某水庫右岸斜坡體穩定性分析研究

杜飛翔 張德成

(1.云南省交通規劃設計研究院，云南 昆明 650011； 2.南充市政府投資非經營性項目代建中心，四川 南充 637000)

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某水庫右岸斜坡體穩定性分析研究

杜飛翔1張德成2

(1.云南省交通規劃設計研究院，云南 昆明 650011； 2.南充市政府投資非經營性項目代建中心，四川 南充 637000)

以長興水庫右岸斜坡體為例，研究了庫岸失穩的機理，運用geostudio軟件對斜坡體的滲流情況進行了模擬，得出不同水位變化情況下斜坡體內的孔隙水壓力和滲流力，并分析了不同的水庫水位變化情況對斜坡穩定性的影響，得到多種工況下斜坡體的穩定系數，為實際工程建設提供了科學的理論依據。

水庫，非穩定滲流，邊坡，滲流力

0 引言

水庫邊坡的穩定性研究不同于普通的邊坡問題，水庫邊坡除具有一般山地邊坡的基本特征外，有著很大的特殊性，因為水庫的蓄水和運行使得區域內的地質環境發生了很大的變化。因此，國內外許多學者對庫岸邊坡的成因機制進行研究，并取得了諸多成果。王士天等[1，2]研究發現，在庫水上升過程中，庫水對庫岸地帶斜坡的作用有多種形式。李俊亭、殷曉紅等[3-5]通過實驗發現，由于庫水浸泡作用，原先穩定的岸坡就會產生塌岸破壞等，逐漸地導致坡體變形失穩破壞。瓊斯等經調查發現，水位驟降對滑坡的穩定性有重大影響。劉明華、冉光靜等[6-8]研究發現，庫水位發生驟降時，對降低坡體穩定性起主要作用的是坡體內的滲透水壓力。

以庫岸巖體邊坡穩定性為研究核心，以巖體類型、結構、水庫規劃設計情況為基礎，對影響邊坡穩定的主要工程因素進行全面的研究，以此獲得指導工程實踐關于庫岸巖質邊坡穩定性分析的研究成果。

1 水庫右岸斜坡體工程地質特征

本文所研究的斜坡位于長興水庫大壩右壩肩附近，為低山丘陵。岸坡以巖質邊坡為主，自然岸坡基本穩定。水庫右岸斜坡主要由三級基座階地(Ⅲ)和低山丘陵(Ⅴ)地貌組成，地面坡度為25°～40°。庫岸斜坡下部常為碎塊石含粘性土坡積物堆積。

根據對右岸花崗巖體的節理(結構面)和斜坡的調查統計，利用赤平極射投影方法，進行定性的分析得出，目前條件下右岸岸坡巖體抗滑穩定性為基本穩定，而在未來水庫蓄水運行中，浪蝕侵蝕庫岸使得坡角變陡至不小于38°，在長期的侵蝕沖刷作用下，岸坡將處于不穩定狀態。當水庫開始蓄水或者快速泄水的情況下，庫水位發生變化，改變了斜坡巖土體內局部的地下水滲流情況，在靜水壓力、滲流力的作用下，斜坡發生失穩破壞的可能性提高，極有可能沿著斜坡體內的節理結構面發生滑動破壞。本文以分析斜坡內地下水滲流情況為基礎，分析斜坡體在不同的水位高程，不同的水位升降速度的影響下，計算其穩定系數，評價斜坡的穩定性變化情況。

斜坡巖土體內節理發育情況如表1所示。

表1 長興水庫右岸節理統計表

2 斜坡體內滲流場特征

水庫在蓄水過程中，庫岸邊坡發生失穩破壞的現象時有發生，導致這種邊坡失穩破壞的因素較多，一方面原本干燥的巖土體在水的浸泡作用下強度降低；另一方面，水位較快地上升，會在庫岸邊坡前緣部分形成暫時的非穩態滲流，邊坡在靜水壓力和滲流力的作用下發生失穩破壞。水位以不同的速度上升，對邊坡穩定性的影響也各不相同。針對這些現象，本文依據長興水庫水位變化情況，模擬了以不同的速度上升的水位，在不同的時段，邊坡內的非穩定滲流情況。

