论文摘要
中国是地质灾害发育最严重的国家之一,主要类型有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉陷等六类。中国地调局统计数据显示,仅在2012年八月,全国共发生地质灾害5752起,其中滑坡4841起、崩塌412起、泥石流415起、地面塌陷56起、地裂缝25起、地面沉降3起；造成人员伤亡的地质灾害26起,共造成53人死亡、25人失踪、75人受伤,直接经济损失32.3亿元。根据国土资源部中国地质调查局官方网站全国地质灾害通报的数据,2004年-2011年期间地质灾害六类地质灾害每年造成直接经济损失超过17亿元,伤亡人数超过400人,且在六类地质灾害中,滑坡灾害发育最为广泛,比例高达50.60%～86.11%,占全年地质灾害一半以上。中国每年因滑坡灾害造成的经济损失就在10亿美元以上,依据中国地调局地质灾害通报数据,2009仅全国特大型和大型滑坡灾害共发生16起,直接经济损失达到1.90亿元人民币；2011年死亡失踪10人以上或直接经济损失1亿元以上的重大灾害发生7起,直接经济损失5.99亿元人民币。滑坡灾害不仅造成巨大的经济损失,还严重危害人民的生命安全,1963年的意大利瓦依昂滑坡造成2600多人的死亡；1983年甘肃省东乡县洒勒山滑坡摧毁四个村,死亡220人,重伤22人；据印度报道2000年西藏易贡藏布高速巨型滑坡共造成印度30人死亡,100多人失踪,50,000人无家可归；2003年湖北秭归千将坪滑坡造成24人死亡,1100多人无家可归；2005年菲律宾南莱特省滑坡灾难造成1800多人伤亡堆积层滑坡是滑坡中分布最为广泛、规模大、暴发频率高、突发性强、持续危害性较大的一类致灾体,该类滑坡通常发生在第四系及近代松散堆积层中,其滑体物质一般由次生堆积体,如崩积物、崩坡积物及冲积与崩坡积混合物堆积而成,滑动面一般为堆积层与下覆基岩的接触面,分布于长江三峡、黄河中上游、及香港、广东、福建等地,以长江三峡发育最广泛。根据《滑坡防治工程勘察规范》（DZ/T0218-2006）,堆积层滑坡包括滑坡堆积体滑坡、崩塌堆积体滑坡、崩滑堆积体滑坡、黄土滑坡、粘土滑坡、残坡积层滑坡、人工填土滑坡,对于三峡库区,堆积层滑坡主要发育滑坡堆积体滑坡、崩塌堆积体滑坡、崩滑堆积体滑坡、残坡积层滑坡四类。三峡库区因其独特的地质构造作用及地质环境特征导致滑坡大量发育,拒不完全统计,仅在长江上游地区100万km2范围内,就发育滑坡1736个,其中64%为堆积层滑坡,而在三峡库区二、三期治理和监测的崩塌滑坡灾害点中,堆积层滑坡点约占80%。根据统计分析,这些堆积层滑坡在降雨及三峡库区库水位调度作用下大部分目前处于潜在不稳定状态,在降雨和库水位持续作用下其发展趋势为不稳定状态。对于三峡库区来说,滑坡失稳破坏不仅造成滑坡体上人员财产损失,同时会堵塞航道,更重要的是其次生涌浪灾害造成的危害,意大利瓦依昂滑坡就是最好的证明。因此,三峡库区堆积层滑坡的稳定直接关系到库区人员的生命财产安全和水库的正常运营,三峡库区堆积层滑坡的稳定性与预测预报研究具有重要的理论和实际意义。