Control technology and interaction mechanism between important structures of multi-purpose projects and geological environment
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摘要: 紧密结合中国重大水利水电工程长期安全调控的迫切需求，深入研究开挖卸荷、水库蓄水、水位交变、泄洪雨雾及库区气候变化条件下，库区及枢纽区渗流场、应力场和参数场（岩土力学性能参数、加固系统功能指标）的动态演化和耦合作用机理，建立并形成了地质环境变化趋势预测的理论和方法；系统研究不同构筑物（库岸边坡、高坝岩基和大型地下洞室群）与地质环境的互馈作用机制，完善并发展了基于地质环境演化的构筑物工作性状动态分析方法和调控技术，研发了与变化环境相适应的加固系统（特别是锚固体系）长效延寿成套装备与工法，并在实际工程中得到示范应用。Abstract: Closely inline with the urgent needs of long-term safety regulation of major water conservancy and hydropower projects in China, the dynamic evolution and coupling mechanism of seepage field, stress field and parameter field (geotechnical mechanical performance parameters and functional indexes of reinforcement system) in the reservoir area and project area are deeply studied under the conditions of excavation and unloading, reservoir water storage, water level alternation, flood discharge rain and fog and climate change in the reservoir area, and the theory and method for predicting the change trend of geological environment are established and formed. The mutual feeding mechanism between different structures (reservoir bank slope, high dam rock foundation and large underground cavern group) and the geological environment is systematically studied, the dynamic analysis method and regulation technology of working properties of structures are improved and developed based on the evolution of geological environment, and the complete set of long-term life extension equipment and construction method of reinforcement system (especially anchorage system) adapted to the changing environment is developed, and it is demonstrated and applied in practical engineering.
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0. 引言
随着“西部大开发”战略及“一带一路”倡议的实施,西部县域经济逐渐升温。人类活动空间范围的逐渐扩展,与土地资源匮乏的矛盾日益突出。部分地区采取开挖自然斜坡坡脚进行造地来解决这一矛盾,对地质环境的扰动程度不断加大,同时,极端气候的频繁出现,滑坡灾害,尤其是古滑坡的复活问题日益突出,对基础设施以及人民生命财产,特别是对山区水库、水电站以及交通干线和城镇安全等造成巨大威胁。
古滑坡的复活通常是人类活动、降雨及地震等多因素综合作用的复杂过程[1]。Burda等[2]以波希米亚（Bohemia）北部艾森伯格（Eisenberg）地区盆地边缘古滑坡为研究对象,分析了气候变化和冰雪融化对其复活的影响。Ronchetti等[3]对意大利（Italy）北部亚平宁地区的瓦勒利亚滑坡（Valoria landslide）自2005年—2006年的复活变形进行了研究。Deng等[4]对大渡河流域大型古滑坡的时空特征,以及古滑坡形成机制和演化过程进行了分析,并指出河流侵蚀与古滑坡、复杂滑坡和多级滑坡之间的形成联系。吴瑞安等[5]总结了青藏高原东缘古滑坡复活的特征,并以上窑沟古滑坡为例,剖析了古滑坡的复活机理,并对其危险性进行了预测评价。许多学者[6-10]对库区古滑坡的复活机制进行了分析,并研究了古滑坡复活的各类因素。
实际上,部分古滑坡的复活,人类工程活动往往是一个关键的主导因素,例如,四川省丹巴县甲居古滑坡因季节性强降雨和坡脚开挖发生渐进后退式破坏,并逐年加强,严重威胁滑坡上的藏寨村落及前缘公路安全[11]。云南省金沙江支流冲江河的螺蛳湾巨型古滑坡,因国道G214施工开挖坡脚和强降雨而出现局部复活,严重威胁国道和螺丝湾水电站的安全[12]。位于三峡库区兴山县大礼溪村的大礼溪生态工业园区是兴山县“一区多园”工业战略的重要布局地点。自2015年10月起开始实施基础设施工程建设,对大礼溪村所处的自然斜坡坡脚进行开挖,同时改迁原大礼溪河道并进行大规模填方,在此过程中,区域前缘先后出现蒋家淌滑坡、团堡滑坡、黄家岭滑坡等小型滑坡,目前均已挖除。2017年,滑坡出现大规模的古滑坡复活变形及次级滑坡,给当地人民及工业园造成了巨大的损失。开挖自然斜坡,不可避免地会改变坡体的应力状态,进而引起变形[13-16]。对于古滑坡来说,由于滑带等软弱结构面的存在,开挖作用对其扰动理应更加明显,加之强降雨可能存在的增幅作用,导致其变形机理也就更加复杂。
本文以三峡库区兴山县大礼溪村古滑坡为例,结合地质勘察、近1 a的现场宏观巡查、人工GPS位移监测数据、自动GPS监测数据等,在剖析该滑坡存在的古滑坡特征的基础上,分析了滑坡复活过程中地表裂缝发育的时空规律以及变形特征,并确定了开挖与降雨两种作用在古滑坡复活变形中的主次关系。对有效防范古滑坡复活引起整体破坏,保障基础设施和居民生命财产安全具有重要参考价值。
1. 滑坡案例
1.1 滑坡基本特征
大礼溪滑坡位于湖北省兴山县昭君镇大礼村,平面形态呈宽“M”形,后缘以斜坡出露的岩土分界为边界,左侧以乱泥湖湾与土地湾东侧山脊为界,右侧边界沿村委会东北侧山脊并向下顺沟谷直抵工业园区场坪。主滑方向225°,纵长约800 m,均宽600 m,分布面积约41.86×104 m2,平均厚度35 m,总体积约1465×104 m3,属特大型滑坡。滑坡所处斜坡整体特征为上陡下缓,标高179～685 m,相对高差506 m。区域内发育四条较大的季节性冲沟,冲沟走向与斜坡倾向一致。坡体上存在三级阶梯状平台,分别位于高程325,366,480 m处,平台上分布蒋家淌、乱泥湖湾、村委会和土地湾4个较大的居民点。
