三峡库区消落带滑坡灾害引发生态环境问题的研究进展

【目的】分析三峡库区消落带滑坡灾害形成机制、崩解特性和破坏机理以及土壤污染问题研究现状的分析,指出当前研究的不足并提出展望性建议。【方法】查阅相关文献,分析当前研究进展与趋势。【结果】三峡库区岸坡经库水位升降、降雨或长期风化作用形成层状碎裂岩体结构;库水位在消落带之间反复升降,消落带泥岩处于周期性“干湿”交替环境中,泥岩内部部分可溶物质溶解,胶结作用降低,裂隙逐渐扩展,导致崩解;在库水位变化过程中,滑坡体涉及饱和-非饱和的相互转化过程,进而影响滑坡岩土体强度、局部孔隙水压力,最终引发滑坡灾害;消落带滑坡灾害引发了坡内土壤重金属含量总体呈现库区上游及下游较高、库区中游较低的空间格局,土壤处于轻度污染等级,进而促使消落带区域内土壤有机污染对库区下游生态环境具有潜在的生态风险;消落带植物的种类因水位的涨落而出现较大幅度的降低,其中草本植物占极大优势。【结论】三峡库区消落带滑坡灾害研究不够系统,对滑坡形成机制、崩解特性和破坏机理还需进一步研究;消落带土壤的侵蚀、理化性质的变化与地质灾害的关联性研究不充分;消落带滑坡区域内导致的土壤污染的研究多为现状调查,早期研究未形成权威可靠的参考背景值,导致...     

水库岸坡地质灾害研究现状与趋势

水库岸坡地质灾害防灾减灾是库区生态环境尤其是地质环境保护的重要科学问题,通过对国内外研究文献的查阅分析并结合多年在三峡库区的研究实践,将水库岸坡地质灾害研究现状概化为水库岸坡稳定性变化、破坏机制、库岸再造预测方法等3方面,系统梳理了每个方面的研究情况。结果发现国内外学者高度重视库水位降落对岸坡稳定性与变形破坏特性的影响机制研究,基于卡秋金法提出了多个库岸再造预测新方法,但在库水位多旋回变动对岸坡作用、库水位周期性浸泡劣化岩土物理力学特性、类土质岸坡等方面研究不多。指出了水库岸坡地质灾害进一步研究应予以高度重视的3个方向,即水库岸坡地质环境效应、类土质岸坡变形与破坏和库岸地质灾害治理新技术新方法。
     

三峡库区类土质岸坡破坏机制研究——以巫山县江东寺岸坡为例

2015年6月24日，重庆市巫山县发生江东寺岸坡垮塌事件，造成人员伤亡、财产损失，社会影响较大。针对江东寺类土质岸坡垮塌事件，介绍了岸坡灾情，解译了江东寺滑坡破坏的库水位上升浸泡软化、库水位下降渗流驱动力、降雨入渗劣化等3个诱发机制。结果显示：库水位上升浸泡软化降低了滑体、滑面物理力学参数，在岸坡坡脚形成软化区；库水位下降渗流驱动力增加了顺坡向的下滑力；降雨入渗进一步降低滑体、滑面物理力学参数，增大渗透力和浮托力。3种诱发机制的联合作用是导致江东寺岸坡垮塌的原因。采用PFC2D对江东寺岸坡进行数值模拟发现，库水位上升对类土质土体具有劣化作用；145 m水位处的滑坡破坏运动速度最大，达0.59 m·s-1，岸坡破坏具有突发性。数值模拟破坏过程与现场监测数据吻合。
     

类土质岸坡雪崩式破坏机制研究——以三峡库区龚家方岸坡为例

【目的】水库岸坡破坏机制是库岸地质减灾的重要科学问题。【方法】以三峡库区龚家方岸坡为例,采用现场勘查和模型实验方法,探讨类土质岸坡破坏机制问题。【结果】现场勘查结果表明,类土质岸坡破坏的地质基础包括两方面:一是岸坡由灰岩、泥灰岩、白云岩、页岩、片麻岩、板岩等并富含蒙脱石和伊利石亲水性矿物的碎裂岩体组成;二是岸坡卸荷作用强烈,卸荷结构面岩桥区段是岸坡破坏的关键环节。模型实验结果表明,类土体渗透性良好,水库蓄水初期库水进入岸坡后地下水在类土体空隙内产生明显的紊流作用,孔隙水压力波动特征明显。【结论】水库蓄水浸泡条件下岸坡卸荷结构面岩桥区段抗剪强度参数劣化作用和水库蓄水初期岸坡内孔隙水压力波动作用是类土质岸坡发生雪崩式破坏的物 理机制。
     

