库区水位上升对填方岸坡稳定性分析
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。
库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性分析
库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性分析【摘要】我国大型滑坡发生的岩土介质主要有岩质滑坡、土层滑坡和松散堆积层滑坡。
同时，滑坡也包含崩、滑堆积体和处于稳定状态的崩、滑堆积体，以及正在变形中的边坡。
大量水庫滑坡都与库水位变化有关。
本文分析了库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性。
【关键词】库水位变化；下滑坡；渗流机制；稳定性1、库水位变化下滑坡稳定性分析1.1边界条件根据水文地质条件确定模型的边界条件，假定滑体与基岩均为均质材料，滑坡模型x 向横长600m，y向纵高500m，底端施加固定约束，左右两端施加法向约束。
（1）上下边界：上表面为自由渗透边界，下底面为不透水边界。
（2）左右边界：水位以上两侧边界为零流量边界，水位以下为给定水头边界，大小为该处位置水头。
其中，左边界的水头高度为初始地下水水位高度，右边界的初始水位与实际水位之间为库水位变水头边界，初始水头145m，分析稳态渗流作用，渗流结果作为库水位变化过程中暂态分析的初始条件。
即计算时以蓄水前坡体天然状态为初始条件，蓄水期库水位作为边界条件施加在坡面上。
某斜坡体前缘为长江，岩土界面倾角陡，斜坡规模为千万方量级，系特大型坡体，分析取典型二维G3–3剖面。
计算工况为：（1）静水位：自重+地表荷载+水库水位（145，175m）+20年一遇暴雨；（2）动水位：自重+地表荷载+水库水位在145～175m范围升降+20年一遇暴雨。
采用位移收敛准则，容许限值为1×10-5m，材料分滑床和滑体，为 Mohr-Coulomb 理想弹塑性材料，二维模型网格划分成四边形和三角形单元，基岩划分尺寸取4m，滑面处细化处理，共10107个节点，10015 个单元。
坡体在静水位下处于稳定状态，在库水位动态变化过程中处于欠稳定状态，水位由175m降至145 m时，稳定性达到最低，为最危险工况，同时也表明最危险水力条件是库水位下降，而并非库水位上升或最高库水位。
建立库水位由 175 m 降至145 m边坡模型，并计算出的稳定性，结果F=0.968，即在水库运营、降雨等因素引起的库水位升降时，边坡可能发生滑动，需要进行治理。
库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性分析
库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性分析
坡体渗流是导致滑坡发生的主要因素之一。
水位的变化对坡体内部渗流的影响较大，特别是在降雨情况下，库水位的上升会增加坡体表面和内部的水压力，从而使坡体变得不稳定。
对库水位变化下滑坡渗流机制和稳定性进行分析具有重要的工程意义。
库水位上升会增加坡体表面的水压力。
当库水位上升时，水位高于自由水位的部分将对坡体表面施加一个水压力。
这种水压力会进一步将水分渗入坡体内部，导致坡体内部的渗流增加。
水压力会削弱土体颗粒间的颗粒间隙，使土体的凝聚力降低，从而使坡体的稳定性减弱。
浅谈高填方边坡的稳定性分析与治理对策
浅谈高填方边坡的稳定性分析与治理对策第一篇：浅谈高填方边坡的稳定性分析与治理对策浅谈高填方边坡的稳定性分析与治理对策【摘要】高填方边坡的稳定性一直都是影响工程质量与安全的一大重要技术问题，如何对高填方边坡的稳定性做到准确分析，并寻找对应的加固方法，已经成为边坡工程的一个难题。
本文通过实例对高填方边坡的稳定性进行分析，并探求合理的对策，以避免发生边坡失稳事故。
【关键词】高填方边坡；稳定性；对策高填方是指根据需要将指定区域用土、水泥或石子等材料用分层或者碾压等方式，建成比周围建筑高一些的设计。