為模擬水庫水位以不同的速度上升時，水庫右岸斜坡巖土體內的滲流情況，現假定水庫水位分別以0.25 m/d，0.5 m/d，1 m/d的速度上升，在水位達到458 m，462 m，466 m，470 m，474 m時，斜坡巖土體內的滲流情況如圖1～圖3所示。

從圖1～圖3中可以看出:庫水位上升過程中，斜坡巖土體體內都會出現“倒流”現象，浸潤線都有略向下凹的趨勢，滑坡體浸潤線在初期下凹的程度較小，隨著時間的推移，浸潤線下凹的程度不斷增大，孔隙水壓力、壓力水頭差都不斷增大，滲流力增大。

3 滑坡穩定性分析的數值模擬

3.1 滑坡的形成機制

長興水庫右岸斜坡，主要由三級基座階地和低山丘陵地貌組成，岸坡以巖質邊坡為主，表層為碎塊石含少量粘性土，厚度較薄；其下為全風化、強風化花崗巖，斜坡地形高程在450.0 m～693.0 m，地面坡度25°～40°。全風化花崗巖結構破壞嚴重，厚約4 m～6m，c=0，φ=28。其下發育強風化花崗巖，厚度較大，約14 m～16 m，根據當地工程實際經驗，其抗剪強度參數取值約c=40，φ=35°。

區內花崗巖邊坡結構面顯著發育，規模大，延伸長。花崗巖邊坡的穩定性主要是受三組結構面的控制，L1結構面傾向88°，傾角75°；L2結構面傾向225°，傾角47°；L3結構面傾向138°，傾角82°。通過對區內大量的花崗巖結構面情況調查，發現失穩破壞主要是受這三種結構面控制，如表2所示。圖4為斜坡巖土體內不利組合結構面的赤平極射投影圖。

表2 右岸不利結構面統計

斜坡體的滑動，主要受以上三組結構面的控制，三組結構面構成一楔形滑動體，在斜坡上選取一剖面，以該剖面為基礎，使用Slope/w軟件，對斜坡進行模擬，分析不同的滲流情況對邊坡穩定性的影響程度。

3.2 模型參數的選取

在本次滑坡的分析中，主要用到的是極限平衡法。極限平衡法的優點是在不能給出應力作用下結構變形圖像的情況下，也能對結構的穩定性給出比較精確的結論。目前在很多大型水電工程中都有應用，比如錦屏梯級電站的庫區邊坡，三峽庫區邊坡等。

根據室內試驗以及滑動面巖土體的特征，確定滑體內各種材料的參數，如表3所示。

表3 模型各材料物理力學參數取值

3.3 模型的建立、安全系數的計算

本文所采用的是GEO-SLOPE軟件來計算此邊坡的安全系數，建立模型如圖5所示。

4 不同水位穩定性計算并分析

水庫蓄水水位上升情況，結合水庫右岸斜坡巖土體內的滲流分析結果，得知不同水位不同速度時巖土體內的孔隙水壓力和滲流力，應用Slope/w軟件結合seep/w模塊的模擬結果的方法，計算某一剖面在不同速度下，不同的水位高程處時的斜坡巖土體的穩定系數，計算結果如表4所示。

表4 水位以不同速度上升到不同高程時的斜坡穩定系數

1)水庫水位上升時，作用在斜坡上的力有浮力、靜水壓力和滲流力，浮力使得斜坡下滑力減小，對斜坡穩定有利；靜水壓力增加了下滑力，對穩定不利；滲流力作用方向指向斜坡內部，對斜坡穩定有利。

2)庫水位上升到某一高程,經一段時間孔隙水壓力全部消散,滲流場穩定。此時斜坡的穩定性受水的浮力和靜水壓力影響，不存在滲流力的作用。隨著水位高程的增加,斜坡的穩定系數先是降低,再升高,且升高后的穩定系數小于最初的穩定系數，存在一穩定系數最小的臨界高程點。

3)當庫水位以某一個比較小的速度上升，非穩定滲流場下，此時的斜坡穩定性受浮力、靜水壓力和滲流力共同影響。斜坡的穩定系數先是下降，再上升。這個水位上升速度稱為臨界速度，其值的大小與滲透系數的大小、滑動體的形態等有關。

