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。
     

三峡水库泄水期间类土质岸坡渗流驱动压剪破坏机制研究

基于水库水位降落期间渗流驱动力对类土质岸坡的压剪作用,建立了类土质岸坡渗流驱动压剪力学模型,改进了水库水位降落期间渗流驱动力的计算方法,提出了渗流驱动压剪破坏判据。以三峡水库青石岸坡为例,渗流驱动压剪破坏机制可以解释青石岸坡水位降落期间的破坏现象。此外还探讨了水库水位降落速度、时间以及初始水位高度对渗流驱动力与岸坡稳定性的影响,并得出如下结论:渗流驱动力随水库水位降落速度的增加而非线性增大;渗流驱动力随初始水位高度增加呈现为线性降低的趋势;青石岸坡稳定系数不随水位降落速度、水位降落时间的变化而变化。
     

类土质岸坡渗流稳定性的修正传递系数法——以三峡库区凉水井滑坡为例

【目的】提出考虑渗流驱动力作用下的岸坡稳定的修正传递系数法。【方法】分析《重庆市地质灾害防治工程设计规范》( DB505029-2004 )(后简称《规范》)中三峡库区岸坡渗流驱动力计算方法的不足,建立类土质岸坡渗流驱动物理模型,提出岸坡渗流驱动力精细化计算方法,考虑渗流驱动力修正了类土质岸坡稳定性计算的传递系数法。【结果】三峡库区凉水井滑坡实例分析表明,《规范》中的方法和本文方法得到的稳定系数分别为 1.061 和 1.074 ,《规范》中的方法关于渗流驱动力计算过于保守。【结论】考虑渗流驱动力精细化计算方法对于大型、特大型岸坡稳定性计算具有实际工程意义。
     

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。
     

水库蓄水土质岸坡拉剪断裂破坏机制研究

基于土体结构特征从土体宏微观变化、岸坡变形、掏空等方面解释了水库蓄水期间土体浸泡软化机制。采用断裂力学方法推导求证了土质岸坡浸泡软化拉剪断裂破坏机制,并将土质岸坡浸泡软化拉剪断裂破坏进一步分为基座软化拉剪破坏模式和基座掏空拉剪破坏模式,给出了两种破坏模式的地貌演绎过程。通过建立两种破坏模式的物理模型和力学模型,从断裂力学角度推导出了潜在坍塌体裂缝尖端应力强度因子表达式。算例分析表明,土质岸坡破坏表现为显著的浸泡拉剪断裂破坏模式,并讨论了潜在坍塌体长度、高度、裂缝角度以及裂缝垂直长度对应力强度因子的影响。土体断裂韧度较小,导致岸坡坍塌体规模不大,土质岸坡的浸泡软化整体滑移破坏往往是滞后的,通常岸坡先局部软化,基座变形后发生塌岸破坏,后续上覆岸坡失去支撑发生整体式滑移。     

三峡库区龚家方2号斜坡破坏过程离散元数值模拟

以2008年11月三峡库区龚家方2号斜坡破坏问题为基础,采用离散元软件PFC2D对此斜坡进行模拟,模拟结果表明,三峡水库蓄水后,斜坡上覆崩坡积层会沿着岩土分界面向下滑动;整个滑动过程可以分为底端变形、上段及中段垮塌、整体滑动、固化稳定等4个阶段,其中底端变形形成的“鼓包”是否破裂是斜坡启动的关键;斜坡的滑动速度在初始阶段速度会迅速增大,之后缓慢减小,直至稳定。将模拟结果与观测资料对比分析,与实际破坏情况一致,说明二维离散元软件PFC2D能够较好的模拟三峡库区龚家方2号斜坡破坏过程。
     

压剪滑动型危岩失稳破坏准则研究

根据危岩的受力特点,建立了压剪滑动型危岩力学模型;分别求出了作用于危岩体上的重力、裂隙水压力（天然工况和暴雨工况）和地震荷载计算表达式。将作用在危岩上的荷载沿主控结构面法线和切线方向分解,得到法向力和切向力计算式;采用D-P破坏准则,建立了用主控结构面法向力和切向力表达的压剪滑动型危岩的失稳破坏准则。工程实例验证表明该准则具有一定合理性。
     