因兴山县生态工业园大礼溪片基础设施工程的实施,2015年开始对原大礼溪河道进行改造,并在斜坡前缘坡脚开挖形成建设用地,于2017年在滑坡前缘场坪区形成高程分别为234,256 m的两级平台。并在形成3个高约50 m,坡度30°的人工边坡Q3、Q4、Q5,详见滑坡工程地质平面图（图1）,剖面见图2（a）。针对逐渐加剧的地表变形,2017年5月底在滑坡Q4区域中前部,增加了3个补充勘探孔,位置见图1,揭示了滑坡的物质结构。
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图 2 大礼溪滑坡剖面图(Ⅰ-Ⅰ’)(位置见图1)Figure 2. Geological cross section (Ⅰ-Ⅰ') of Dalixi landslide (see location in Fig. 1)滑体主要分为两部分：表层为含砾粉质黏土或碎块石夹土,灰—黄褐色,可塑,砾石含量10%～30%不等,厚度一般0.5～10 m不等；下部为紫红色粉砂质泥岩夹灰白色长石砂岩,厚度一般15～40 m,中—厚层,粉砂质泥岩力学性质差,抗风化能力较弱,在干湿交替作用下,极易风化成土状。长石砂岩的力学性质与抗风化能力较强。
滑带为紫红色粉砂质泥岩与长石砂岩组成的“强—弱”互层结构之间的层间软弱带,见图2（e）。从区域上看,层间软弱带有多层,滑坡前缘开挖区域有所揭露,见图2（b）。
1.2 古滑坡特征识别
如何在尽可能早的阶段识别出古滑坡,是一个难点。针对此问题,许强等[17]从微地貌、地层岩性、变形迹象等体现的古滑坡特征出发,构建了一套完整的递进式判断体系。本文依据其方法,判断如下：
（1）微地貌特征
剖面图2（a）显示,大礼溪滑坡整体表现为上陡下缓的典型“椅状”地貌,前缘坡高近60 m,坡角约25°,临空条件良好。同时在高程325,366,480 m存在三级阶梯状平台。
（2）地层岩性
主滑剖面上的岩层产状从后缘、中部至前缘分别为248°∠44°,230°∠30°,232°∠12°,呈现明显的“陡—缓”变化,且岩层倾向与滑坡主滑方向近似一致,为顺向坡。与此同时,前缘开挖出露的岩体显示,节理裂隙非常发育,岩体破碎,为典型的碎裂岩体,且岩体中可见明显的层间破碎带,见图2（b）。
（3）历史变形迹象
现场地质调查发现,滑坡前缘左侧岩层间有明显擦痕,该擦痕面光滑,擦痕清晰可见,见图2（c）,其侧伏向约为230°,侧伏角约为90°,擦痕产状表明岩体在地质历史时期产生过顺层滑动。
从微地貌、地层岩性、历史变形迹象等一系列特征出发,可判断大礼溪滑坡为地质历史时期的含软层中—陡倾顺层岩质古滑坡。
2. 滑坡变形特征
2.1 裂缝发育的时空分布规律
根据1次/月（汛期2次/月）的宏观地质巡查显示,自首期巡查（2017年2月14日）在前缘Q3区域地表裂缝T1～T9之后,裂缝持续发育,且呈现与开挖方向相向伴随的特征,在纵向上呈现明显的渐进后退的发育特征。2017年4月发现T10～T17裂缝；5月,前缘左侧发生次级滑坡,并出现T18～T28裂缝；6月—9月受强降雨及持续开挖影响,变形向滑坡中部、后部发展；10月受持续降雨及持续开挖影响,在滑坡后缘部位出现多处地表裂缝及错动台坎,并形成后缘边界裂缝形成。典型裂缝照片见图3,性质见表1。具体裂缝发育过程如下：
表 1 大礼溪滑坡地表裂缝统计表Table 1. Statistical data of cracks of Dalixi landslide编号 走向/(°) 性质 位置 出现时间 T1~T9 155~235 前缘Q3附近拉张裂缝,长约3~30 m,宽约1~5 cm,无明显上下错动,可见约深度5~10 cm 前缘Q3 2017年2月 T10~T17 130~240 前缘Q4附近拉张裂缝,长约5~40 m,宽约3~30 cm,局部有错动约5~20 cm,可见约深度5~15cm 前缘Q4 2017年3月,4月 T18~T28 130~160 前缘Q5附近拉张、剪切裂缝,断续延伸5~50 m,宽约10~35 cm,局部有错动约200 cm,可见约深度10~30 cm 前缘Q5 2017年5月次级滑坡发生时产生 T29~T30 160~190 拉张裂缝,长约50~60 m,宽约3~10 cm,可见约深度10 cm 滑体中部 2017年7月 T31~T35 170~260 拉张裂缝,长约4~8 m,宽约1~3 cm,可见约深度5~10 cm 滑体中部 2017年7月 T36,T40~T57 145~170 滑体拉张裂缝,长约5~40 m,宽约1~10 cm,局部有明显错动约150 cm,可见约深度15~30 cm 滑体中后部 2017年10月 T37~T39,T58~T65 155~230 后缘拉张、剪切裂缝,长约5~10 m,宽约5~15 cm,局部有上下错动约5~10 cm,可见约深度20cm 后缘及两侧边界裂缝 2017年10月 （1）滑坡前缘裂缝发育
前缘左侧坡脚（Q3、Q4）在开挖作用下,阻滑区域减小,所提供的阻滑力减小,斜坡稳定性逐渐降低。与此同时,开挖形成的人工边坡进入应力调整阶段,边坡顶部出现因应力释放而产生的拉张裂缝,变形的发展与开挖强度明显相关。前缘（Q3、Q4）出现的裂缝T1～T9以及T10～T17为此阶段产生。裂缝造成前缘Q3（蒋家淌）居民房屋开裂,见图3（a）。
（2）次级滑坡及相应变形
4月下旬至5月初,开挖开始集中于前缘右侧Q5（乱泥湖湾）附近,由于开挖方式为自坡脚向坡顶开挖,且无支护工程,导致滑坡右侧局部稳定性急剧降低,于5月13日发生次级滑坡,造成C1、C3、C4、C5、C6、C7X监测墩破坏（见图1）。并形成T18～T28裂缝,典型裂缝特征见图4。因次级滑坡的产生,开挖工作暂时停止。
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图 4 2017年5月13日次级滑坡变形特征Figure 4. Deformation characteristics of secondary landslide on May 13, 2017（3）滑坡中部裂缝产生
7月,随着前缘坡脚开挖的恢复,滑坡整体稳定性继续降低,处于坡体中的多处层间软弱带被逐渐揭露,层间软弱带受到的扰动显著加强,同时由于7月份的强降雨作用,滑坡再一次出现明显变形,形成裂缝T29～T35（7月、8月）。裂缝T30造成中部房屋场坪开裂,见图3（b）。
（4）滑坡后缘裂缝及边界裂缝形成
进入9月下旬,开挖工作临近结束,此时整体稳定性逐渐降至最低,并受9月—10月持续强降雨影响,于10月在滑坡接近后缘部位先后出现多条拉张裂缝和边界裂缝。其中T36,T40～T57主要为坡体中后段拉张裂缝；T37～T39,T58～T65为滑坡边界裂缝,其中T59、T63等裂缝的形成导致多处房屋受损和局部垮塌,见图3（c）,（d）。地表裂缝延伸至后缘,形成“M”型边界裂缝。
大礼溪滑坡变形,前期集中于临近最早开挖区域的前缘Q3附近,并沿着开挖方向逐渐在前缘Q4、Q5出现,最终在前缘Q5附近演化出次级滑坡,与此同时,纵向上变形逐渐向中后部推进,表现出渐进后退的发育特征。
2.2 监测网络
