某水利工程岸邊坡穩定性影響分析研究

孫文雯

(新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆 伊犁 835000)

水位變化對將對庫岸邊坡的穩定性產生影響，如果邊坡失穩，可能導致巨大的人員傷亡和財產損失[1-4]。國內諸多學者對邊坡穩定進行了相關研究，但具體工程存在較大差異[4-7]。為進一步更好研究水位升降對庫岸邊坡的穩定性影響，提高水庫的安全管理水平，本文對某水庫在水位變化下的邊坡穩定性進行分析。

1 工程概況

某水利工程位于疆內，降雨一般集中在5-9月，占全年降雨量的2/3。工程主要由攔河引水樞紐、發電引水系統、壓力前池、壓力管道、電站廠房等組成，屬中型Ⅲ等工程。電站攔河引水樞紐正常引水位1 550 m，壓力前池正常水位1 547.33 m，引水系統為引水明渠，全長11.628 km，發電引水流量358 m3/s。電站總裝機容量203 MW，多年平均年發電量6.20億 kW·h，裝機年利用小時數3 054 h，其中主電站裝機容量200 MW，多年平均年發電量5.96億 kW·h；生態電站裝機容3 MW，多年平均年發電量0.24億 kW·h，電站建成后向南疆四地州電網供電，在電力系統基荷運行。樞紐兩岸山體陡峻，兩岸山坡為第四系堆積物，河床兩岸沖溝發育。

2 場地三維BIM模型建立與巖土三維數值模擬

為定量分析場地邊坡由降雨引起的變形破壞范圍和變形破壞模式，采用三維BIM軟件建立三維邊坡圖的地質信息模型，并通過相關插件生成巖土三維數值模擬軟件FLA C3D來進行模型識別且進行導入，通過變形理論為基礎的邊坡穩定性分法來對降雨蓄水之前及之后邊坡上應力-應變特征進行實驗模擬。

2.1 計算模型及參數

模型下部邊界區為建設道路，頂部邊界為邊坡坡頂，通過現場巖土勘察，邊坡基巖及堆積層的力學參數取值見表1、表2。模型中，其X為東西向，Y為南北向，Z向為垂向。其力學邊界主要是通過X向及Y向來進行雙向性的約束，模型的底面(Z向)上，則通過垂向來進行約束，此外，其地表為一個自由面。構建坡的三維模型見圖1。在開展模擬計算的過程中，需對邊坡所發生的整體變形予以充分的考慮，當前的模擬工作側重于在強降雨的情況之下邊坡的穩定性。

圖1 邊坡計算模型

表1 邊坡基巖力學參數綜合取值表

表2 邊坡堆積層強度參數綜合取值表

2.2 降雨作用下邊坡穩定分析

暴雨的情況之下所對應的三維位移云圖見圖2。可知，此時潛在的變形位移出現在邊坡的北側上陡坎之處(合計2處)，而在其它的位置上不會出現位移。對于其X及Y向的位移而言，都出現在陡坎土體周邊的區域之中，最大的位移則出現在前緣部位的Z向上。

圖2 降雨作用下邊坡三維位移云圖

2.3 正常蓄水位條件邊坡分析

正常蓄水位條件下邊坡三維總速度場云圖見圖3。可知，坡角蓄水位位置可能出現邊坡位移，其他區域未見明顯的位移趨勢。通過總位移速度場云圖發現，具有最大速度場的是坡角(208～217 m高程帶)。X方向為坡體臨空方向，變形趨勢明顯，Y方向最大位移位于堆積體靠近南側坡角，Z方向位移相對較小。

正常蓄水條件之下的穩定性系數和最高剪應變增量見圖3，可得其長期穩定性系數等于0.986，處在不穩定的狀態之中，由此可知，邊坡在長期的浸泡條件之下將會逐漸地發生失穩。根據最大剪應變增量圖得出，坡角堆積體水位升高后受水浸泡，其下伏粉砂質泥巖層對邊坡穩定起到了穩定作用。

圖3 正常蓄水工況邊坡最大剪應變增量及塑性區

3 結語

本文以某實際水庫工程為案例，通過FLAC3D來對水庫邊坡進行有限元分析得到如下結論：

(1)在天然的工況條件之下，邊坡整體上為穩定的；即使是在暴雨的條件之下，邊坡也基本保持穩定狀態，但可能出現局部破壞及滑坡可能性。其中坡角位置及邊坡的中部陡坎帶以及邊坡的北側前緣最有可能發生失穩。

(2)在正常蓄水的情況下，土體經過長期浸泡，坡體內粉砂質泥巖對堆積體位移具有控制作用，臨空方向則存在著較為顯著的變形趨勢，且從其前緣逐漸朝著后緣進行降低，對于常規蓄水位條件下的坡體穩定性系數為0.986，邊坡在長期的浸泡條件之下將會逐漸地發生失穩。最早發生在坡角，然后向后方發展。