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三峡水库已经历多个蓄水阶段,于2010年10月首次蓄水至175m水位。2013年开始正常运营后,库水位每年在145m至175m之间周期性升降,水位变幅带(消落带)范围高达30m。宜巴高速公路主线局部段和兴山连接线(以下简称“研究区”)是沿香溪河库岸设计和建设的通往兴山县和神龙架林区的旅游干线公路。香溪河库岸段公路路面设计高程在176m~200m之间,离175m正常蓄水位很近,公路岸坡和桥基边坡长期处于水位循环涨落(饱水-风干)的环境中。高达30m的水位变幅,加上蓄水、泄洪而频繁发生的水位升降甚至联合强降雨作用所构成的复杂动水条件,必将成为新一轮岸坡再造的重要营力,也将使得三峡库区岸坡的水文、地质环境条件发生重大改变,势必引发新的岸坡再造和库岸滑坡灾害等,严重威胁到了库区的交通安全和库区人民的生命财产安全。因此,对库岸公路涉水岸坡进行再造机理研究,具有重要的理论和现实意义。本文在现场调查分析的基础上,通过现场钻孔取样、现场岩体声波测试、室内岩块物理力学性质试验、离心模型试验、数值模拟分析与现场监测分析等手段,对研究区岸坡岩体质量的劣化机制、土质滑坡的塌岸机理、岸坡岩体质量分级以及研究区岸坡再造类型及其稳定性进行了分析研究,取得了以下主要成果:(1)研究区岸坡工程地质特征研究与岸坡再造类型分类①通过对研究区的综合调查与分析,将研究区岸坡结构类型及其特征进行分段描述,并将岸坡再造类型总结为冲刷磨蚀型、坍崩滑塌型和整体滑移型三大类。②通过对研究区典型岩土体进行物理力学性质试验,获得了研究区岸坡岩土的物理力学参数,为离心模型试验和数值模拟计算提供了参数依据。(2)岸坡岩体(石)劣化机制试验研究成果①通过对典型岩质岸坡进行试验研究,试验成果表明受库水位升降影响粉砂岩岸坡和灰岩岸坡的岩体裂隙较发育,为较破碎~破碎岩体。②通过对岩石干湿循环试验试样进行单轴抗压强度劣化试验,成果表明粉砂岩和灰岩强度劣化程度随干湿循环次数增加呈增长发展趋势;相同条件下,粉砂岩的劣化速率明显高于灰岩,说明库水对软岩的影响作用更加明显。③通过耐崩解性试验,成果表明岩石的耐崩解性指数(Id)随崩解循环次数(N)的增加而减小,且两者存在对数函数关系,即Id=a×Ln(N)+b,式中a和b为与岩性有关的系数。针对粉砂岩,还发现系数a和b还与试样取自的高程有关,高程越高的岩块越容易风化崩解,同时a和b表现为降低。(3)库水升降作用下岸坡岩体质量分级研究成果①针对现有方法的不足,考虑到三峡库区周期性升降的规律性,引入了岸坡“岩体质量总劣化度”Dh(n)和“岩体质量年度劣化度”d (h)两个指标,对涉水岸坡岩体进行岩体质量分级评价,建立了岸坡岩体质量分级评价预测公式:[BQ]h(n)=(1-nd(h))[BQ]h(o)。②依据BQ法对库区两个典型岸坡进行了岩体质量分级应用与评价,并对粉砂岩L岸坡不同高程段岩体质量进行预测,提出了岩体质量预测公式,即:上述公式表明岸坡岩体质量[BQ]与高程h和水库运行年数n有关。(4)公路库岸塌岸机理离心模型试验研究成果采用离心模型试验,研究了水位骤降和降雨耦合水位骤降两种工况下库岸滑坡“启动-发展-破坏”过程的塌岸机理。模型试验成果表明:水位骤降是导致公路库岸滑坡的最主要影响因素之一。水位骤降发生的瞬间,岸坡沿深部软弱面产生了整体滑动,随后滑动位移逐级增大;同时,位于原水位线附件的岸坡立刻产生细小裂纹,而原水位线以下坡面上的裂纹随后逐级出现并向两端扩展延伸,受前部滑塌牵引影响后部裂缝也逐渐扩大。孔压监测值的突变分析表明,裂纹逐级还存在向边坡内部延伸。降雨过程降低了边坡土层的抗剪强度,使边坡产生了少量的位移,但未影响边坡的整体稳定性。试验研究表明,两组工况下涉水岸坡均发生了整体性滑动,并且滑动面均沿着深部的软弱层发生发展。(5)研究区岸坡稳定性分析成果①研究区典型滑坡在不同降水条件下的稳定性特征,分析认为:妃台山滑坡模拟研究成果表明,在库水以0.6m/d和1.2m/d下降2种工况下,滑坡稳定系数都大于1,表明目前滑坡体是稳定的。但库水位下降速度对滑坡的稳定性影响明显,下降速度越快,滑坡越不稳定。周家坡滑坡模拟研究成果表明,在库水以及2.0m/d三种模式下降时,滑0.6m/d、1.2m/d坡稳定系数均有明显下降,稳定系数的降低速率和幅度和库水位下降速率关系密切,库水位骤降对库岸滑坡的稳定性极为不利,库水位快速下降(骤降)是库岸潜在滑坡体和古(老)滑坡复活的主要诱因之一。同时,在库水位下降到145m后稳定的一段时间内,三种模式下的滑坡稳定系数达到最低后均有少量的提高(反弹)。②基于对公路建设中典型边(滑)坡体的深部变形监测成果的分析评价,认为堆积体滑坡的变形发生发展主要是受工程施工联合降雨尤其是较强降雨综合作用影响的结果。公路建设过程中挖方、堆载、施工放炮、机械车辆的频繁碾压改变了坡体外形,打破了坡体的初始应力平衡状态,而降雨及地表水入渗弱化了坡体物质的抗剪强度,增加了坡体的重量,加速了边坡变形,从而导致滑坡的产生,这也是工程滑坡多发生在雨季的原因。③综合上述研究成果,充分考虑岸坡基本因素和影响因素联合作用影响,采用动态权重模糊评价体系,对研究区岸坡稳定性进行了定性分类评价,将研究区公路岸坡稳定性划分为稳定、基本稳定、次不稳定和不稳定四大类。