鉴于大礼溪滑坡地表裂缝发育在纵向上呈现的渐进后退发育特征,逐步布设了遍布整个坡面的监测网络。2017年2月,首先在滑坡前缘建立20个人工监测点（C1～C20）。随着变形的后移,4月布设3个自动监测点（C7X、C3X-1、JD01-1）,10月布设4个自动监测点（D1～D4）。监测点布置见图1。并经过室内分析获取累计位移与降雨、开挖的关系图,见图5。
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图 5 人工GPS监测点、自动GPS监测点累计位移与时间关系曲线Figure 5. Curves of accumulated displacement and monthly displacement rate at artificial GPS monitoring points由于2017年5月13日次级滑坡破坏了C1、C3、C4、C5、C6、C7X监测墩,数据时长过短,数据分析时未统计入内。
2.3 变形分析
图1所示,人工监测点与自动监测有着近似的位移方向（约220°）,除受局部地形控制的部分监测点外,如Q3区域的C16～C20,方向偏向右侧沟谷（约250°）。从地表裂缝发育的过程可知,大礼溪滑坡的变形呈现一种与开挖密切相关,并逐步后移的特征。
（1）第1开挖阶段（2017年2月—4月）
a）此阶段是自2015年10月开始开挖的收尾阶段,开挖范围见图1所示。挖除的主要为第四纪覆盖物以下的较完整的碎裂岩体。开挖方式为爆破开挖,并由Q3向Q5逐步推进。同时,4月中旬该区域遭受突发暴雨,月累积降雨量达82.8 mm,主要集中在4月8日—10日,单日最大降雨量25 mm。
在两者作用下,前缘Q5（C1～C8）的月位移速率达到8.12～198.83 mm/月；Q4（C10～C15）的月位移速率达到8.9～94.91 mm/月；Q3（C16～C20）的月位移速率达到8.07～46.78 mm/月,详见图5。鉴于地表裂缝大量发育,开挖作业暂时停止,并调整开挖方案,取消爆破施工。
b）5月13日,前缘Q5发生次级滑坡,详见2.1节所阐述。6月份,大礼溪滑坡的变形明显趋缓,前缘Q5（C2、C8）的月位移速率为5.83～10.65 mm/月；Q4（C9～C15）的月位移速率达到18.02～36.16 mm/月；Q3（C16～C20）的月位移速率为6.96～18.91 mm/月。这期间的变形主要受降雨作用影响（见图5所示红色矩形所圈部分）。
同时,监测显示滑坡中部也存在明显变形,自动监测点的JD01-1、C3X-1的月位移速率分别达到40.1,24.8 mm/月,详见图5。
（2）第2开挖阶段（2017年7月）
a）开挖范围如图1所示。挖除的主要为碎裂岩上覆的第四纪堆积体及局部的碎裂岩体,集中在Q3、Q4下方。同时,7月上旬该区域遭受突发暴雨,月累积降雨量达173.6 mm,主要集中在7月8—9日,单日最大降雨量58.6 mm。在两者作用下,前缘Q5的C2月位移速率达到115.93 mm/月；Q4（C9～C15）的月位移速率达到52.84～166.05 mm/月；此次开挖,Q3区域涉及的较小,C16～C20的月位移速率达到1.37～23.79 mm/月。自动监测点JD01-1、C3X-1的月位移速率分别达到61.8,29.1 mm/月。
b）8月份,开挖再次停止,但在降雨作用及坡体应力调整的影响,变形持续发展。前缘Q5的C2月位移速率达到44.99 mm/月；Q4（C9～C15）的月位移速率达到43.68～105.82 mm/月。自动监测点的JD01-1、C3X-1月位移速率分别达到50.3,34.3 mm/月。
（3）第3开挖阶段（2017年9月—10月）
a）开挖范围如图1所示。挖除的是Q3、Q4区域的第四纪堆积体和下部的局部碎裂岩体,此阶段是开挖量最大。同时,9月底至10月初区域遭遇长时间的持续降雨,月累积分别达108.8,93.4 mm,主要集中在9月26日—10月5日,单日最大降雨量45.6 mm。
在两者作用下,Q4（C9～C15）的月位移速率达到18.89～118.45 mm/月；Q3（C16～C20）的月位移速率达到9.08～33.07 mm/月。滑坡中部的自动监测点JD01-1、C3X-1于9月、10月的月位移速率分别28～116.4,25.1～243.1 mm/月。滑坡后部的自动监测点D1～D4的月位移速率达到75.4～194.1 mm/月。
b）11月之后,整体开挖工作结束,同时降雨量大幅减少,除C9监测点依然存在103.35 mm/月的变形外,基本无明显新增变形。C9由于临近开挖线及附近沟谷,易受其他工程活动的扰动。
综合对比第1至第3开挖阶段的变形监测数据可知,开挖和降雨是大礼溪滑坡变形的主要因素。同时,爆破施工、坡脚向坡顶开挖以及支护不及时对变形有一定的放大效应。
3. 古滑坡复活变形机制
3.1 古滑坡成因
由区域出露地层可知,大礼溪滑坡所在区域为典型的含软层中—陡倾顺层结构斜坡,在地貌条件、坡体结构、岩性及其组合等因素作用下,于地质历史时期形成大型古滑坡,形成模式为“滑移–弯曲”式。
图6（a）～（d）揭示了古滑坡的形成过程。在大礼溪滑坡复活之前。滑坡处于切出面贯通,滑坡形成之一阶段之后,并在外营力地质作用改造下逐渐形成新的应力平衡,形成如今的地形地貌特征。处于基本稳定—稳定状态。目前大礼溪滑坡存在的变形,是在开挖之后,坡体在应力调整的过程中,引起的复活变形,并受降雨的影响。
3.2 古滑坡变形复活机制分析
为了进一步厘清开挖与降雨对大礼溪滑坡复活变形的影响,明确开挖与降雨的主次关系,采用Geo-Studio软件,对开挖作用及降雨作用下大礼溪滑坡位移、稳定状态特征进行数值模拟分析。
（1）模拟模型
选择1—1'剖面建立滑坡的数值模拟计算模型,模型长1037 m,高406 m,见图7。模型物理参数见表2（参数根据补充勘察室内试验获取）。模拟实际开挖（第1开挖阶段—第3开挖阶段）至结束过程中,滑坡变形、稳定性的演变特征。
表 2 大礼溪滑坡物理力学参数Table 2. Physical and mechanical parameters of Dalixi landslide材料 重度/(kN·m-3) 黏聚力c/kPa 内摩擦角φ/(°) 泊松比 模拟 室内试验 模拟 室内试验 滑体 24.5 31.5 33.0 21.0 21.0 0.30 滑带 22.0 23.0 23.6 16.6 17.0 0.35 滑床 25.0 — — — — — 模拟工况共选取开挖+实际降雨、实际降雨、开挖3种,并与实际监测情况做对比分析。
（2）模拟结果
图8提取的是开挖+实际降雨工况下,滑坡前缘不同深度的变形特征,可见位移均呈条带状分布,越接近坡表其位移量越大。根据对应的开挖阶段来看,第3开挖阶段的位移变化量明显大于第2开挖阶段和第1开挖阶段,这与图5显示的实际监测结果基本一致。
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图 8 开挖+实际降雨工况下滑坡前缘深部位移特征Figure 8. Displacements of deep part at leading edge under excavation and rainfall图9显示的是模型上选取的前缘、中部、后缘在开挖+实际降雨工况下的位移变化规律。累计位移分别为751,525,200 mm。在开挖和降雨作用下滑坡变形变现为前缘>中部>后缘。值得注意的是,在第1开挖阶段,滑坡中部变形似乎大于前部,这是由于中部变形额外受地形控制（见图2）,这也与第1开挖阶段中部监测位移略大于前部相对应（详见2.3小节）。