不同渗透性的港口岸坡虹吸排水技术实验研究

港口水位波动或岸坡地下水力学作用将是港口岸坡变形破坏的诱发因素,在一定条件下,对岸坡的稳定起决定作用.本文重点研究岸坡地下水位与港口水位同步降落的排水降压控制技术,以期在港口水位升降过程中,保障港口岸坡的稳定性.     

库水位循环下岸坡-桥梁桩基相互作用致损机理

库水位循环作用下,库岸边坡岩土体物理力学性质劣化,引起岸坡变形、滑移,将对桥梁基础、桥墩及上部结构产生不同程度损伤,甚至会导致桥梁上部结构落梁、垮塌。针对重庆万州长江二桥库岸边坡失稳致灾问题,采用FEM-SPH(finite element method-smoothed particle hydrodynamics)转换耦合算法建立了岸坡-桥梁三维有限元模型,结合桥位处地质勘测数据模拟了变动水位条件下岸坡变形、滑移、失稳全过程,揭示了岸坡滑移与桥梁桩基相互作用机理,研究了桥墩偏位规律及下部结构失效模式。结果表明：以滑动带有限元网格悉数转换为SPH(smoothed particle hydrodynamics)粒子作为岸坡失稳判据,FEM-SPH转换耦合算法能够更直观、准确地模拟库岸边坡从变形、滑移至失稳全过程;桥位处岸坡将在第16、20次水位升降循环过程中发生失稳破坏;随着岸坡变形、滑移、失稳演化,桥墩偏位呈“缓增-激增”的变化趋势;岸坡发生第2次失稳时,桩基础在土-岩交界面上部发生剪切破坏,破坏面与水平面夹角约为60°。     

三峡库区消落带滑坡稳定性分析中的力学问题

针对三峡库区消落带特殊的地质环境,在系统分析作用于滑坡体上的力系以及滑坡体受力状态随库水位变化而变化的规律的基础上,研究了水库消落带库水位周期性变化对岩石变形特性演化规律的影响,提出了旱季（天然状态）、雨季（暴雨或长期降雨状态）、旱季＋175m库水位、雨季＋175m库水位、旱季＋地震、雨季＋地震、旱季＋175m库水位＋地震、雨季＋175m库水位＋地震、旱季＋库水位由175m下降至145m、雨季＋库水位由175m下降至145m等10种典型计算工况及其相应的作用荷载体系,建立了三峡库区水库消落带滑坡稳定性分析评价方法。其研究成果为探索处于三峡库区水库消落带地质环境的稳定性分析评价方法和确定三峡库区库岸边坡整治工程设计方案奠定了基础。     

水库岸坡岩体渗透变形的预测预报方法——自适应时间序列研究

研究了库岸边坡岩体渗透变形的动力学机制,并根据多参数的随机变化规律,建立了非线性ＣＡＲ模型,通过分析实例,提出了库水位影响下水库岸坡岩体渗透变形的自适应时间序列控制原理和预测预报方法     

水库岸坡排水降压模拟研究

库水位骤降对造地型填土岸坡渗流及稳定性具有重要影响,该文通过geo-studio模拟软件对巫山宁江岛岸坡进行排水管设置的数值分析研究,提出了水位骤降下的填土体岸坡与护岸结构的同步排水技术,通过模拟发现在靠近岸坡底部设排水管,排水降压效果更明显,利于降低岸坡体内因水位骤降而产生的强大渗透力,并最终分析得到在设计工程中可以采用"下密上疏"的布置原则设置排水管,为岩土减灾的科学发展及社会经济建设安全研究提供了重要的参考价值.     

降雨及库水升降作用下地下水浸润线简化求解

降雨及库水的升降作用对边坡中地下水位的波动有直接影响,对此目前还没有较好的简便评价方法.为此,根据布西涅斯克潜水非稳定运动的基本微分方程,依据一定假设条件,通过拉普拉斯正变换和逆变换,求得了降雨及库水升降作用下土质岸坡坡体内浸润线预测的简化公式.该公式考虑了渗透系数、升降速度、给水度、含水层厚度、水位变幅及降雨强度的影响.同时,利用3D-Modflow程序进行了验证分析,结果显示该公式是可行的.     