本论文以三峡库区堆积层滑坡为研究对象,在统计分析三峡库区堆积层滑坡发育规律的基础上,利用室内试验、推广Bayes方法、深部位移监测数据定量分析、数值模拟与位移监测反分析、神经网络模型等方法对滑坡抗剪强度参数的选取和预测进行研究,同时采用强度折减法、Rosenblueth计算方法以及点安全系数法运用FLAC3D数值模拟软件对滑坡的整体与局部稳定性进行了探讨,在此基础上采用滑坡GPS专业监测、滑坡深部位移监测、数值分析模型和非线性模型等研究考虑库水位和降雨等外界因素影响的滑坡位移预测模型、滑坡时间预报模型和判据。通过以上研究,最终得到以下结论：（1）统计分析得到了三峡库区堆积层滑坡的分布规律、发育特征及变形破坏特征。三峡库区堆积层滑坡主要发育在三叠系中统巴东组泥岩和侏罗系中统沙溪庙组泥岩和砂岩互层等易滑地层中,在秭归、巴东、巫山、奉节、云阳、万州六个区县分布最广,主要为特大型和大型滑坡,其中大型滑坡最为发育,且大部分为中深层滑坡,顺向坡最为发育,剖面形态多为凸形,且主要发育在中倾坡（10°～40°）中,其物质组成以残积（Qe1）、坡积（Qdl）、崩积（Qcol）、滑坡堆积（Qdel）的第四系粉质粘土夹碎石为主,滑坡前缘发育在200m高程以下,后缘发育在725m高程以下,三峡库区堆积层滑坡地表累积位移曲线形态主要有稳定型、匀速型、收敛型、加速型、阶跃型和回落型六类,深部位移曲线主要有“V”型、“D”型、“B”型、“r”型、“钟摆”型和“复合”型六类,主要存在蠕滑-拉裂、滑移-隆起-整体下滑、滑移-拉裂-剪断三种变形破坏模式。（2）建立了三峡库区堆积层滑坡抗剪强度参数选取和预测的方法。通过对滑坡抗剪强度参数室内试验、推广bayes方法反分析方法、数值方法与位移监测反分析方法、滑坡深部位移监测数据定量分析基础上的滑坡抗剪强度参数反分析方法、滑坡抗剪强度参数BP神经网络预测方法的研究,并以滑坡实例验证,得到了三峡库区堆积层滑坡抗剪强度参数选取和预测方法的原理及适用条件：①室内试验因取样扰动、试验条件、试验误差以及滑坡空间差异性等原因导致试验结果存在很大的不确定性,其可靠性受到很大影响,且对于三峡库区堆积层滑坡来说,滑坡抗剪参数一般处于峰值强度和残余强度之间、饱和与天然状态并存,试验结果不能直接应用于滑坡稳定性分析等领域,一般作为反分析方法的基础数据。②推广bayes方法反分析滑坡抗剪强度参数的分布形式重点在于先验函数的选取,目前一般以区域统计规律作为先验函数,主要适用于滑坡滑带土室内试验组数较少的滑坡,反分析结果主要用于计算滑坡的破坏概率,对滑坡稳定性进行定量评价。③滑坡抗剪强度参数数值方法与位移监测反分析方法是以滑坡室内试验数据或区域统计规律为基础,以滑坡监测位移及其位移趋势为判断依据,采用数值模拟手段选择滑坡最优抗剪强度参数组合。该方法能够应用于三峡库区大量未进行详细勘察仅进行专业监测的滑坡,但其结果易受数值模拟方法软件缺陷、滑坡专业监测结果准确性的影响。④滑坡深部位移监测数据定量分析基础上的滑坡抗剪强度参数反分析方法将滑坡滑带从完整到完全破坏的过程视为滑坡抗剪强度从峰值强度变为残余强度的过程,并采用内聚力和内摩擦角等比例折减。该方法主要适用于进行深部位移监测且位移监测曲线具有典型曲线特征的滑坡,同时需以室内试验数据或区域统计规律为基础。⑤滑坡抗剪强度参数预测是以区域统计规律建立的抗剪强度参数与滑坡基本物理力学参数之间的关系为基础,采用神经网络模型建立滑坡抗剪强度参数的预测模型。