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图 9 开挖+实际降雨工况下各观察点累积位移及稳定性系数Figure 9. Accumulated displacement and stability coefficients at同时,图9显示,在持续的开挖和降雨作用下,滑坡的稳定系数持续降低,由未开挖时的1.20降至开挖完成后的1.08。从滑坡前缘、滑坡中部和滑坡后缘的变形量来看,变形从前缘、中部至后缘依次减小,变形具有从前缘向后部渐进后退发育的特征与监测信息与地表裂缝的发育特征基本吻合。
图10显示,开挖+实际降雨工况下滑坡的前缘、中部、后缘的累计位移（751,525,200 mm）与1—1'剖面附近的C9、JD01-1、D3监测点累积位移（996.78,368.9,84.9 mm）,具有近似的变形规律。
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图 10 不同工况下模拟变形对比图Figure 10. Displacements of numerical simulation under different conditions对比开挖+实际降雨、开挖以及实际降雨3种工况,发现开挖+实际降雨工况下滑坡的前缘、中部、后缘的累积位移均大于开挖以及实际降雨工况,但是开挖+实际降雨工况下的前缘、后缘累计位移比开挖工况下大100 mm左右,而中部则相对较小,约大30 mm,这说明中部的变形在地形的控制下,对开挖的敏感度要远高于降雨。而在没有开挖,仅有降雨的情况下,滑坡的前缘、中部、后缘的累积位移仅为15,75,80 mm。这说明开挖在大礼溪滑坡的变形发育中起主导作用,且早期的变形（Q3区域的地表裂缝T1～T9）也为开挖引起,而降雨对滑坡变形主要起激发强化的增幅作用。
结合以上分析可知,大礼溪滑坡原处于基本稳定—稳定状态,在开挖的作用下,稳定性逐渐降低,坡体在应力调整的过程中,变形持续发展,地表裂缝发育,并受降雨影响。因此,开挖作用是大礼溪滑坡变形复活的主要因素和诱发因素,降雨为激发因素,两者共同作用促使变形持续发展。
4. 结论
（1）三峡库区兴山县范围内的含软层中—陡倾顺层岩质地区,存在较多“滑移—弯曲”式古滑坡,大礼溪滑坡尤为典型。
（2）大礼溪滑坡的地表裂缝发育与开挖过程密切相关,前期集中于临近最早开挖区域的前缘Q3附近,并沿着开挖方向逐渐在前缘Q4、Q5出现,最终在前缘Q5附近演化出次级滑坡,与此同时,纵向上变形逐渐向中后部推进,表现出渐进后退的发育特征。
（3）开挖作用是滑坡变形复活的主要因素和诱发因素,降雨为激发因素,两者共同作用促使变形持续发展。同时,爆破施工、坡脚向坡顶开挖以及支护不及时对变形有一定的放大效应。
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图 1 课题与科学问题及课题之间的逻辑关系
Figure 1. Corresponding relationship between research subjects and scientific problems
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图 5 逐级增加水压结构面剪切位移时间曲线
Figure 5. Variation of shear displacement with time by increasing the water pressure step by step
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图 6 结构面水理化特性试验装置和结果
Figure 6. Test devices and results for hydrophysicochemical properties of rock discontinuities
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图 9 室内拟环境加速腐蚀试验装置
Figure 9. Simulated environment accelerated corrosion test devices in laboratory
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图 11 内外锚头防腐结构
Figure 11. Corrosion preventation structures for inner and outer anchor heads
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图 12 压胀式楔形内锚头结构及受力特征
Figure 12. Structure and mechanical characteristics of wedge anchor head
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图 13 新型超限荷载变形调整预应力锚索内锚头
Figure 13. New type of anchor head for deformation adjustment under excessive load
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图 14 新型应力监测结构设计及试验验证
Figure 14. Design and test verification of new stress monitoring structure
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图 15 西南深切峡谷区岩体渗透系数随埋深分布规律
Figure 15. Variation of hydraulic conductivity of rock masses with depth in deep-incised valleys, Southwest China
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图 16 溪洛渡水电站近坝区玄武岩渗透系数的演化规律
Figure 16. Variation of hydraulic conductivity for near-bank basaltic rocks at Xiluodu Hydropower Station
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图 17 地下水分层现象与脉状地下水运动特征
Figure 17. Multiple water tables and groundwater flow behavior along backbone structures
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图 18 白鹤滩水电站坝址区水文地质环境演化特征
Figure 18. Variation of hydrogeological environment at the site of Baihetan Hydropower Station