高填方边坡就是用高填方设计方式加高的边坡。
由于高填方边坡突出位置，其稳定性不仅关系到边坡的稳固，而且一旦出现崩塌等情况将危及到周围的建筑、人等，因此高填方边坡的稳定性不容我们忽视。
本人于2012年初接到“梧州市220kV红岭变电站”（现已改名为翡翠变）的设计任务，负责该工程的…三通一平‟等施工图纸的设计工作。
220kV红岭变为广西首个3C绿色智能变电站。
该工程选定的站址，位于梧州市火车站西偏南位置，该区域拟建成物流园区，站址紧临城市政规划路。
220kV红岭变站区场地南面为填方段，按照场平标高（56m-55.75m），红岭站址填土边坡最高为26米。
因此该工程初设阶段考虑采用自然放坡和坦萨生态边坡两种方案。
坦萨生态边坡方案节省占地，由于进行加筋处理，分层碾压后能有效控制不均匀沉降。
回填土方量小，需要外购土少，有效减少外运填料产生的费用。
完工后与周围环境能很好融为一体。
自然放坡与塔萨方案比较，自然放坡征地面积大6亩，临时用地大6.7亩，回填土方多34000m3，挡土墙多1860m3。
自然放坡较塔萨方案工程总造价多140万。
1.高填方边坡稳定性分析方法与加固技术的研究现状1.1高填方边坡稳定性分析方法的研究现状滑坡现象在自然界中时常发生，也引起了人们广泛的关注。
早期人们应对高填方边坡主要采取定性分析的方法，其未能得出高填方边坡稳定性的相关数据，只能大致确定是否稳定。
水位变化速率对涉水滑坡稳定性的影响
水位变化速率对涉水滑坡稳定性的影响地下水位对滑坡的稳定性有很大影响，对于涉水滑坡，河流水位下降速率越大，地下水位滞后效应越强烈，滑坡的稳定性也就越低。
文章使用传递系数法以及Geo-Studio系列软件中的SLOPE/W模块进行数值模拟计算，对比了不同水位下降速率下的滑坡稳定性。
标签：滑坡稳定性；水位变化速率；数值模拟地下水是滑坡稳定性的重要影响因素之一。
对于涉水滑坡，随着河流水位的下降，坡体内的浸润线也随着下降，滑坡体内浸润线随着河流水位的下降而存在滞后现象，坡体内的地下水位线一直高于河流水位，这是由于下降速度较快，坡体内的孔隙水来不及排出，从而形成了较大的孔隙水压力，改变了滑体的渗流场。
同时，下降速率越大，滞后效应越强烈[1-4]。
1 滑坡基本特征及稳定性分析1.1 斜坡特征滑坡所處斜坡地貌为河流下切形成丘陵地形，斜坡坡向109°，为斜顺坡，前缘高程152m，后缘高程230m，坡高约47m，坡长约201m，坡体形态近直线型，中前部呈阶梯状，中部滑体滑动后，经人工改造，呈微凹形，前缘微具负地貌，呈洼地，临江呈陡坎、缓坡交替的阶梯状地貌，坡体总体呈后陡前缓的坡度变化，总体坡度约12-25°。
1.2 物质组成及结构（1）滑体结构特征。
滑体物质主要为粉质粘土夹少量碎块石，总体呈稍密、稍湿、可塑状，可见块石，但数量较少，基本为土黄色，可塑粉质粘土，仅偶见块径达数公分至数十公分块石，滑坡后缘斜坡堆积崩积块石，主要为灰黑色粉质粘土夹砂岩大块石，大块石块径一般为1.5-2m，个别达3m以上，杂乱分布后方斜坡。
滑体纵向上后缘薄，仅约2-3m堆积体层，向前缘渐厚至8-10m，纵向上总体近直线型。
（2）滑床结构特征。
根据本次勘探成果等资料，该滑坡为沿着基覆界面的上覆土体滑动，滑床为基岩，其形态呈单斜状，滑床由中厚层状紫红色泥岩与浅灰色中-厚层状砂岩互层组成，属于由侏罗系中统沙溪庙组（J2s）岩层，产状变化不大，约为165°∠8°，与坡向相近，斜顺向坡，滑床基本呈微凹直线型，滑床中后部较平直，约为10-15°，至前段稍缓，为5°左右。
库水对边坡稳定影响研究
库水对边坡稳定性影响研究摘 要：库水位变化是导致库岸边坡失稳的重要外因之一，明确库水位涨落导致滑坡失稳的原因，选择有效的计算方法进行边坡稳定性计算是边坡稳定研究的基本思路。
基于水岩相互作用机理，分析了库水涨落对滑坡岩土体的影响。
同时介绍了极限平衡法、有限元强度折减法，非饱和渗流应力耦合分析等滑坡稳定性分析方法。
在此基础上，指出了当前研究中所存在的主要问题。
关键词：滑坡，水岩作用，渗流场，耦合，稳定性评价1 引 言边坡失稳是由内因与外应共同作用的，水的作用是一个重要的外在因素。