该方法适用于仅进行滑坡基本物理力学试验而未进行滑坡抗剪强度参数试验的滑坡,特别是由于时间、试验设备等原因而未进行残余强度试验的滑坡。（3）以三峡库区典型堆积层滑坡为例,建立了三峡库区堆积层滑坡整体与局部稳定性评价方法。以三峡库区典型堆积层滑坡-重庆市万州区塘角1号滑坡为例,首先通过滑坡现场调查及专业监测成果分析确定滑坡的变形情况,同时建立滑坡三维地质模型。然后采用强度折减法和Rosenblueth计算方法对滑坡三维整体稳定性系数和三维破坏概率进行了研究,同时将其结果与二维稳定性系数和二维破坏概率进行了对比分析,从定性和定量的角度综合分析滑坡的整体稳定性。最后采用数值分析及点安全系数法对滑坡各部位的稳定性系数分布、滑坡位移场、滑坡应力应变场、滑坡塑性区分布进行分析研究,并将其研究结果与现场专业监测和宏观变形调查进行对比验证,以此研究滑坡的局部稳定性。滑坡实例研究结果表明：滑坡三维稳定性计算结果比二维计算结果大,滑坡三维破坏概率比二维破坏概率要小；滑坡计算主剖面不能代表滑坡整体,在滑坡整体稳定性评价时宜采用三维计算方法；滑坡整体稳定性和局部稳定性差别很大,在滑坡稳定性评价中不仅要计算滑坡整体稳定性,而且还要根据现场调查及滑坡专业监测的分析结果对滑坡的局部稳定性进行评价,特别是对于大型堆积层滑坡。（4）从考虑库水位、降雨等外界因素的角度,建立了三峡库区堆积层滑坡位移预测、时间预报模型和方法。以考虑三峡库区堆积层滑坡主要外界影响因素-降雨和库水位为出发点,以滑坡整体与局部稳定性评价结果为依据,以数学力学分析、数值模拟等为手段,以R/S分析方法、加卸载响应比理论等为研究方法,建立了三峡库区堆积层滑坡位移预测、时间预报模型和方法：①以R/S分析方法中赫斯特指数H偏离0.5的程度来确定滑坡位移时间序列中趋势项位移和周期项位移的比例,然后采用神经网络模型和多项式拟合来分别预测滑坡的趋势项位移和周期项位移。该方法充分考虑了降雨和库水位对滑坡位移的影响,适用于三峡库区堆积层滑坡的位移预测。②以相邻时刻的库水位差值为加卸载增量,以对应滑坡累积位移加速度相邻时刻的差值为加卸载响应增量,以加卸载响应比与1的大小对滑坡失稳破坏时间进行预报的滑坡加卸载响应比时间预报模型重点考虑了三峡库区特殊的人类工程活动-库水位调度,对研究三峡库区堆积层滑坡时间预报具有重要意义。③将三峡库区堆积层滑坡简化为单一直线形滑动面滑坡,运用前述滑坡抗剪强度参数与滑坡滑带完整性指标的关系,采用剩余推力法建立滑坡稳定性系数与滑带完整性指标之间的关系,以滑坡稳定性系数等于1时的滑带完整性指标作为滑坡时间预报判据,该方法考虑了滑坡抗剪强度随滑坡变形不断变化的特征,经滑坡实例验证,可作为一种有效的预报方法进行进一步探讨。④采用数值模拟手段,以滑坡有限元计算不收敛、滑坡塑性区贯通及滑坡关键位移监测点位移发生突变为滑坡失稳破坏判据,以滑坡失稳破坏时滑坡关键位移监测点的位移和滑坡极端工况条件下降雨量大小作为滑坡失稳破坏判据的数值分析滑坡时间预报判据研究方法,充分考虑了降雨和库水位对滑坡的影响,为滑坡时间预报判据研究提供了一种新的思路,但由于数值模拟手段中本构模型、滑坡边界条件、滑坡计算参数等与滑坡实际情况存在一定的差别,导致滑坡模拟结果与滑坡实际情况存在一定的出入,所以对于该方法的实用性,还需进行不断探索。