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图 19 预测饱和裂隙岩体有效应力系数的经验模型
Figure 19. Empirical model for predicting effective stress coefficient of saturated fractured rock mass
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图 20 渗流–应力耦合损伤力学模型
Figure 20. Micromechanical damage model for hydro-mechanical coupling
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图 21 岩体渗流–应力–参数耦合数值模拟方法框图
Figure 21. Diagram of seepage-stress-parameter coupled numerical simulation method for rock mass
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图 22 溪洛渡水电站三维渗流场动态反馈分析
Figure 22. Dynamic feedback analysis of 3D seepage field of Xiluodu Hydropower Station
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图 23 库岸边坡渗流应力耦合损伤力学模型
Figure 23. Micromechanical damage model for hydro-mechanical coupling of reservoir bank
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图 25 基于多尺度和传统强度折减方法结果对比
Figure 25. Comparison of results by multi-scale and traditional strength reduction methods
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图 26 溪洛渡坝肩边坡变形机理分析
Figure 26. Analysis of deformation mechanism of valley amplitude of Xiluodu
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图 31 不平衡力与声发射和拱坝开裂破坏的关系
Figure 31. Relationship among unbalanced force, acoustic emission and cracking failure of arch dam
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图 34 地下洞室群锚杆受力随时间的变化过程
Figure 34. Variation of bolt stress with time in underground caverns
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图 35 地下洞室群围岩变形与锚杆受力变化规律
Figure 35. Variation of bolt stress and rock deformation in underground caverns
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图 36 高压引水隧洞工程实际运行工作性状模拟分析
Figure 36. Simulation analysis of actual operation and working characteristics of high-pressure diversion tunnel
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图 37 高内外水作用下自适应衬砌结构图
Figure 37. Diagram of an adaptive lining structure under high internal and external water pressures
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图 38 高内外水自适应衬砌模型试验
Figure 38. Model tests on adaptive lining structure under high internal and external water pressures
表 1 锚头结构暴露分级标准
Table 1 Exposure classification of anchor head
等级 分级标准 A 包裹层完整 B 保护帽外露 C 锚具和垫板有1项外露 D 锚具和垫板有2项外露 
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表 2 锚头结构腐蚀分级标准
Table 2 Classification of corrosion degree of anchor head
等级 分级标准 0 没有锈蚀，或锈蚀情况未知 1 轻微锈蚀，锈斑部分覆盖表面 2 明显锈蚀，锈斑全面覆盖表面 3 严重锈蚀，有锈斑，表面因锈蚀不平整 4 严重锈蚀，锈蚀深入基体，呈层状或有剥落现象
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表 3 预应力锚索寿命预测模型计算结果
Table 3 Calculated results by life prediction model for prestressed anchor
实际调研情况和计算结果 失效年限/a 边坡加固工程的锚索失效年限 12.0 模型计算结果 12.0（L=8 m）
11.3（L=24 m）
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[1] FENG X T, ZHAO J, ZHANG X W, et al. A novel true triaxial apparatus for studying the time-dependent behaviour of hard rocks under high stress[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2018, 51(9): 2653–2667. doi: 10.1007/s00603-018-1516-z
[2] WU A Q, FAN L, FU X, et al. Design and application of hydro-mechanical coupling test system for simulating rock masses in high dam reservoir operations[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2021, 140: 104638. doi: 10.1016/j.ijrmms.2021.104638
