库水作用下土质滑坡的稳定性研究-以店子湾滑坡为例

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  库岸土质滑坡是由库水位涨落及降雨条件导致土体内水动学条件改变而产生的一种地质灾害。三峡库区蓄水及水库运行期,库水极大地改变了土质滑坡内的水文地质条件,在这一时期库区内产生了许多新的土质滑坡以及一些古滑坡出现复活的迹象。特别是在三峡大坝所在地秭归县,出现了数量众多的土质滑坡,其中店子湾滑坡是典型的受库水作用产生的土质滑坡。针对这一现实,并根据目前经济和技术条件不足以彻底勘查和治理的情况下,开展对库水作用下土质滑坡的稳定性研究具有重要的现实和理论意义。   本文在前人的研究基础上,以秭归县店子湾滑坡为研究对象,以店子湾滑坡近年来的监测数据及收集的水文地质条件资料为依托,运用课题组研发的滑坡预测预报系统对店子湾滑坡的监测数据进行处理分析,并预测得到滑坡的相关信息,运用结合遗传算法与人工神经网络的混合算法,对店子湾滑坡相关土层的力学参数进行反演分析,根据流固耦合理论,采用有限元分析软件ABAQUS对店子湾滑坡的稳定性进行了数值分析研究。其中,主要获得了如下几个方面的成果:   1)对库岸滑坡的形成条件进行了探讨,并总结出地质条件、气候条件及河流阶地这三个主要条件。揭示了库岸滑坡的分布规律,得出库区内的滑坡分布具有明显的地域特征性结论,其分布主要受地层岩性、地质构造、河谷地貌和岸坡结构类型控制。   2)研究了库水对滑坡的作用机理,总结了库水对滑坡作用的四个方面,并着重阐述了影响滑坡稳定性的两个作用:浮力减重与动静水压力及浸泡软化作用。   3)探讨了滑坡在库水作用下的流固耦合问题、研究现状及求解方法,总结认为更适应现今工程问题的流固耦合求解方法为数值分析法,而在众多数值分析法中,又以有限元法为代表,其相对来说在工程实际中运用更为简单灵活,应用范围更广。另外,研究流固耦合中的应力场与渗流场之间的影响机理及其各自的数学模型,并分析了有限元法求解流固耦合问题的基本过程。   4)对店子湾滑坡监测数据进行了分析,并以此大致预判该滑坡发生的是局部变形,没有出现整体下滑的迹象。采用课题组研发的滑坡预测预报程序对该滑坡的监测数据进行了处理,得到了该滑坡的相关预测数据信息,并对这些数据信息的可靠性进行了评价。   5)研究了滑坡的参数反演方法,并总结出各方法的优缺点。利用人工网络神经与遗传算法相结合的混合算法这一非常适合复杂地质条件的反演方法对店子湾滑坡 的滑体、滑带的抗剪强度参数进行反演分析。通过把反演的参数导入数值模拟计算模型中,得出的位移值与实际位移值比较两都基本一致,证明了反演结果的可靠性。   6)采用 ABAQUS 有限元软件和反演后的参数对店子湾滑坡的地应力进行平衡,经平衡后滑坡计算的位移值数量级达到E-04(m),即初始地应力平衡要求基本达到。在初始地应力平衡的条件下,按库水位变化划分了五个工况,运用ABAQUS有限元软件和反演的参数对该滑坡各工况进行数值模拟计算,并对其计算结果按库水位上升、下降的条件进行各工况下的应力场、孔隙水压力、位移及塑性区分析。综合数值模拟分析结果,预测信息及宏观巡查结果对店子湾滑坡的稳定性作出了评价及预测。   本文的工作对库岸滑坡的稳定性分析及流固耦合分析具有积极作用,且本文提出的求解方法、模拟方法对岩土工程及其它工程领域的数值模拟分析研究也具有一定的借鉴意义。
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