Jones [1]等调查了Rooseveit 湖附近地区在1941至1953期间年发生的一些滑坡，其中有49%发生在蓄水初期，30%发生在水位骤降10-20m 的情况下，其余为发生在其他时间的小型滑坡。
在日本，大约60%的水库滑坡发生在库水位骤降时期，40%发生在水位上升时期，包括水库蓄水初期。
三峡库区高程175 m 以下滑坡体、崩滑体等有1302处，总面积15115万m 2，总体积333400万m 3。
崩塌体积大于500万m 3的有127处[2]。
因此了解与控制库水位涨落对滑坡稳定性的影响，就显得尤为重要。
本文主要就滑坡岩土体的水岩作用机理、滑坡稳定性分析方法以及存在的问题等几方面展开论述。
2 库岸边坡的水岩作用机理2.1 水岩的相互作用地下水普遍存在于岩土体之中，它与岩土体间的相互作用主要可归为两个方面[1]：一是地下水与岩土体间发生物理、化学的相互作用，使岩土体和地下水的性质或状态发生不断的变化；二是地下水与岩土体间发生的力学方面的相互作用，它不断地改变着作用双方的力学状态和特性。
2.1.1 水对岩土体性质的影响水对边坡岩体的化学作用。
岩体中常含有矿物成分，水的流动对碳酸盐类物质有溶蚀作用，若水中含有某些酸或碱的成分，能对岩石的某些介质形成腐蚀，含水量反复变化能加剧岩石的风化作用。
受水化学作用产生的易溶矿物则容易随水流失，而难溶的矿物则残留在原地，结果必然导致岩土体中的孔隙增大，岩土体也因此而变得松散不稳。
水位升高对库岸边坡稳定性影响研究
的檐柱全都减去， 正殿檐柱直接再升高一层， 到 了顶层檐柱都往 内移 反映了长江流域和东南沿海 的文化交流情况 ” ［ ８ １ 。 在现代建筑 的创作 了一 个步架， 落在下层 的穿枋上， 形成层层 往上 向内收进 的形式 ， 但 中， 对 天后 宫等古 建筑 的借鉴不应 当只是单一 层次的模 仿建筑造型 在不断减少柱子的过程中， 又会 对稳 定性带来 不可避免的影响， 于是 及装饰， 更应该深 层次的了解这些古建筑 的环境结合 、 空 间塑造 、 建 在每层屋檐间加上一面面柱网。在天后宫这一系列 的建造中， “ 工匠 筑造型 、 装饰艺术等方面的处理手法 。 们都在根据各个建 筑的实际用途进行 移动和减少改造柱子 ， 体现 出 最后， 希望在我 国建筑行业高速发展 的当下， 我们一定要挖掘那 很强 的灵活性， 展现 了民间精湛的建造技艺 ” ［ 句 。 些埋藏在祖国历史长河里 的瑰宝， 结合历史和现代科技， 弘扬和发展 ２ ． ４ 独具特色 的屋顶 出独具中国特色的新时代建筑。 天后宫 的屋顶特色 主要集 中在天后殿 和戏楼， 基本 上全用挑 出 参 考 文 献 檐。 天后殿顶筑九脊重檐 四面落水 的歇 山式， 屋面翘起 。 与苗族侗族 ［ １ ］ 黄贵武主编． 镇远历 史 研 究［ ｚ 】 ． 镇远县 史志 办 公 室， ２ ０ ０ ４ ． ０ ５ ： ７ ７ ． 建筑形式相接合， “ 凤尾呈现 向外伸展和蜷 曲形状，彩色的五彩瓷在 ［ ２ 】 陆元 鼎， 潘安主编． 中国传统 民居 营造与技术【 Ｍ］ ． 广州： 华 南理工大 两端做成双龙戏珠 型， 四面的岔脊组合成 一幅凤凰 的图案， 对应大龙 学出版社， ２ ０ ０ ２ ： １ ０ ４ ．
库水位上升对岸坡建筑桩基的稳定性影响分析
2020.26科学技术创新库水位上升对岸坡建筑桩基的稳定性影响分析阳波1王子健1周鹏1武黎明2张佳宁1张鑫1罗文宇1（1、重庆科技学院，重庆4013312、重庆工商职业学院，重庆400052）随着我国库区城市经济社会的快速发展以及建设用地的不足，越来越多的库岸边坡被用作建设用地，而库水位的变化会使岸坡地基的应力状态及水动力状态发生改变，轻则导致建筑物的结构产生变形、开裂，重则导致房屋因地基失稳而垮塌。
目前有许多学者已在库水对岸坡稳定性影响方面进行了研究，但涉及岸坡上部建筑物的研究还非常少。
