库区内滑坡涌浪计算

浅谈库区内滑坡涌浪计算
摘要:水库岸边的滑坡尤其的多，滑坡一旦下滑不但影响滑坡区及周围人民的生命财产安全，同时形成涌浪造成的次生灾害也非常大，由此对库区范围内滑坡形成的涌浪计算就尤为重要。

由于影响水库滑坡涌浪的因素是十分复杂的，而且许多因素不能明确确定而仅为估计值，另外，计算时边界条件和初始条件也较为复杂，目前还没有一种通用的计算方法。

本文结合开县鲤鱼塘水库库区吴场丘滑坡勘查为例，主要参考三峡库区地质灾害防治工作指挥部《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘查技术要求》中提出的潘家铮法进行简要的阐述。

关键词:水库滑坡涌浪涌浪计算潘家铮法
中图分类号： tv62 文献标识码： a 文章编号：
1、前言
开县鲤鱼塘水库于2008年10月底蓄水至448m随即降至446m左右时，库区支流马厂河上游，距水库大坝约2.4km处吴场丘出现了滑坡，其两侧边缘出现明显的地面开裂迹象，滑坡及影响范围内共涉及17户65人。

该滑坡一旦滑动不仅影响区内村民的生命财产安全；滑体滑入鲤鱼塘水库时形成涌浪，涌浪有可能危及其附近的居民并有可能危及水库坝体及坝体下游的居民安全。

为了解滑坡稳定性，评价滑坡危害性，需对滑坡形成涌浪进行计算。

2、滑坡基本特征
2.1滑坡空间形态特征
滑坡前缘位于现库水位以下，据当地村民了解高程在421m左右有基岩出露，且有泉点出露，根据实测水下剖面可知，此处为陡坡形成临空，推断滑坡前缘高程在421m；后缘以基岩出露为界，其高程为590m，相对高差169m，主滑方向352°，地形呈阶梯状，滑坡前部坎高一般0.5～2.0m；滑坡后部形成四处高陡坎，坎高一般7～9m，最高达12m，坡角一般60～75°。

滑坡两侧以出现裂缝并外延至冲沟边为界，滑坡东—西横向宽约100～300m，南—北纵向长约425m，外表形态呈“舌”形，后缘呈“圈椅”状（见照片1）。

滑坡平面面积约8.6×104m2，滑体平均厚约12.5m，体积约107.5×104m3。

2.2滑带特征
灰黑色、灰黄色、黄色，主要成分为粉质粘土含砾石颗粒组成（见照片2、3），其中粉质粘土呈软塑状～可塑状，手捏有滑感，粘性较好，手可搓成直径约2～4mm的条，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，切面光滑，稍有光泽；砾石颗粒约占30～40%，粒径一般2～10mm，最大达40mm。

根据分析该层存在搓揉挤压现象，碎石颗粒呈黑色，次棱角状、次圆状为主，有少量呈圆状，砾石呈定向排列。

2.3滑坡类型
该滑坡位于顺向斜坡上，滑体上部为粉质粘土夹碎块石，下部为似层状碎裂岩体，区内多处陡坎下有出露，碎裂岩体产状与周边完整基岩有一定差异，普遍大于两侧基岩，经分析该层不是基岩；通过
tc8、tc10、tj4揭露，该层裂隙发育，偶有充填，局部存在裂隙空洞，开挖时易产生掉块；据分析该滑坡可能以前出现过滑动，岩体受挤压、拉裂所至；滑面为粉质粘土夹砾石颗粒，通过钻探取样及tj4中可观察到滑带存在搓揉挤压现象，滑带中砾石颗粒呈黑色，为滑动时高温形成，颗粒多呈次棱角状、次圆状，少量圆状，主要为滑动时搓揉形成，因此该滑坡为顺层岩质老滑坡。

通过tc6、tj4分析此次变形裂缝穿越似层状碎裂岩体，滑面位于似层状碎裂岩体以下，滑面为老滑坡滑面，滑坡在前缘库水位的影响下复活。

3、滑坡稳定性分析评价
3.1稳定性判别标准
该滑坡防治工程等级为三级，根据重庆市地方标准《地质灾害防治工程勘察规范》[db50/143-2003]，并参照三峡库区地质灾害防治工作指挥部《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘查技术要求》，滑坡静止水位时稳定安全系数取1.15，水位降时稳定安全系数取1.10。

滑坡稳定性判别标准见表3.3-1。

滑坡稳定系数fs＜1.00时为不稳定；1.00≤fs＜1.05时为欠稳定；1.05≤fs＜fst时为基本稳定；fs≥fst时为稳定。

（fst为滑坡稳定性安全系数）
3.2稳定性评价
根据计算及现状变形情况分析：现状工况下滑坡整体处于基本稳定状态，其稳定系数为1.102～1.114；暴雨工况下整体处于基本稳定状态，其稳定系数为1.052～1.057；暴雨+高水位工况下滑坡整体处于基本稳定状态，其稳定系数为1.051～1.058；暴雨+水位降工
况下滑坡整体处于欠稳定状态，其稳定系数为1.016～1.041。