4)當庫水位上升速度超過臨界速度時，隨著庫水位上升，斜坡的穩定系數一直升高，滲流力的作用效果明顯。

5)在相同的水位高程，水庫水位上升的速度越快，滲流力越大，斜坡的穩定系數越大，穩定性越好。

6)滲流力對邊坡穩定的影響作用明顯。

5 結語

長興水庫建成蓄水之后，正常設計高水位474 m，水庫在蓄水或者泄水的過程中，水庫水位上升或下降，將改變水庫周圍的水文環境，引起滲流場的變化，進而影響到右岸斜坡巖土體環境，使其穩定性降低，引發滑坡等工程地質問題。本文對長興水庫右岸斜坡巖土體中影響斜坡體穩定性的因素進行了分析，尤其是地下水的作用，從導致斜坡體失穩的力學機制開始，對庫水位變化時，斜坡體內的滲流情況進行了模擬，結合滲流模擬分析的結果，用不同的方法計算了斜坡巖土體的穩定性情況，并分析了不同庫水位變化情況對斜坡的穩定性影響情況，得出以下的結論:

1)當水庫蓄水水位上升時，水庫中的水會不斷滲入到斜坡體內，滲流力的作用對斜坡的穩定有利，相比于穩定滲流情況，斜坡穩定性升高，且水位上升速度越快，穩定性越好。

2)當水庫泄水水位降落時，斜坡體內的地下水流向水庫，滲流力的作用對斜坡穩定不利，相比于穩定滲流情況，斜坡穩定性降低，且水位降落速度越快，穩定性越差。

3)水位下降時斜坡的穩定性比水位上升時的穩定性差。

4)滲流力對斜坡穩定性影響作用明顯。滲流力的大小與斜坡巖土體的滲透系數、水位變化速度和滑動體的形態有關。

5)在未來水庫蓄水運行中，波浪侵蝕斜坡坡腳，坡角變陡，在長期的侵蝕沖刷作用下，岸坡將處于不穩定狀態。

[1] 王士天.高邊坡變形破壞機制及穩定性評價[M].成都：西南交通大學出版社,1994.

[2] 羅繼勇，胡帶美，蔣井源.百色水利樞紐近壩庫岸深厚風化巖體邊坡穩定性分析[J].廣西水利水電，2005(4)：29-31.

[3] 李俊亭.地下水流數值模擬[M].北京：地質出版社，1989.

[4] 龔匡周，王 浩.方雪晶，等.復雜巖質邊坡的破壞類型及穩定性分析[J].中國地質災害與防治學報，2012，23(1)：22-27.

[5] 殷曉紅，劉慶元.地下水壓力對邊坡穩定的影響[J].金屬材料與冶金工程,2000(5)：31-33.

[6] 劉明華,譚 毅.水對巖質邊坡穩定性的影響[J].甘肅科技縱橫，2006，35(5)：139.

[7] 趙煉恒，羅 強，李 亮，等.地下水位變化對邊坡穩定性影響的上限分析[J].公路交通科技，2010，27(7)：1-7.

[8] 冉光靜.大渡河金川水電站左岸引水發電系統進水口高邊坡穩定性研究[D].成都：成都理工大學碩士學位論文，2009.

A reservoir on the right bank slope stability analysis

Du Feixiang1Zhang Decheng2

(1.YunnanCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Kunming650011,China;2.NanchongGovernment-InvestedNon-operationalProgramAgentConstructionCenter,Nanchong637000,China)

Taking Changxing reservoir as an example, the mechanism of slope instability is studied, using geostudio software in the seepage condition of the slope body is simulated, obtained under different water level changes in pore water pressure and seepage force of slope body, it analyzes the different changes of reservoir water level on slope stability influence. Get a variety of conditions the stability coefficient of slope body, provides scientific theoretical basis for practical engineering construction.

reservoir, unsaturated seepage, slope, seepage force

1009-6825(2016)16-0075-03

2016-03-22

杜飛翔(1985- )，男，碩士，工程師

TU413.62

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