刘文月[1-2]对金沙江某岸坡公路进行了有限元分析，研究了路基与库区的距离以及库水位升降速度对路基变形的影响；吴铁营[3]以丽宁公路丽江古城至宁范开元桥段改扩建工程为研究对象，通过有限元软件分析了库水升降速度对库岸桥梁基础的水位位移及沉降值的影响；杨背背[4]基于地质资料和监测资料，归纳总结了库区水位变化对岸坡稳定性及变形的影响。
梁学战[5]通过试验与数值模拟相结合对三峡库区典型岸坡的失稳机制进行了研究；王学武[6]对库水升降时的岸坡渗流场变化进行分析，研究了库水对岸坡的影响规律。
1原理岸坡土体分为两个部分，分别为浸润线以下的饱和土、浸润线以上的非饱和土，受库水升降影响，边坡表面的孔压会发生改变，进而使土体吸水或者失水，导致非饱和土与饱和土的相对状态发生转变，而这种转变的本质是土体的渗流作用。
岸坡渗流包括饱和渗流与非饱和渗流，二者均服从达西定律[7]。
ν=ki （1）式中k 为渗透系数，i 为水力坡度。
在饱和渗流中，渗透系数为定值；但对于非饱和渗流，渗透系数会发生变化。
这是因为非饱和土中含有气体，减小了孔隙水的流动空间，使渗透系数减小，因此其渗透系数与饱和度有关，本文采用S.E.Cho [8]等人提出的关系式控制土的渗透系数与饱和度之间的函数关系。
非饱和土不仅受到作用于土骨架上的土体净应力作用，还受土体与孔隙水之间的基质吸力作用，因此在进行有限元分析时，应该同时考虑净应力与基质吸力对土体应变的影响。
水对库岸坡稳定性的影响研究
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２—０ ７—０ ９
作者简 介： 韩相超 （ １ ９ ６ ２ 一） ， 男， 陕 西蓝 田人 ， １ ９ ８ ６年毕 业于 中国矿 业 学院水文地质与工程地质专业 ， 高级工程师 ， 主要从 事地质工程方 面的应用 、 研究 。
第 １期
韩相超
水对库岸坡稳定性的影响研究
３ ９
６月份 和 ｌ Ｏ月 份 次 之 ， 平均 降雨量 １ １ ５ ｍｍ 和 ９ ７ ｍ ｉ ｌ ｌ ， 其 他 ７个 月份降 雨量 基 本 都 在 ５ ０ ｍ Fra bibliotek 以下 ， 对
人渗 、 排泄 的形态 。
岸坡 的稳定性影响很小 。因此 ， 每年的 ７～ ９ 月份 降 雨对 卧狮梁岸 坡 稳定 性 影 响最 大 ， 容 易 引 发岸 坡 地
成残 坡 积 及 滑 坡 。 主要 节 理 产 状 ２ ５ ５ 。 ／７ ６ 。 ， 延 伸 较大 ， 呈闭合 状 ， 坡 顶 张裂 隙较 发 育 。距 地 面 １ ０ ｍ 高处 有约 １ ０ ｅ ｍ不 等厚碎 屑岩 软弱夹 层 ， 以约 ３ ０ 。 仰 角 自设 计开 挖面 向坡体 内部延 伸 约 ６ ０ ｍ。 由岩 石饱 和单 轴抗 压 强 度试 验 可 知 ， 碎 屑 岩 软
３ ８
韩相超
水对库岸坡稳定性的影响研究
水 对库 岸 坡 稳定 性 的影 响研 究
韩 相 超
（ 中煤西安设 计工程有 限责 任公 司 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ５ ４ ）
摘
要： 结合 工程 实例 ， 从 降 雨、 库 水升 降、 地 下水三 方 面分析 了水 对 卧狮 梁 岸坡 稳 定性 的 影响 ， 表
地气候 ， 年平均降雨量为 １ １ ３ ０— １ ２ ６ ０ ｍ ｍ， 一般集 中于 ７～ ９月 ， 夏季降水量 占全年降水量 的 ６ ０ ％以
库水位上升诱发边坡失稳机理研究
库水位上升诱发边坡失稳机理研究
库水位上升有可能诱发边坡失稳破坏,湖北省秭归县三峡库区的千将坪高速滑坡即是一例.库水位上升对边坡稳定性的影响主要表现在孔隙水压力作用和滑动面强度参数的弱化上,采用Mohr-Coulomb强度准则描述了孔隙水压力对土体应力状态的影响,土体浸水后,在孔隙水压力作用下Mohr应力圆变小而向左移动并相对远离强度曲线.边坡稳定性分析表明,在库水位由坡脚上升到坡顶的过程中,孔隙水压力作用使边坡的稳定性先降低后增加.指出水库蓄水初期,由于孔隙水压力使边坡的稳定性降低,加上滑动面强度参数的弱化给边坡稳定性带来的不利影响,若边坡的安全储备强度不够,很可能发生滑坡.
