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自2008年三峡库区水位上升至173m,受其影响鹤峰场镇堆积层滑坡坡体内地下水特征发生变化,滑坡中前部出现强变形区,破坏已修建挡墙。一旦强变形区失稳,将使滑坡中后部面临新的临空面,从而诱发新的变形。因此,深入探讨堆积层滑坡体与挡墙相互作用机理,开展挡墙结构尺寸和抗滑桩空间位置优化研究,为堆积层滑坡防治和设计奠定理论基础。本文以鹤峰场镇堆积层滑坡为研究对象,根据监测信息和滑坡变形特征与库水位变动响应规律,确定滑坡体的组构特征、变形运动特征、动力成因和发育阶段四个控制性因素,建立科学合理的滑坡工程地质模型,为滑坡渗流场分析和数值模拟计算模型提供基础,研究滑坡与挡墙相互作用机理。基于此,对挡墙宽度和墙背倾角以及桩墙复合结构进行优化。针对上述内容,本文主要研究内容和成果如下:
(1)基于鹤峰场镇堆积层滑坡监测信息和库水位涨落变化,分析滑坡地表位移和库水位变动间的响应关系。受库水位波动影响,分别从滑坡各监测点的水平、垂直和总位移以及变形速率与水位变化之间关系分析滑坡变形与库水位波动的响应规律。
(2)建立滑坡工程地质模型。以鹤峰场镇滑坡为研究对象,通过分析滑坡工程地质条件、滑坡形态和边界特征以及变形破坏特征,确定滑坡的组构特征、变形运动特征、动力成因和发育阶段四个控制性因素,并将库水位变化对滑坡体变形产生的力学特征融入到动力成因中,结合国内外滑坡系统分类体系,得出鹤峰乡场镇滑坡工程地质模型为复活性孕育期剧动牵引式人工水库蓄水渗透压力型土质岩床(+土床)滑坡。
(3)分析库水位波动条件下滑坡体内渗流场变化特征,研究堆积层滑坡与挡墙相互作用机理。在鹤峰场镇滑坡工程地质模型基础上,建立渗流计算模型,计算分析库水上升工况和库水位下降工况下地下水侵润曲线,研究不同工况下渗流场变化特征,探讨库水对滑坡产生的作用力及其方向对滑坡稳定性的影响。基于此,利用FLAC3D程序建立含挡墙结构的二维数值模拟计算模型,在不同工况下(天然状态、库水位上升和库水位下降)对比分析滑坡支护前、后的最大(小)主应力、剪应变增量、坡体顶部和底部位移、塑性区分布以及挡墙剪应力变化,研究滑坡体与挡墙相互作用机理。
(4)在滑坡体与挡墙相互作用机理研究和变形破坏规律基础上,在库水位下降工况下对挡墙宽度、墙背倾角和桩墒间距进行优化。通过改变挡墙墙宽和墙背倾角(挡墙结构类型),从滑坡体顶、底部位移及挡墙墙身剪应力变化分析滑坡稳定性和墙身受力特征,确定最合理墙宽和挡墙结构类型。并借助FLAC3D中桩单元进行计算分析桩墙复合结构中桩身内力、滑坡体位移和挡墙剪应力变化,从安全经济角度确定最合适桩墙间距。
(5)基于鹤峰场镇滑坡支护结构优化结果,结合相关规范,提出库水作用下堆积层滑坡支护结构设计需考虑的因素。即,通过改变重力式挡墙截面尺寸(高度和宽度),提高挡墙支护效果;改变挡墙结构类型,使墙身受力更合理,并通过一些措施提高墙身抗剪强度;抗滑桩结构治理堆积体滑坡时还需考虑到浅层滑移的变形破坏,合理布置抗滑桩位置。
综上所述,本文特色在于:(1)根据滑坡的组构特征、变形运动特征、动力成因和发育阶段四个控制性因素,并考虑库水作用,建立鹤峰场镇滑坡工程地质模型;(2)基于渗流场变化特征,对比分析滑坡支护前后的应力应变状况,研究堆积层滑坡与挡墙相互作用机理;(3)针对库水位下降工况,分别对挡墙墙宽、墙背倾角(结构类型)和桩墙复合结构的桩墙间距进行优化,并在此基础上提出堆积层滑坡支护结构设计需注意的问题。