4、滑坡涌浪计算
吴场丘滑坡在暴雨+水位降工况下滑坡整体处于欠稳定状态滑坡，极易产生滑动，滑坡滑动时将产生涌浪，为评价滑坡下滑产生涌浪对周边及坝体的影响，需计算其涌浪高度。

影响水库滑坡涌浪的因素是十分复杂的，而且许多因素不能明确确定而仅为估计值，另外，计算时边界条件和初始条件也较为复杂，目前还没有一种通用的计算方法。

本次涌浪计算主要参考三峡库区地质灾害防治工作指挥部《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘查技术要求》中提出的潘家铮方法。

4.1 初始浪高计算
(1)计算公式。

潘家铮于1980年提出初始浪高的计算方法，计算模式按岸坡变形分为水平运动和垂直运动两种。

滑坡体的滑速计算方法可采用美国土木工程学会的推荐法。

式中：h为滑体重心距离水面的位置（m）取31.5m，经计算：滑速v=15.06 m/s。

滑面倾角平均取20°，其水平运动速度取14.15 m/s，垂直运动速度5.15 m/s。

当岸坡发生水平运动时，激起的初始浪高可表示为：。

为激起的初始涌浪高度（m），h为水库平均深度（m），为岸坡水平运动速度（m/s），g 为重力加速度（m/s2）。

当岸坡发生垂直运动时，激起的初始浪高可用下面的函数表示为：，其中，当时，；当时，呈曲线变化；当时，；两者模拟下的变化曲线见图4.1
图4.1两种模式下的初始涌浪高度求解曲线图
（1－岸坡水平运动模式；2－岸坡垂直运动模式）
(2)计算工况。

本次计算采用最不利工况为计算工况即工况4（暴雨+水位降工况）：自重+地表荷载+水库坝前水位从450.00m聚降至405.00m+20年一遇暴雨。

(3)参数取值。

当水库坝前水位为450.00m时，滑坡区水库平均深度取28.50m。

(4)计算结果。

滑坡滑动水平运动时，激起的初始浪高为27.95m；滑坡滑动垂直运动时，激起的初始浪高为8.69m。

4.2 对岸a点最高涌浪计算
(1)计算公式。

岸边滑坡突然滑入水中，产生的涌浪经水域传至对岸a点(图4.2)的最大涌浪高度为。

为对岸a点最高涌浪(m)，为初始浪高；l为滑坡体宽度的一半(m)。

为波的反射系数，在求对岸最高涌浪时，为1；∑为级数和。

该级数的项数取决于滑坡历时t及涌浪从一岸传播至对岸需时之比，见表4.2。

波速c按下式计算：
表4.2不同t/△t比值所应采用的级数项数
(2)计算工况。

本次计算采用最不利工况为计算工况即工况4（暴雨+水位降工况）：自重+地表荷载+水库坝前水位从450.00m聚降至405.00m+20年一遇暴雨。

(3)参数取值。

当水库坝前水位为450.00m时，滑坡区水库平均深
度取28.50m；滑坡体宽度取200m；河面宽度取130m。

(4)计算结果。

滑坡滑动时产生的涌浪经水域传至对岸a点的最大涌浪高度为30.67m。

4.3 对岸任一点a′的最高涌浪计算
(1)计算公式
滑坡涌浪传至对岸任一点a′(图4.2)产生的最大涌浪高度为：(5)
式中：为初始浪高(m)；ck为波的反射系数，取0.85；x。

为滑坡至a′的距离(m)；l为滑坡体宽度(m)；n为级数应取的次数；
θn为第n次入射线与岸坡法线的夹角，其值可以这样计算：河道宽为b，滑坡区中心到a′点的水平距离为x，则，n值取决于t、△t、及值，可由图4.3-1确定。

其步骤见图4.3-2,先计算、及值，在图4.3-2的横坐标轴上，定下a，b两点，相当于及。

由此引垂线和图中“-0”曲线相交，得a′及b′点。

再从a′及b′开始，向上量取时段，在这段垂直范围内所包括的负波个数，就是应取的项数。

图4.3-1 计算项数曲线图图4.3-2 计算项数的作图方法
(2)参数取值。

当水库坝前水位为450.00m时，滑坡区水库平均深度取28.50m；滑坡体宽度取200m；宽度取130m。

(3)计算结果
对岸任一点a′的最高涌浪计算
5、结论
滑坡一旦滑坡失稳将威胁滑坡体上居民的生命财产安全，破坏耕地及村级公路；滑体滑入鲤鱼塘水库时形成涌浪，根据前面涌浪预测滑入时可能的最大涌浪高度为27.95m，距离该滑坡2400m的坝体处，可能的最大涌浪高度为0.81m，对坝体的安全影响较小，但对库岸两边涌浪影响范围的居民产生影响。

参考文献
[1]《开县鲤鱼塘水库库区吴场丘滑坡应急抢险勘查报告》重庆一三六地质队
[2]《地质灾害防治工程勘察规范》（db50/143-2003）
[3]《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘查技术要求》三峡库区地质灾害防治工作指挥部。