库水位骤降时的滑坡稳定性评价方法研究
三峡水库蓄水及水位波动，将极大地改变滑坡体内的水文地质条件，库水位骤降和暴雨入渗是导致滑坡的主要因素。
库水位骤降时的滑坡稳定性评价是滑坡防治中的一个难题。
根据三峡水库水位调控方案和库区滑坡地下水作用的力学模式，利用有限元模拟库水位从175m骤降至145m时的滑坡暂态渗流场。
建立了渗透力作用下滑坡稳定性评价的不平衡推力法。
研究表明：滑坡的渗透系数和库水位下降速度是影响滑坡稳定性的主要因素，当库区堆积层滑坡渗透系数小于0．864m／d，库水位发生骤降为2m／d。
库水位骤降时滑坡稳定性降到最小的水位通常在175m水位以下10～20m处。
其研究为库区175m水位滑坡治理提供了科学依据。
丹江口库区170m水位岸坡稳定性分析
８处小 型 ；按灾 情规 模分 为 ７处 中型 、２ ２处 小型 。 的控制影响因素 ，确定评价 指标和 权重，采用模糊综合 ２ 评判法进行评价 。根据 区内岸坡的工程地 质特 点，选择
岩性 、坡 度、岸坡结构类型、地 质构造 、新构造活动与
地 震 、人 类 工 程 活 动 及 外 动 力 作用 、坡 高 、三 日最 大 降
性。
由表 ２可看 出，丹江流域及其干流岸坡发育的地质
２ ． ２岩质岸坡稳定性评价方法
灾害类型主要为崩塌、滑坡和不稳定斜坡 ，分别 占总数 根 据 对 典 型 崩 塌 的 统 计 分析 ，确 定 岩 质 岸坡 稳 定 性 的 ２ ４ ． １ ４ ％、 ５ ５ ． １ ７ ％、 ２ ０ ． ６ ９ ％ ； 按 发 育规度制约 ，对由于丹江水库水位升高 ，
大，易发生整体滑移失稳 。依据调查分析 ，丹江水库蓄水
１ ７ ０ ｍ 后 ，对水库各段岸坡 （ 编号 １ ３～ ２ ４ ）地质灾害发 库容量增大，地层原有地下水赋存 条件发生变化 ，对水 库周边 地质灾害产生 的分析不一定到位 ，意在引起相 关 展趋势预测可分为两种情况分析 ： ①水库蓄水后，１ ３ ９～ １ ７ ０ ｍ 水位变 动带范 围内的 部门重视。为移 民安置工程 建设和地质灾害防治工作提
按 照岸坡 稳 定性评 价 方法 对 区内的 ２ ７个岸坡 类 型段
３ 岸坡 稳定性评价
土厚厚度 （ ｍ）、坡度 （ 。）、斜坡结构类型、三 日最大 逐段进行稳定性计算，其结果见表 ｌ 。 对能影响到水库及其 周边居 民、工程等安全 的第一 工程活动及外动力作用、斜坡变形破坏特征等各个控制 斜坡带的地质灾害进行统计 。依据 实地调查 ，可能 引起 影 响 因素 作 为 综 合 评 判 因子 ，把 评 判 因子 取 值 进 行 归一 灾害或具有潜在危害的地质灾害点共 ２ ９处，其中崩塌 ７ 化处理 ，采用稳定性 系数 （ 土）来评价土质岸坡的稳定 处 ，滑坡 ｌ ６处 ，不 稳定 斜坡 ６处 ，见 表 ２ 。
库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响
第33卷第5期地球科学———中国地质大学学报Vol.33 No.5 2008年9月Earth Science—Journal of China University of G eosciences Sept. 2008库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响罗红明1,3,唐辉明2,章广成2,徐卫亚31.中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北武汉4300712.中国地质大学工程学院,湖北武汉4300743.河海大学岩土工程研究所,江苏南京210098摘要:三峡水库正常蓄水后,库水位在175～145m之间周期性波动,滑坡地下水渗流状态将会发生较大的改变,可能导致滑坡失稳.因此,研究库水位周期性波动下滑坡的稳定性具有十分重要的意义.提出了土水特征曲线的多项式约束优化模型和采用饱和-非饱和渗流数值模型.以赵树岭滑坡为例,利用有限元数值计算了库水位在175～145m之间波动下地下水渗流场,将计算得到的孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析,探讨了库水位上升和下降对库岸滑坡稳定性的影响.研究表明:多项式优化模型可以很好地拟合非饱和土的土水特征曲线;库水位上升时滑坡稳定性系数总体逐渐增大,库水位下降时滑坡稳定性系数总体逐渐减小;无论是库水位上升还是下降到库水位155m时,其稳定性系数最小;同一库水位下,库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.关键词:库水位涨落;土水特征曲线;饱和-非饱和渗流;库岸滑坡;稳定性评价.