漭街渡大桥边坡稳定性及基础方案的设计与分析

为确定处于超深、超高水库淹没区的漭街渡大桥基础方案,在系统分析桥位岸坡变形失稳机制的基础上,通过对因为水位升降导致不同工况条件下的岸坡稳定性分析评价,对大桥的基础设计提出了原则建议.经漭街渡大桥的工程实例表明:详细准确地分析淹没区桥位岸坡在水位升降变动条件下的稳定性,应成为确定库岸梁桥基础设计的主要依据.     

水库岸坡地质灾害研究现状与趋势

水库岸坡地质灾害防灾减灾是库区生态环境尤其是地质环境保护的重要科学问题,通过对国内外研究文献的查阅分析并结合多年在三峡库区的研究实践,将水库岸坡地质灾害研究现状概化为水库岸坡稳定性变化、破坏机制、库岸再造预测方法等3方面,系统梳理了每个方面的研究情况。结果发现国内外学者高度重视库水位降落对岸坡稳定性与变形破坏特性的影响机制研究,基于卡秋金法提出了多个库岸再造预测新方法,但在库水位多旋回变动对岸坡作用、库水位周期性浸泡劣化岩土物理力学特性、类土质岸坡等方面研究不多。指出了水库岸坡地质灾害进一步研究应予以高度重视的3个方向,即水库岸坡地质环境效应、类土质岸坡变形与破坏和库岸地质灾害治理新技术新方法。     

涉水岸坡稳定性分析相关问题的研究

大中型水库的兴建形成了大量的涉水岸坡,库水水位的波动将对这些岸坡的稳定性产生影响,可能诱发滑坡甚至形成地质灾害,也将引起岸坡体内地下水的非稳态渗流,因此其稳定性分析变得十分复杂.文章通过实际算例,并结合有限元强度折减法,分析了影响涉水岸坡稳定性的因素,结果表明,有限元边界范围、渗流方向对涉水岸坡的稳定性有明显的影响;概化浸润面位置的差异是造成稳定性分析误差的主要原因.     

三峡库区类土质岸坡破坏机制研究——以巫山县江东寺岸坡为例

2015年6月24日,重庆市巫山县发生江东寺岸坡垮塌事件,造成人员伤亡、财产损失,社会影响较大。针对江东寺类土质岸坡垮塌事件,介绍了岸坡灾情,解译了江东寺滑坡破坏的库水位上升浸泡软化、库水位下降渗流驱动力、降雨入渗劣化等3个诱发机制。结果显示:库水位上升浸泡软化降低了滑体、滑面物理力学参数,在岸坡坡脚形成软化区;库水位下降渗流驱动力增加了顺坡向的下滑力;降雨入渗进一步降低滑体、滑面物理力学参数,增大渗透力和浮托力。3种诱发机制的联合作用是导致江东寺岸坡垮塌的原因。采用PFC2D对江东寺岸坡进行数值模拟发现,库水位上升对类土质土体具有劣化作用;145m水位处的滑坡破坏运动速度最大,达0.59m·s-1,岸坡破坏具有突发性。数值模拟破坏过程与现场监测数据吻合。     

某含软弱夹层顺层岸坡应力位移特征数值模拟

以三峡库区某含软弱夹层顺层岸坡为例,通过三维有限元数值模拟,研究未蓄水和蓄水至175 m高程时,软弱夹层对岸坡岩体应力、位移的影响以及软弱夹层的位移特征.数值模拟结果表明:1)库区蓄水至175m时,该岸坡岩体水平方向位移增大0.097～0.005 m,竖向位移增大0.055～0.025 m;2)由外向里,岸坡4层软弱夹层的水平方向最大位移分别增大0.099 m、0.097 m、0.092 m和0.075 m,竖向最大位移分别增大0.080 m、0.079 m、0.071 m和0.057 m;3)第四层软弱夹层以外的岸坡岩体变形较协调,这一软弱夹层是岸坡潜在的最危险的破坏面;4)岸坡沿不同软弱夹层破坏时的最危险剪出高程分别在145.0 m、125.0 m、101.5 m和101.5 m附近.     

