黃材水庫溢洪道滑坡穩定分析

陳金華

（長沙市黃材水庫灌區管理局 長沙市 410600）

黃材水庫溢洪道滑坡穩定分析

陳金華

（長沙市黃材水庫灌區管理局 長沙市 410600）

黃材水庫經過2002年大壩除險加固處理后，滑坡體穩定，說明溢洪道滑坡體得到全面治理。文章就黃材水庫溢洪道滑坡處理情況從滑坡穩定性、滑坡穩定敏感性、滑坡穩定可靠度、滑坡涌浪四個方面進行分析論述，旨在深入闡述溢洪道產生滑坡的原因，分析溢洪道滑坡的不穩定性，從而加固處理。

溢洪道 滑坡體 穩定分析

滑坡的形成有自然因素和人為因素兩個方面。自然因素就防汛而言有形態、地質結構、降水、地下水等；人為因素有人造陡坡、爆破、堆土等因素。黃材水庫溢洪道山體滑坡是由于地質結構而引起的，全面分析不同地質條件下溢洪道滑坡問題將有助于水庫溢洪道建設和水庫的防汛處險工作。

黃材水庫是一座以灌溉為主，兼發電、防洪、養殖于一體的大（II）型水利綜合樞紐工程。水庫樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水洞、電站、引水壩等建筑物組成。

黃材水庫于1958年9月破土動工，1965年樞紐工程基本建成，1968年完成主體工程，運行至今，工程在灌溉、發電和防洪等方面發揮了巨大效益。由于當時設計洪水標準偏低，溢洪道泄洪能力不足，1987～1990年的除險加固中，將溢洪道左岸擴建一孔。但在施工過程中未做任何勘探工作，對邊坡所處的地質環境缺乏認識，以第一次修建時的地質資料作參考進行施工，以致在擴建過程中先后5次滑坡，前后歷時4年完成了溢洪道左岸泄洪閘擴建及泄槽加固。全面分析溢洪道產生滑坡原因，闡述其除險加固后的滑坡穩定情況，對溢洪道建設將產生積極和深遠的影響。

1 滑坡穩定性分析

在除險加固前，在枯水位151.00 mm、正常蓄水位166.00 mm、設計洪水位168.14 m、校核洪水位169.41 m、校核洪水位驟降至正常蓄水位這5種工況下采用摩根斯坦法、不平衡推力法、簡布法3種不同的方法進行了溢洪道穩定安全系數計算，經計算5種工況下均不穩定。于是在進行除險加固時將水位降至最低枯水位151.00 mm，盡量減少水位變化在施工過程中對滑坡體產生的影響。2002年除險加固后運行至今，經復核，滑坡穩定安全系數均小于1，滑坡體穩定。

2 滑坡穩定敏感性分析的必要性

在除險加固前，經過檢測，試驗成果如下：滑坡抗剪強度參數f為0.42～0.52，c為（0.01～0.02）MPa,水下折減系數為0.88。從敏感性分析結果看，滑坡穩定性安全系數Fs基本上是隨凝聚力C和摩擦系數f的增大而線性地增大。實地鉆探取樣后，最小穩定安全系數為0.87，最大為1.28，而大部分的穩定安全系數在（0.95～1.20）之間，說明鉆探、試驗取樣時滑坡是臨界穩定。除險加固后運行至今，經復核，滑坡穩定敏感性分析滿足要求，這說明滑坡穩定敏感性分析對治理滑坡工程有一定影響。

3 滑坡穩定可靠度分析不容忽視

邊坡穩定安全系數Fs為某一滑面所能提供的抗滑力（R）與該面上實際下滑力（S）之比。從可靠度角度看，R和S都是隨機變量，故在一般情況下，抗力還是有可能小于滑動力S的。這種破壞概率可以寫成：Pf=P[R-S＜0]=P[R/S＜1]=P[ln（R/S）＜0]，由破壞概率Pf計算邊坡的穩定概率，即邊坡的可靠度（Ps），則Ps=1-Pf。在滑坡穩定可靠度分析中，把滑面的凝聚力C、摩擦角φ、滑體容重r、坡外靜水位Hw、坡內地下水位H作為隨機變量。滑面抗剪強度參數的樣本較少，不足以統計分析確定其分布類型。參照相關文獻資料，C、φ值常服從截尾正態分布，r、Hw、H也服從正態分布。破壞概率的計算方法有三種;即蒙特卡羅法、羅森帕盧思法、可靠度指標法。蒙特卡羅法是通過抽樣的方法來求破壞概率，羅森帕盧思法是從樣本中進行假設檢驗。可靠度指標法是利用邊坡穩定狀態方程通過“中心點”法和“驗算點”法兩種方法計算滑坡的破壞概率Pf=73.34%～93.64%，可見黃材水庫溢洪道滑坡是不穩定的，必須采取整治措施。除險加固削坡減載后經復核穩定性已達到穩定要求。

4 滑坡涌浪分析

通過對滑坡速度在只選計算工況為正常蓄水位和校核洪水位兩種工況。顯示出最大滑速呈非線性發展的特點。當滑坡高速進入水庫時，將產生涌浪，涌浪以滑坡處為源點，向上下游推進，并不斷變形，從而產生不穩定流的過程。對于全部涌浪過程，溢洪道前涌浪高度約為（1.75～4.68）m，滑坡涌浪會翻過溢洪道弧形閘門，在弧形閘門后形成真空和負壓，從而造成本來穩定但富裕度不大的弧形閘門失事，直接影響副壩的安全。

黃材水庫在除險加固后，徹底消除了滑坡體由于涌浪引起的不穩定因素，從而大大減少了溢洪道滑坡體對閘門及副壩的影響。因此，在進行結構計算和復核中不能忽視滑坡涌浪因素。

5 結論

由于黃材水庫溢洪道滑坡在基巖中存在有節理、斷層等不連續結構面，引起了岸體非彈性、非線性變形，為了較好地了解滑體的應力應變狀態，對黃材水庫溢洪道滑坡進行平面非線性有限元計算分析。可以看出，隨著水庫水位升高，滑體的穩定條件變差，產生的應力和位移都增大，滑坡坡頂及以上都出了拉應力，滑體上部從殘坡積物中拉裂，滑體會產生變形破壞和滑動，并且頂部會向上繼續拉裂，滑坡向上發展，從而使這種牽引式滑坡繼續向上產生更大范圍的變形破壞和滑動。因此，必須采取整治措施防止滑動變形和滑動。

2002年黃材水庫除險加固工程中溢洪道滑坡體經上部減載排水、下部擋墻方案處理后運行14年來，經日常觀察，抽樣、檢測，計算復核成果，滑坡體穩定。

因此，黃材水庫溢洪道滑坡穩定分析，是從滑坡穩定性分析、滑坡穩定敏感性分析、滑坡穩定可靠度分析、滑坡涌浪分析4個方面闡明滑坡的成因及治理的結果，說明黃材水庫溢洪道滑坡體經處險后，已經保持穩定，并達到了預期效果。

2017-01-17）

陳金華（1967-），男，大學本科，工程師，主要從事水利水電工程技術與管理工作，手機：13975841178。