中图分类号:P642 文章编号:1000-2383(2008)05-0687-06 收稿日期:2008-02-25 The Influence of W ater Level Fluctuation on the B ank Landslide StabilityL UO Hong2ming1,3,TAN G Hui2ming2,ZHAN G Guang2cheng2,XU Wei2ya31.I nstit ute of Rock and S oil Mechanics,Chinese A cadem y of S ciences,W uhan430071,China2.Facult y of Engi neeri ng,China Universit y of Geosciences,W uhan,H ubei430074,Chi na3.Research I nstit ute of Geotechnical Engi neeri ng,Hehai Universit y,N anj ing,J iangsu210098,ChinaAbstract:The water level will periodically fluctuate between145and175m since normal water level storage in Three G orges reser2 voir,while the ground water seepage of landslide will be subject to great changes,which may lead to landslide instability.S o it is of great significance to study the influence of water level fluctuatation on the bank landslide stability.In this paper,a polynomial con2 strained optimized model for soil2water characteristic curve is put forward and the saturated2unsaturated seepage flow numerical mod2 el is applied.In addition,Zhaoshuling landslide is taken as an example,water seepage fields are simulated by using finite element method with the water level fluctuation between145and175m.The transient pore water pressures are used for limit equilibrium an2 alyses of landslides with taking the effects of suction on shear strength of unsaturated soils into consideration.Then we discuss the effect of the fluctuation of water level in Three G orges reservoir on the bank landslide stability.The result shows that a polynomial constrained optimized model may well fit the characteristic curve of soil and water of unsaturated soil.The stability coefficient increa2 ses gradually in general along with reservoir water level rise and the stability coefficient decreases gradually in general along with the fall of reservoir water level.However,when the reservoir water level reached155m,whether it rises from145m or falls from175 m,the stability coefficient is smallest;while the stability coefficient in period of reservoir water level rising from145m to175m is larger than that in period of falling from175m to145m.K ey w ords:water level fluctuation;characteristic curve of soil and water;saturated and unsaturated seepage;bank land2 slide;stability evaluation.基金项目:中国地质调查局“鄂西恩施地区滑坡形成机制与危险性评价”项目(No.1212010640604).