[3] 赵志宏. 岩石裂隙水–岩作用机制与力学行为研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2021, 40(增刊2): 3063–3073. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSLX2021S2007.htm ZHAO Zhi-hong. Study on water-rock interaction mechanisms and mechanical behaviors of single rock fractures[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2021, 40(S2): 3063–3073. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSLX2021S2007.htm
[4] DOU Z H, GAO T Y, ZHAO Z H, et al. Effect of immersion duration on shear behavior of granite fractures[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2021, 54(9): 4809–4823. doi: 10.1007/s00603-021-02534-8
[5] DOU Z H, GAO T Y, ZHAO Z H, et al. The role of water lubrication in critical state fault slip[J]. Engineering Geology, 2020, 271: 105606. doi: 10.1016/j.enggeo.2020.105606
[6] SHANG D L, ZHAO Z H, DOU Z H, et al. Shear behaviors of granite fractures immersed in chemical solutions[J]. Engineering Geology, 2020, 279: 105869. doi: 10.1016/j.enggeo.2020.105869
[7] FAN L, YU M W, WU A Q, et al. Study on the deformation characteristics of fractured basalt under coupling of three-dimensional stress and water pressure cycling[J]. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, 861(2): 022039. doi: 10.1088/1755-1315/861/2/022039
[8] FAN L, YU M W, WU A Q, et al. Developing an in situ, hydromechanical coupling, true triaxial rock compression tester and investigating the deformation patterns of reservoir bank slopes[J]. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 2021: qjegh2021-43.
[9] WANG Y J, SUN X S, REN A W. Investigations of rock anchor corrosion and its influence factors by exhumations in four typical field sites[J]. Engineering Failure Analysis, 2019, 101: 357–382. doi: 10.1016/j.engfailanal.2019.03.022
[10] SUN X S, WANG Y J, YIN T, et al. New system for investigating the corrosion of existing rock anchors[J]. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, 861(7): 072117. doi: 10.1088/1755-1315/861/7/072117
[11] 王玉杰, 尹韬, 孙兴松, 等. 丰满老坝加固预应力锚索服役近30年后性能评价研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2022, 41(1): 62–69. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSLX202201005.htm WANG Yu-jie, YIN Tao, SUN Xing-song, et al. Performance evaluation of prestressed anchors embedded in old Fengman Dam after nearly 30 years service[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2022, 41(1): 62–69. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSLX202201005.htm
[12] YIN T, SUN X S, WANG Y J, et al. Corrosion investigation of rock anchors served over 10 years in underground powerhouse of a hydropower station[J]. Advances in Materials Science and Engineering, 2022: 4905010.
[13] WANG Y J, YIN T, SUN X S, et al. Review of corrosion test methods of prestressed anchor[J]. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, 861(2): 022060. doi: 10.1088/1755-1315/861/2/022060
[14] YIN T, SUN X S, WANG Y J, et al. Corrosion characteristics of anchor cables in electrolytic corrosion test and the applicability of the test method in study of anchor cable corrosion[J]. Advances in Civil Engineering, 2021, 2021: 6695288.
