库水位升降对水库库岸滑坡稳定性的影响

库水位升降对水库库岸边坡稳定性的影响

张全

（环境与土木工程学院，2009030403）

摘要：库水位的升降是诱发水库库岸产生滑坡的重要原因，运用工程地质分析原理和模型试验模拟库水位的变化，得出滑坡在库水位变化过程中破坏的一般规律。关键词：库水位升降边坡稳定性模型试验

水库库岸滑坡的危害主要包括两个方面：一是大量的岩土体滑入水库，减少了有效库容，甚至形成坝前坝，使水库不能继续使用；二是如果滑坡体高速滑入水库，会造成巨大的涌浪，直接危及大坝安全及电站的运营，并给库区人民的生命财产安全造成巨大威胁。水库蓄水后会对库区存在的大量滑坡产生不利影响，所以研究库水位的变化对滑坡稳定性的影响有重要意义。[1]

三峡库区是滑坡等地质灾害多发地带. 据不完全统计, 三峡库区在175m 库水位影响的范围内共有大小滑坡2000 余个, 各类变形体分布更是广泛[ 1-2] . 自2003 年135 m 蓄水开始, 2006年水库蓄水达到156m 以来, 绝大多数滑坡经受到了库水位缓慢上升和稳定库水长时间浸泡的考验没有复活[ 3-4] . 但随着2009 年三峡大坝基本完工, 三峡水库开始正常运营,三峡水库坝前水位将在短时间内在145 m- 175m-145m 之间波动, 水位变幅为30 m. 滑坡短时间内经历水位频繁升降且幅度之大是此前从未经历过的. 库水位波动不仅降低岩体力学强度、减轻岩体有效重力, 而且还改变库岸边坡内地下水位分布, 在三峡库水位升降过程中很可能使原己稳定的滑坡再度失稳.

1.工程地质分析原理分析库水位对库岸滑坡的影响

水库蓄水或正常调度（水位骤然升降）期间，地表水位的变化将直接导致岸坡地下水动力场的变化。

1.1在水库蓄水水位上升阶段，对岸坡稳定性起主要作用的是空隙水压力效应（悬浮减载效应）。在库水位还未上升之前库岸边坡情况如图1，库水位上升之后库岸边坡情况如图2。

图1 库水位上升之前库岸边坡情况（许强）

图2 库水位上升之后库岸边坡情况（许强）

由图1和图2可知，由于库水位的上升，增加了库岸边坡的浮重度区和饱和重度区。减小库岸坡体的抗滑稳定性，但一般而言库水位上升，库岸边坡的浮重

度区增加较饱和重度区增加的多，加上库水对岸坡的压力作用，从力学关系上看，库水位的上升使库岸边坡的稳定性降低。在一些相对形态特殊的边坡，库水位的上升会降低库岸边坡的稳定性，如图3“靠椅状滑坡”。

图3 靠椅状滑坡受水位影响的力学变化（许强）

由图可知，由于库水位的升高，使边坡潜在滑动面上的孔隙水水压力增高，由有效应力原理σ=σn-pw,使有效应力减小，边坡的莫尔强度圆向莫尔强度包络线靠近，降低了库岸稳定性。

瓦依昂大坝

瓦依昂(Vaiont)滑坡是因孔隙水压力效应造成灾难性滑坡的最典型实例。瓦

依昂水库坝高262m，库容1.69亿m³。1956年开始修建，1960年2月水库蓄水。1963年10月9日，左岸约2.4亿m³的山体以最大30m/s的速度整体下滑，激起250m高的涌浪，翻越坝顶，约300万m³水注入深200余米的下游河谷，冲毁兰加隆镇和附近5个村庄，死亡1925人。

1.2在水库正常调度库水位骤然下降阶段，对岸坡稳定性起主要作用的是地下水的渗透压力效应和地下水的饱水加载效应。在库水位还未下降之前库岸边坡情况如图4，库水位下降之后库岸边坡情况如图5。

图4 库水位下降之前库岸边坡情况（许强）

图5 库水位下降之后库岸边坡情况（许强）

由图可知，在库水位下降之后，由于库岸边坡的渗透系数的影响，原来饱水的饱和重度区不会立即将水排出，而是有一个滞后的效应，使得在库水位下降下降滞后，库岸边坡依然部分保持饱水状态。就是由于这种现象的存在，使得这时边坡中所饱含的水对潜在滑动面有一个向外的渗透压力p=γw·i·S，降低边坡的抗滑稳定性。同时，由于这种滞后效应，在库水位下降之后增加边坡的荷载——饱水加载效应，使边坡变得更加的不稳定。

2. 模型试验模拟库水位的变化[ 1]分析库水位变化对库岸边坡稳定性的影响

就库水位对滑坡体的影响问题，防灾减灾实验室一某滑坡为原型，按几何相似制作了一个滑坡模型，一考查库水位的变化对滑坡体位移及内部孔隙水压力的影响。

实验模型水库的蓄水及泄水过程，在第10小时50分时135水位开始蓄水，在第13小时20分蓄至135水位。在第26小时30分时，又开始蓄水，在第28小时蓄至175水位。在第31小时开始泄水，第31小时30分至135水位。之后水位持续135水位，直至第53小时。在整个过程中滑坡体内孔隙水压力及位移的变化曲线如图6和图7所示。

图6 孔隙水压力随时间变化曲线

图7 位移随时间变化曲线

图6取的滑体前缘处孔隙水压力传感器所测得的数据，图7为滑体中部的位移变化情况。从图6和图7中可以清楚地看出在相应的时间点孔隙水压力和位移变化的情况。图6清楚地反映了库水位的变化过程。图7则反映了库水位变化时，相应的位移变化。从图7 可以看出几次大的位移变化全部发生在库水的蓄水过程中，尤其是在135水体温表的蓄水过程中位移增量达到了12mm，占总位移量的69%左右。而在175水位的蓄水过程中位移增量只有4mm，占总位移量的20%左右。

通过实验研究得出的结论：

（1）库水的浸泡对滑体的影响

在实验中发现，在蓄水过程及水位保持过程中的下部、中部及上部的孔隙水压力变大，位移逐渐增大，但从滑体前缘至后缘位移逐渐减小。尤其是滑体的前缘，其在库水位浸泡下达到饱和状态，从而失去强度而发生破坏。

（2）库水位变化对滑体的影响

在蓄水过程中由于土体中含水量的增加，使土体中孔隙水压力增大，而抗剪强度相应降低。在放水过程中库水位以下的土体中孔隙水压力减小，而此处的土体由于处于饱和状态而失去抗剪强度。由于本次试验采用了渗透系数较大的细沙，故在水位下降过程中滑体中的孔隙水压力减小的速率较大，而滑体中部以上土体的位移则基本上没有发生变化。

3.结语

对库水位升降对库岸边坡稳定性的研究方法还有很多，如利用非饱和土力学中渗流和抗剪强度理论, 对滑坡稳定性进行分析[6-8]

通过以上工程地质分析原理分析和模拟实验研究发现：水库蓄水使滑坡的前缘达到饱和而降低抗剪强度。在库水位上升时，坡体的浮重度区和饱和重度区增大，加之孔隙水压力效应，使库岸的抗滑稳定性降低。在水位下降过程中，由于