作者简介:罗红明(1980-),男,博士,助理研究员,主要从事岩土体稳定性评价和岩土工程数值模拟方面的研究工作.E2mail:luohongming1980@地球科学———中国地质大学学报第33卷 水库库岸滑坡的稳定性研究对确保水电工程建设的顺利进行及其正常运营具有重大意义.特别是意大利瓦依昂水库滑坡事件之后,各国学者及地质工程师开始重视人类工程活动与周围地质环境之间的相互作用,由此掀开了滑坡研究的新篇章.由于水库调度运营,库岸边坡外的水位常处于变动之中,岸坡内外水分的相互补给使岸坡内渗流场不断变化,从而使岸坡内的孔隙水压力场也处在不断的变化之中,进而影响到岸坡的稳定性(刘才华等,2005;刘新喜等,2005;张文杰等,2006).岸坡失稳多是由岸坡外水位的这种变动引起的.有关文献报道了Roo sevelt湖附近地区1941-1953年发生的一些滑坡,结果发现有49%发生在1941-1942年的蓄水初期,30%发生在水位骤降10～20m的情况下,其余为发生在其他时间的小型滑坡;在日本,大约60%的水库滑坡发生在库水位骤降时期,其余40%发生在水位上升时期,包括蓄水初期.随着三峡水库2002年的蓄水以及蓄水后的正常运行,库区水位变化将对库区内滑坡的稳定性产生重要影响.因此,研究三峡库区库水位下降和上升作用下滑坡的稳定性问题既是一个复杂的理论课题,也是一个重大的工程应用问题.本文以三峡库区巴东县赵树岭滑坡为例,采用饱和-非饱和数值模拟方法计算了库水位上升和下降情况下的地下渗流场,将计算得到的孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析,探讨了库水位下降和上升对滑坡稳定性的影响.1 饱和-非饱和渗流模型根据三峡库区库水位调控方案,库水位在175～145m波动,非饱和区土壤水的运动和饱和区水的运动是相互联系,将两者统一起来即所谓饱和与非饱和问题.当采用水头h作为控制方程的因变量,对于各向异性的二维饱和-非饱和渗流控制方程为(张培文等,2003):99x k x 9h9x+99y k y9h9y=m wρw g9h9t,(1)式(1)中:k x,k y分别为水平和垂直方向的饱和渗透系数;ρw为水的密度;g为重力加速度;m w为比水容量,定义为体积含水量θw对基质吸力(u a-u w)偏导数的负值:m w=-9θw9(u a-u w).(2)渗流边界条件如下, 水头边界:k9h9n{Γ1=h(x,y,t).(3) 流量边界:k9h9n{Γ2=q(x,y,t).(4)2 赵树岭滑坡的渗流场数值模拟2.1 赵树岭滑坡的基本特征赵树岭滑坡(唐辉明等,2002;胡新丽等,2006)总体上为巨型勺状滑坡,是经多次局部滑移和弯曲倾倒滑移形成的综合滑体.赵树岭滑体平面上呈不太规则的长方形,中前部大致等宽.滑体东西宽约550m,南北长约900～950m,面积约50×104m2.滑体表面总体呈阶梯状,400m以上为滑坡后缘陡坡.滑坡区物质总体上可分为一个大层,即表层崩滑体层和基岩.表层崩滑体层主要由岩体经滑移形成的块裂、碎裂岩、含泥碎块石及碎块石组成,主要来源于T2b3.基岩则以T2b2紫红色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩为主.崩滑体层最大厚度约50～65m.最低一个滑带位于T2b3/T2b2界面附近,该滑带形状上基本与地形起伏一致前部及中部较缓后部及下部较陡(图1).地层岩性、地质结构、地形地貌、人类工程活动、地震、降雨等几个因素在短时间内不会改变滑坡整体稳定的状况.水文地质条件是一个随时间变化的因素,特别是三峡水库蓄水及水位波动,将极大地改变滑坡体内的水文地质条件,是影响滑坡整体稳定性的重要因素.2.2 赵树岭滑坡渗流计算模型根据赵树岭滑坡的工程地质特征,选择赵树岭图1 赵树岭滑坡典型工程地质剖面图Fig.1Engineering geological profile of Zhaoshuling slope886 第5期 罗红明等:库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响滑坡主滑剖面作为渗流计算主剖面.采用Geo 2slope 软件SEEP/W 进行模拟.渗流边界为:滑面为隔水边界即为零流量边界,库水位以上为零流量边界,库水位以下为定水头边界.二维有限元模型如图2所示,共剖分828个单元,891个节点.2.3 渗流计算工况本文按照三峡水库蓄水后运营时水位调节方案,设计边界水头函数如下,水位上升时:H (t )=145+t ,t ∈(0～30d )175,t ∈(30～160d )(5)水位下降时:H (t )=175-0.25t ,t ∈(0～120d )145,t ∈(120～240d )(6)2.4 非饱和渗流计算参数的确定对于非饱和土,土水特征曲线的数学模型并不是唯一的.土的类型不同,所得出的数学模型也有所不同.依据其数学表达式的形式可分为4类:(1)对数函数的幂函数形式表达的数学模型(Fredlund and Xing ,1994);(2)幂函数形式的数学模型(刘晓敏等,2001);(3)土水特征曲线的分形模型(徐永福和董平,2002);(4)对数函数形式的数学模型(蒋刚等,2001).