蓄水诱发大型倾倒体失稳机制：基于茨哈峡水库边坡物理模型试验的多尺度研究

本文通过物理模型试验揭示了茨哈峡水库边坡大型倾倒体在蓄水过程中的失稳机制。研究发现：倾倒体内部存在强倾倒破碎带（STFZ）、块状破裂带（BFZ）和倾倒影响带（TIZ）三类敏感区域，其中STFZ对水位变化响应最显著（最大位移达原型17.4?m）。研究首次提出"杠杆式"应变分布模式（上拉下压），阐明水位升降通过扬压力（uplift pressure）与渗流力（seepage forces）的双重作用诱发失稳，为高应力区风化倾倒体的工程防控提供了理论依据。

　　

Highlight

蓄水过程中倾倒体的破坏机制可分为三阶段：

（1）坡表裂缝演化阶段

水位上升时，强倾倒破碎带（STFZ）表层岩块首先接触水体。由于基质吸力（matric suction）作用，湿润锋面略高于水位线，岩体在湿润峰下逐渐饱和，导致抗剪强度降低。此时坡顶出现张裂缝，裂缝扩展呈现"自上而下"的渐进模式（图8）。

（2）关键块体锁固段破坏阶段

当水位稳定在97?cm（原型2925?m）时，扬压力剧增使抗滑力骤减，引发首次大规模倾倒破坏。光纤监测显示应变呈"杠杆式"分布——以拉-压边界为支点，上部受拉（最大拉应变1200με）、下部受压（800με），这种独特分布与岩体风化程度密切相关。

（3）持续蠕变阶段

长期风化使岩体土化（soil-like），其粒径和物理性质改变导致：①导水性增强（渗透系数提升2个数量级）；②蠕变倾向显著；③破坏模式由脆性转向延性。STFZ位移速率达1.2?cm/day，而倾倒影响带（TIZ）仅0.01?cm/day，表明破坏具有显著空间异质性。

Conclusion

本研究通过多尺度监测揭示了蓄水诱发倾倒体失稳的创新机制：

（1）随侧向深度增加，体积含水率（VWC）和孔隙水压力（PWP）响应滞后性增强；

（2）水位变化对STFZ影响最显著（位移量级：STFZ>BFZ>TIZ）；

（3）风化作用通过改变岩体结构性质，显著影响其长期稳定性。这些发现为水电工程风险防控提供了重要理论支撑。