[15] 孙彦鹏. 楔形压胀式内锚头作用机理及应用研究[D]. 邯郸: 河北工程大学, 2020. SUN Yan-peng. Study on the Action Mechanism and Application of Wedge-Shaped Expansion Type Internal Anchor Head[D]. Handan: Hebei University of Engineering, 2020. (in Chinese)
[16] 孙彦鹏, 凌永玉, 林兴超, 等. 新型预应力锚索内部监测结构试验研究[J]. 岩土工程学报, 2020, 42(增刊2): 226–230. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YTGC2020S2040.htm SUN Yan-peng, LING Yong-yu, LIN Xing-chao, et al. Experimental study on internal monitoring structure of a new prestressed anchor cable[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2020, 42(S2): 226–230. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YTGC2020S2040.htm
[17] CHEN Y F, LING X M, LIU M M, et al. Statistical distribution of hydraulic conductivity of rocks in deep-incised valleys, Southwest China[J]. Journal of Hydrology, 2018, 566: 216–226. doi: 10.1016/j.jhydrol.2018.09.016
[18] 陈益峰. 水利工程渗流分析理论与实践[M]. 北京: 科学出版社, 2022. CHEN Yi-feng. Seepage Analysis in Hydraulic Engineering: Theory and Practice[M]. Beijing: Science Press, 2022 (in Chinese)
[19] CHEN Y F, ZENG J, SHI H T, et al. Variation in hydraulic conductivity of fractured rocks at a dam foundation during operation[J]. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2021, 13(2): 351–367. doi: 10.1016/j.jrmge.2020.09.008
[20] JIA C J, XU W Y, WANG S S, et al. Experimental analysis and modeling of the mechanical behavior of breccia lava in the dam foundation of the Baihetan Hydropower Project[J]. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2019, 78(4): 2681–2695. doi: 10.1007/s10064-018-1228-3
[21] WANG H L, XU W Y, JIA C J, et al. Experimental research on permeability evolution with microcrack development in sandstone under different fluid pressures[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2016, 142(6): 04016014. doi: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001462
[22] MENG Q X, WANG H L, XU W Y, et al. Multiscale strength reduction method for heterogeneous slope using hierarchical FEM/DEM modeling[J]. Computers and Geotechnics, 2019, 115: 103164. doi: 10.1016/j.compgeo.2019.103164
[23] SHI H J, XU W Y, YANG L L, et al. Investigation of influencing factors for valley deformation of high arch dam using machine learning[J]. European Journal of Environmental and Civil Engineering, 2020: 1–12.
[24] SUN M C, XU W Y, WANG H L, et al. A novel hybrid intelligent prediction model for valley deformation: a case study in Xiluodu Reservoir region, China[J]. Computers, Materials & Continua, 2020, 66(1): 1057–1074.
[25] LI B, XU J R, XU W Y, et al. Mechanism of valley narrowing deformation during reservoir filling of a high arch dam[J]. European Journal of Environmental and Civil Engineering, 2020: 1–11.
[26] WANG X W, XU J R, XUE L J, et al. Study on deformation of abutment and the influence on high arch dam during impoundment[J]. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, 861(7): 072068. doi: 10.1088/1755-1315/861/7/072068
[27] 钟大宁. 高拱坝谷幅变形机制及谷幅变形对大坝的影响研究[D]. 北京: 清华大学, 2019. ZHONG Da-ning. Study on the Mechanism of Valley Width Deformation and Its Effects on the Arch Dam[D]. Beijing: Tsinghua University, 2019 (in Chinese)
[28] 杨强, 王守光, 李超毅, 等. 岩体结构变形破坏的内在驱动力–不平衡力[J]. 工程地质学报, 2020, 28(2): 202–210. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCDZ202002002.htm YANG Qiang, WANG Shou-guang, LI Chao-yi, et al. Internal driving force of deformation and failure of rock mass structure-unbalanced force[J]. Journal of Engineering Geology, 2020, 28(2): 202–210. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCDZ202002002.htm
[29] WANG S G., LIU Y R., ZHOU H W., et al. Experimental study on failure process of arch dam based on acoustic emission technique[J]. Engineering Failure Analysis, 2019, 97: 128–144. doi: 10.1016/j.engfailanal.2019.01.013
[30] TAO Z F, LIU Y R, YANG Q, et al. Study on the nonlinear deformation and failure mechanism of a high arch dam and foundation based on geomechanical model test[J]. Engineering Structures, 2020, 207: 110287. doi: 10.1016/j.engstruct.2020.110287
[31] WANG X G., LIU L P., FU R Z., et al. Newly developed pressure adaptable concrete lining for high pressure hydraulic tunnels[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2020, 105: 103570. doi: 10.1016/j.tust.2020.103570
[32] 刘立鹏, 汪小刚, 段庆伟, 等. 高压富水地层水工隧洞衬砌外水压力确定与应对措施[J/OL]. 岩土工程学报: 1-9[2022-03-05]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1124.Tu.20211228.1528.011.html, 2022. LIU Li-peng, WANG Xiao-gang, DUAN Qing-wei, et al. Methods to cope with external water pressure of hydraulic tunnel lining in high-pressure groundwater-rich stratum[J/OL]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering: 1-9[2022-03-05]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1124.Tu.20211228.1528.011.html, 2022. (in Chinese)
-
期刊类型引用(25)
1. 朱赛楠，殷跃平，铁永波，撒兰鹏，高延超，贺宇，赵慧. 乌蒙山区巨型古滑坡变形特征与复活机理研究——以大关古滑坡为例. 岩土工程学报. 2025(02): 305-314 . 