剪鳃对鲫静止代谢率的影响

为探讨鳃交换面积变化对鱼类静止代谢率的影响,采用剪除部分鳃弓处理了体质量为(47.6±1.0) g的鲫(Carassius auratus);实验设对照组、剪2个鳃弓组和剪4个鳃弓组,测定鲫剪鳃前后的代谢率、呼吸频率及鳃小片的相关参数。结果表明：剪鳃前,各组的静止代谢率、呼吸频率均无显著差异。剪鳃后,代谢率随时间延长先降低再升高,然后逐渐降低至剪鳃前水平;对照组呼吸频率处理时间点前后变化不显著,剪鳃弓组处理后呼吸频率随剪鳃弓数量的增多而显著增高。鳃小片密度及平均面积在各组间差异均不显著,剪鳃前、后也无显著变化。研究表明,剪鳃造成鲫的呼吸交换面积减小,该种鱼则可通过调节呼吸频率维持代谢需要而不依赖于鳃形态的可塑性;因此,在鱼类生理学实验操作中,通过剪鳃改变鳃呼吸面积是一种可行的方法。
     

重庆三峡库区后续发展生态补偿机制、模式研究

【目的】随着社会经济的快速发展,环境污染日趋严重,当前急需解决的问题经济发展与环境污染之间的矛盾,生态补偿作为环境治理的有效手段受到了各界学者的关注。【方法】运用博弈论的方法,对流域上下游政府之间的博弈进行基本假定,构建演化博弈理论模型,并利用雅克比矩阵局部均衡点稳定性分析得到该博弈模型的最优解。【结果】基于流域博弈分析的结果,以重庆三峡库区为例,对三峡库区后续发展生态补偿进行分析,得到保护-补偿策略为重庆三峡库区生态补偿的最优策略。【结论】随着社会经济和工业化进程的快速发展,政府每年都会对库区投入保护成本,保护和补偿策略仍然是重庆三峡库区后续发展最优化的环境保护补偿稳定策略。
     

护坡植物根系分布特征及抗拉强度研究

为研究植物根系固土护坡的力学机理,以芦竹(Arundo donax)、狗牙根(Cynodon dactylon)和早熟禾(Poa annua)为研究对象,对它们的根系分布特征及抗拉特性进行研究。结果表明,在根系分布特征方面,随着土层深度的增加,3种植物的根系数量逐渐减小,并且大部分集中在土层的上表面。数据拟合表明,采用幂函数模型能较好反映根系的空间分布;在根系抗拉特性方面,3种植物根系均表现出一定的抗拉能力,根系抗拉力与根径呈幂函数正相关关系,随根径增大而增大,3种植物按根系抗拉力由大到小依次排列为:芦竹、狗牙根、早熟禾;根系抗拉强度与根径呈幂函数负相关关系,随根径增大而减小。     

三峡库区澎溪河消落带湿地土壤种子库特征

考察三峡库区澎溪河消落带湿地土壤种子库特征,分析水位变动对消落带种子库分布格局的影响.试验采用萌发法,以直径为15 cm的培养皿作为萌发器,控制温度20℃、光照12 h/d条件下进行萌发试验.试验结果表明:萌发物种为一年生植物,种子库种子密度在111.12～1 889.04粒/m2,萌发物种数量介于在1～8种之间;随着...     

季节性雪被下土壤微生物动态研究进展

在冬季,季节性雪被覆盖地区伴随着雪被的发育和消融,土壤温度、含水量和土壤冻融状态剧烈波动强烈影响着土壤微生物的动态转变及营养需求的改变,从而对高山地区冬季土壤矿质元素转化、土壤养分供应、植物分布等具有十分重要的影响。大量研究表明,高山生态系统中土壤微生物群落存在明显的季节转换现象,夏季以细菌为主,冬季则以真菌为主。在冬季,土壤微生物的生长和活性都是被可利用碳所限制的。全球变暖背景下,积雪厚度和凋落物供应的改变,必将对土壤碳供应水平产生影响,导致微生物群落的动态变化,从而对土壤中营养物质的利用和循环产生显著效应,这也是该领域新的研究方向之一。     

库岸滑坡破坏模式识别方法研究———以三峡水库青石滑坡为例

青石滑坡是三峡水库岸坡消落带典型的崩坡积层滑坡,基于现场调查和工程勘察分析了三峡水库蓄水运行期间青石滑坡的变形与破坏特征;将滑动面位于175m水位以上的部分假定为弹性介质,位于145~175m之间的部分假定为应变软化介质,提出了两种介质材料的本构模型;通过对滑坡滑动面弹性应变能、滑坡重力势能和地下水渗透势能的计算,采用突变理论建立了滑坡破坏模式判别指标,据此可将滑坡破坏模式分为缓动型和剧动型两类。计算结果表明,青石滑坡在水库运行期间的破坏模式属于缓动型,与实情相符。研究成果对于探索三峡水库岸坡滑坡灾害的形成机制及其减灾具有积极意义。