摘要
三峡库区地质结构复杂，地质灾害频发，孕育大量高陡岸坡，三峡库区正常运行后，库水位在145~175m之间周期性波动，水库的蓄水和水位周期性升降变化形成了高达30m的消落带。复杂的水动力条件使得消落带岩体劣化强烈，新生或加速形成了大量的地质灾害。 本文搜集了灰岩岩体劣化集中发育的三峡、大宁河等干支流峡谷区域典型逆向岩质岸坡案例，分析其共同地质特征及岩体劣化趋势。本文以灰岩逆向岩质岸坡为主要研究对象，以龚家坊滑坡为原型，通过野外调查和室内分析，采用工程地质分析、物理模型试验和数值模拟计算等手段，探明了龚家坊一带的边坡岩体结构特征，分析出典型灰岩逆向岩质岸坡劣化类型与趋势，系统地研究了消落带岩体劣化对逆向岩质岸坡的变形破坏影响。 同时，探究了库区消落带岩体劣化典型逆向岩质岸坡的变形破坏机理与失稳模式。本研究结果可为三峡库区同类型地质灾害隐患点识别和防灾减灾提供计算支撑，对保证黄金航道的平稳运行和区域内人民财产安全具有重大的现实意义。取得了如下研究成果： （1）通过对灰岩逆向岩质岸坡工程地质条件的野外调查和室内分析，总结出共同的工程地质模型：此类岸坡为灰岩岩溶岸坡，具有逆向层状结构。且由于河谷下切、坡脚劣化破坏等多因素而产生长期倾倒变形，同时根据调查显示坡脚为明显阻滑段，是岸坡稳定性的关键。 （2）对典型逆向岩质岸坡劣化趋势进行分析，探究了典型逆向岩质岸坡的劣化趋势。从2009年至2013年长期调查得出，龚家坊斜坡年侵蚀率为0.18m/y，侵蚀深度达2.2m。茅草坡斜坡年侵蚀率为3.5m/y，侵蚀深度达0.29m，劣化变量De值逐年递增。而2019年，硝洞槽～郑家大沟变形斜坡的累积水平位移量也达到了254.5mm，累积沉降位移量为-140.0mm。 （3）以龚家坊滑坡为原型，基于相似理论，取相似比n=200。在前人的研究基础上，开展了模型的选材和配比试验，通过比较遴选出模型试验最优相似材料灰岩石条、聚乙酸乙烯酯胶和石膏混合材料。其中石膏混合材料的比例如下，重晶石粉：石英砂：石膏：水=2.5：2.5：1：0.55。 （4）以龚家坊滑坡为原型，开展了基于相似理论的大型物理模型试验，研究典型的逆向岩质岸变形破坏机理，并探究了该类滑坡的破坏模式。即该类边坡在坡脚岩体劣化，坡脚岩体松动与塌岸后，由于自身重力作用，后缘下沉产生拉裂缝，前沿发生剪切蠕变，层面向临空面发生弯曲变形，在坡体内部挤压形成弯折带，出现多级滑动面，当产生的剪切应力超过岩体抗剪强度后，岸坡发生弯曲倾倒破坏。 （5）通过系列试验，多工况分析了库区消落带岩体劣化对库岸边坡变形的影响。根据侵蚀区大小可以反应不同劣化程度下岸坡的变形破坏特征。工况1在蓄水后，侵蚀区劣化，裂缝扩张，仅浅表层崩塌，岩层没有较大变形且岸坡整体变形量较小，这也反应了库区岸坡在浅表层劣化后仍能够保持稳定。工况2在蓄水前看不出明显的破坏现象，但在蓄水后，岩体开始劣化，结构开始降级，在上覆岩体荷载的推挤下，最终发生浅层滑坡，但岸坡发生较大弯曲变形。工况3在未蓄水前，便有大量裂隙，这也可以说明库区很多危岩体裂隙发育，在库区运行前未发生破坏。说明在此工况下，岸坡内部发生蠕变，结构正在改变，总体还处于稳定状态。蓄水后岸坡发生深层滑坡，岩体变形较大，弯曲滑移现象明显。 （6）结合离散元软件，构建了逆向岸坡数值模型，反演了逆向岩质岸坡的变形破坏过程。数值模拟结果与物理模型结果基本吻合，表观现象与野外调查结果也基本一致。同时，对模型变形过程中的位移场和塑性变形区进行了分析。随着坡脚的掏蚀塌岸，位移量逐级增大，破坏区域由表及里扩展，塑性区范围由下而上增加，破坏单元加宽、加长而后贯通，多条破坏面的贯穿，最终导致弯曲滑移破坏。
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