本站查看
2. 王新刚，刘凯，连宝琴，薛晨，罗力. 黄土卸荷蠕变特性与典型开挖型黄土滑坡机理研究. 工程地质学报. 2024(02): 513-521 . 百度学术
3. 党杰，杨亮，段方情，范宣梅. 贵州晴隆红寨大型古滑坡复活变形特征及成因分析. 中国地质灾害与防治学报. 2024(04): 25-35 . 百度学术
4. 蒋光灿，刘郴玲. 大藤峡水利枢纽南木江副坝1号工程鱼道边坡滑坡分析及加固处理. 人民珠江. 2024(S2): 29-31 . 百度学术
5. 覃枭雄，冯健雪，甄键，罗杰，王龙. 降雨条件下非饱和土边坡稳定性分析. 路基工程. 2024(06): 15-20 . 百度学术
6. 杜毅，晏鄂川，蔡静森，高旭，柳万里. 折线型复合式滑坡渐进破坏稳定性状态的力学判别. 岩土工程学报. 2023(06): 1151-1161 . 本站查看
7. 夏玉云，柳旻，乔建伟，刘争宏，王冉，周人飞，栗薪洋. 东南亚某水电站古滑坡复活机制研究. 岩土工程技术. 2023(03): 262-267 . 百度学术
8. 王琳，毛永强，鲍洵，崔德山. 文麻高速公路某复合滑坡变形特征分区及复活机理. 路基工程. 2023(03): 194-199 . 百度学术
9. 蒋涛，崔圣华，冉耀. 开挖和降雨耦合诱发滑坡机理分析——以四川万源前进广场滑坡为例. 中国地质灾害与防治学报. 2023(03): 20-30 . 百度学术
10. 肖宇煌，易武，贲琰棋，周艳松，莫春雷，李彧磊，李华兵. 降雨条件下麻池村1号阶跃型滑坡动态变形特征及成因机理. 资源环境与工程. 2023(04): 446-454 . 百度学术
11. 周洪福，方甜，夏晨皓，冉涛，徐如阁，张景华. 工程扰动诱发川西杜米滑坡复活变形特征及机理分析. 现代地质. 2023(04): 1044-1053 . 百度学术
12. 易武，魏兆亨，黄晓虎，雷德鑫. 降雨型堆积层滑坡降雨阈值及预警模型研究——以王家坡滑坡为例. 三峡大学学报(自然科学版). 2023(06): 36-43 . 百度学术
13. 陈云生，刘光彬，张一铭，黄海峰，吴秋军. 阳鹿高速公路K52新滑坡变形特征与成因机理分析. 中国地质灾害与防治学报. 2022(01): 83-91 . 百度学术
14. 赵瑛，王显彪，陈菊林，刘阳阳，杜文学，彭亮. 古滑坡活动诱发次级滑坡的稳定性评价及变形潜势分析. 三峡大学学报(自然科学版). 2022(03): 27-33 . 百度学术
15. 王海鹏，高瑞丹，宁树理，王航，寻怀军. 重庆市丰太六组前缘滑坡特征分析及治理方案. 工程建设. 2022(06): 36-41 . 百度学术
16. 李保生，杨程烨，韩流. 芒来露天煤矿北帮边坡滑坡机理分析. 露天采矿技术. 2022(04): 82-86 . 百度学术
17. 冉涛，陈浩，王羽珂，夏晨皓，杨东强，崔炎宗，方甜. 工程开挖活动诱发堆积层滑坡变形机理及加固效果分析. 地质与勘探. 2022(06): 1236-1251 . 百度学术
18. 石爱红，李国庆，丁德民，苑权坤. 考虑非饱和土基质吸力的丁家坡滑坡变形机制及稳定性评价. 水文地质工程地质. 2022(06): 141-151 . 百度学术
19. 王云. 古滑坡复活成因机理分析及治理研究. 有色金属设计. 2022(04): 99-103 . 百度学术
20. 佐旭明，何佳阳，邓明东，张琪. 古蔺某古滑坡形成机理及其复活变形特征研究. 甘肃水利水电技术. 2022(11): 49-54 . 百度学术
21. 曹瑾，张卫锋，张汝祥. 师宗县高良码头公路西侧古滑坡成因与防治措施. 云南地质. 2021(01): 127-132 . 百度学术
22. 肖学沛. 乐西高速某大桥桥址滑坡工程特性及稳定性分析. 四川建筑. 2021(03): 139-141+144 . 百度学术
23. 徐先达，张雨昊. 复杂环境下浅埋隧道下穿高速公路结构安全性研究. 四川建筑. 2021(03): 127-131 . 百度学术
24. 王世梅，潘宇晨，王力，崔宪东，刘婷，陈玙珊. 三峡库区大坪滑坡变形对前缘塌岸的响应分析. 工程地质学报. 2021(03): 647-656 . 百度学术
25. 任三绍，张永双，徐能雄，吴瑞安. 含砾滑带土残余强度与剪切面粗糙度的细观响应机制. 岩土工程学报. 2021(08): 1473-1482 . 本站查看
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