库水位骤降情况下均质库岸边坡稳定性分析

大坝建成蓄水之后,由于水位的抬高,引起边坡地下水渗流状态发生较大的改变,并有可能引发滑坡等岩土工程失稳现象的发生。本文采用GEO-SLOPE及SEEP/W耦合分析了岸坡在水位骤降情况下岸坡内的渗流场分布以及安全系数的变化。结果表明:在水位骤降的过程中,岸坡体产生了向临空面渗透;库水位骤降过程中,安全系数快速减小,当水位下降到最低水位保持不变时,上游岸坡安全系数出现了随时间逐渐增加的趋势。     

库水位升降变化对巫山宁江岛造地型护岸工程稳定性影响的数值模拟研究

宁江岛是一个以库岸防护为主兼顾土地资源开发利用并具有重要景观价值的水库护岸工程,其稳定性受库水位升降影响较大,研究运用Geo-studio数值分析软件进行了4种不同速率下的水位升降影响下的渗流场及稳定性变化规律模拟,模拟结果表明:随着库水位的上升,岸坡稳定性有所增强,当水位上升速度从0.5m/d增加至6m/d时,其稳定系数也相应地从1.264增至1.702;相反水位下降时,随着下降速度的增加,稳定系数从0.849降至0.604,岸坡越容易发生失稳。同时,库水位升降过程中,岸坡体内浸润线总要滞后于库水位,且涨落速度越大时,这种滞后效应越明显。数值模拟结果科学地揭示了不同水位升降情况下对岸坡稳定性及渗流面的影响规律,模拟结果与实际相吻合。     

水库蓄水裂隙岸坡断裂损伤分析

基于能量原理,用初始损伤张量和裂纹扩展附加损伤张量描述裂隙岸坡水-岩作用下的损伤演化过程,得到裂隙岩体在考虑渗透压作用下的本构关系与损伤演化方程,探讨渗透压作用下裂隙损伤效应对渗透张量的影响,建立裂隙岩体渗流场与损伤场耦合的分析模型.在此基础上,以水库蓄水期库区裂隙岸坡为例,进行渗流—损伤—断裂耦合分析.研究结果表明:随着蓄水深度的提高,断层及岸坡损伤范围扩大,相对损伤增加,x方向的渗透系数k随着水深增大而不断增大,所得结果可为岸坡的治理提供依据.     

干湿交替中砂岩强度与波速关系的试验研究

库水周期性干湿循环作用使得库岸边坡消落带岩土体的强度发生劣化,当劣化发展到一定程度的时候就可能会引起岸坡失稳.不同类型的岩土体遇水后,其强度劣化程度因岩土体的岩性不同而不同.本文以两种不同矿物成份的砂岩为研究对象,进行室内超声波测试、单轴抗压试验,探讨干湿循环作用下其强度劣化情况以及强度与纵波波速之间的相关关系.试验结果表明：干湿循环作用下砂岩的纵波波速与单轴抗压强度有很好的对应关系.Ⅰ号砂岩遇水后,波速与强度均有相应的大幅度衰减,多次干湿循环之后,波速与强度趋于平稳;Ⅱ号砂岩在经历多次干湿循环之后,波速与强度均未发生显著的劣化.     

库水升降作用下高陡岩质边坡稳定性分析研究

为有效分析库水升降作用下库岸边坡稳定性,以三山岛金矿的仓上露天坑尾矿库高陡岩质边坡为依托背景,选取库岸边坡岩样分别进行自然状态下和不同“饱水-失水”循环次数下的单轴抗拉强度试验、单轴抗压强度试验。考虑“饱水-失水”循环对岩石的损伤影响,在广义Hoek-Brown强度准则的基础上,引入了“饱水-失水”循环作用后岩石单轴抗压强度累积损伤率,对Hoek-Brown强度准则进行了改进,确定了库岸边坡的岩体力学参数。以此为基础,利用FLAC3D数值分析软件对库岸边坡进行稳定性分析研究。结果表明：库水升降作用对库岸边坡岩体物理力学性质的损伤作用十分明显,随库水升降循环次数的增多,库岸边坡岩体力学参数不断劣化。数值模拟监测情况与实际工程的位移监测数据对比分析整体误差较小,证明岩体力学参数计算的可靠性,以此为基础计算得库岸边坡将在经历30次“饱水-失水”循环作用后最终破坏失稳。其所得结论能够为类似边坡工程的稳定性分析提供参考与指导。