位变动的趋势。
2、滑坡概况
上安坪滑坡位于重庆市巫山县巫峡乡平安村2组,长江右岸斜坡地带。滑坡左右两侧以冲沟为界,后缘以光滑陡壁为界,滑坡前缘紧邻长江。滑坡体前缘高程130m,后缘高程264m,高差134m。滑坡体主滑方向355°,长约300m,宽约270m,平均厚度20m,平面上呈舌形,剖面为凸状,总体积约162×104m3,属大型滑坡。
3、滑坡成因机制分析
调查分析推断该滑坡属于倾倒-拉裂破坏模式,在早期构造应力作用下,斜坡岩体节理裂隙发育,加之库水不断下切、侵蚀,大气降雨入渗软化、冲刷作用,致使斜坡前缘岩体最先沿着控滑面产生变形,后部岩体在失去前缘岩体支撑后逐级发生倾倒变形从而形成滑坡堆积体。并在后期地质营力、人类活动改造下逐渐形成了现地貌特征。
4、滑坡地下水渗流及稳定性分析
本文采用geo-slope边坡分析软件计算上安坪滑坡的地下水渗流及稳定性,分别采用饱和-非饱和流动、瑞典条分法等计算方法。
4.1模型及参数
结合已有勘查资料,选取典型I-I剖面建立滑坡二维计算模型,在模型计算中采用指定滑面进行计算,确定滑坡的稳定性。
渗流分析计算是采用有限元方法,需要对模型进行网格化,网格化应具有针对性和协调性。选择水位145m、156m、175m作为代表性水位。
在滑坡稳定性计算中,岩土体的物理力学参数选择依据主要为试验数值,同时辅助工程类比法和反演分析法,滑体岩土力学参数分别为重度20KN/m3、粘聚力(C)37.3Kpa、内摩擦角(Ф)37.5°、饱和渗透性系数1.45m/d;
4.2工况及计算
由于降雨、库水位的变化是上安坪滑坡的主要诱发因素,因此计算工况主要分为非降雨情况下库水位升降工况和降雨情况下库水位升降工况。
基于渗流理论和几何模型以及相关参数,不同库水位变化速率升降下的渗流分析,在库水位升降和暴雨条件下渗流分析结果见图1。
通过对该模型进行计算得出滑坡在不同水位下的稳定性状况,图1为滑坡沿指定滑面滑动的计算结果图,其稳定性系数见表1。
4.3 计算结果分析
(1)库水位的升降主要影响滑坡前缘。库水位从低水位上升到高水位时,水体由滑坡体外向内入渗,滑坡体内的饱和流场是向内凹的,直至稳定后变得比较平缓;库水位从高水位下降到低水位时,水体由滑坡体内向外排泄,滑坡体内的饱和流场是向外凸的,但是滑坡体渗透性较好,外凸不是很明显,有一定的滞后现象,待稳定后变得也较平缓。
(2)库水对滑坡稳定性有一定影响:库水位在175m-145m段滑坡的稳定性系数表现出下降的趋势,其中159m-145m段稳定性系数下降速率比175m-159m大,即库水位下降速率越大,该滑坡稳定性下降幅度越大;当库水位在145m稳态过程中,滑坡的稳定性呈逐渐上升趋势;库水位在145m-175m上升段,滑坡的整体稳定性逐渐上升;在175m稳态过程中,稳定性系数先下降然后保持稳定状态。
(3)持续三日降雨对滑坡也有一定的影响,但对其稳定性影响不大:从表中可以看出,天然工况下的稳定性系数和降雨工况下的稳定性系数差别不大。
(4)从分析结果看:在上述各工况下,滑坡稳定性系数都大于1.00,稳定性都较好;当库水从159m下降至145m时刻(下降速率1.2m/d)+暴雨(降雨强度60mm/d)时,该滑坡稳定性降至最低,稳定性系数为1.089,处于基本稳定状态
5、结论
(1)该滑坡目前整体处于基本稳定状态。
(2)通过Geo-Studio软件SEEP/W模块模拟了库水位降幅增加条件下的渗流场及变化过程,可见相对现今库水位变幅,降幅增加后,水力梯度有一定提升,幅度较小。并通过SLOPE/W模块计算可知,日降幅提高对滑坡稳定性影响较小。
(3)在库水位下降过程中,库水位下降速率越大,滑坡稳定性相对越差。在各研究工况下滑坡的整体稳定性都大于1.00,处于稳定状态;当库水从159m下降至145m时刻(下降速率1.2m/d)+暴雨(降雨强度60mm/d)时,上安坪滑坡稳定性降至最低,稳定性系数为1.089,仍处于基本稳定状态。
参考文献
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