上述4类数学模型都是关于基质吸力的函数,而且在ψ=ψb 处,4类数学模型的函数皆有定义且存在n 阶导数,因此,可以将4类土水特征曲线的数学表达式在ψ=ψb 处展开为Taylor 级数.戚国庆和黄润秋(2004)提出了在进气值<b 处按Taylor 级数展开的多项式数学模型,并与陕北黄土实测的土水特征试验对比,该数学模型拟合效果较好,无需确定经验参数,简单、易于使用.土水特征曲线一般可以写成以下表达式:θ=A 0+A 1<+A 2<2+…+A n <n ,(7)当θ=θs (饱和含水量)时,基质吸力<=0,带入图2 赵树岭滑坡计算有限元网格Fig.2Finite element mesh for analysis of Zhaoshuling slope上式得A 0=θs ,则:θ=A s +A 1<+A 2<2+…+A n <n ,(8)式(8)中体积含水量θ的取值范围为:θ∈[0,θs ],基质吸力<的取值范围为<∈[0,<max ].为了使系数{A }能够最大程度拟合土水特征曲线,笔者借助Micro soft Excel 提供的“规划求解”工具能够很好的解决这个问题.表1是赵树岭滑坡的实验数据,采用多项式约束优化模型对该滑坡土水特征曲线和非饱和渗透参数进行了计算(图3).根据以上优化模型得到体积含水量(θ)与基质吸力(<)多项式数学模型为:θ=-0.530e -8θ4+9.17e -6θ3-4.54θ2+8.24e -5θ+0.348.(9)因为C (<)=9θ9<,故容水度为:C (<)=-2.12e -7θ3+2.91e -5θ2-9.08θ+8.24e -5.(10)非饱和渗透系数同样采用多项式形式的约束优化模型进行求解,得到下式:表1 赵树岭滑坡的基质吸力(<)、体积含水量(θ)与相对渗透系数k r 的关系表T able 1Relationship of matrix suction ,water content and rela 2tive permeability coefficient on Zhaoshuling slope <(kPa )θk r80.10.03480.00056250.00.06960.00107040.30.10440.00599033.70.13920.02040029.30.17400.0526000.00.34801.000000图3 约束优化与试验数据对比Fig.3Contrast chart of holistic constrained optimization and test data986地球科学———中国地质大学学报第33卷图4 库水位上升(a )和下降(b )中地下水不同时刻的浸润线Fig.4Groundwater infiltration lines for different time of reservoir water level raise (a )and (b )level drawdow k r =8×10-8<4-2×10-5<3+1.8×10-3<2-0.0694<+1.(11)2.5 渗流模拟结果(1)库水位上升时地下水渗流特征.图4a 中,曲线数字0,1,2,3,4,5,6分别代表初始条件、蓄水5,10,15,20,25d 和30d 后地下水位位置.图4a 表明,当水位上升时,滑坡体内地下水都会出现“倒流”现象,从而浸润线都有略向左弯曲的趋势,地下水位的变化明显滞后于库水位上升;滑坡体地下水自由面在初期变化都很快,随着时间的进行,自由面最终将趋于稳定.(2)库水位下降时地下水渗流特征.图4b 中,曲线数字0,1,2,3,4,5,6分别代表初始条件、蓄水20,40,60,80,100d 和120d 后地下水位位置.图4b 表明,当水位下降时,地下水位的浸润线有略向下弯曲,地下水位变化滞后于库水位下降;滑坡体地下水自由面在初期变化都很快,随着时间的进行,自由面最终将趋于稳定.3 库水位涨落对滑坡稳定性的影响3.1 非饱和强度理论根据Terzaghi 的有效应力概念,土体内的剪应力仅能由土体的骨架所承担,土体的抗剪强度理应表示为法向有效应力的函数.因此,饱和土体的Mohr 2Coulombb 强度准则的表达式为:τf =C′+σ′t g <′=C ′+(σ-u w )t g <′,(12)式(12)中:τf 为破坏面上的剪应力;C ′为有效粘聚力;σ和σ′分别是总法向应力和有效法向应力;u w 为破坏面上的水压力;<为有效内摩擦角.工程实践证明,Mohr 2Coulomb 有效应力破坏准则适用于饱和土,在非饱和土力学中一般用(σ-u a )、(u a -u w )两个独立应力变量来描述非饱和土的应力状态,所以非饱和抗剪强度也表示成这两个独立变量的函数.Fredlund 用延伸的Mohr 2Cou 2lo mbb 公式表示非饱和土的抗剪强度:τf =C′+(σ-u a )tg <′+(u a -u w )t g <b,(13)式(13)中:(σf -u a )为破坏面上的净法向应力;(u a-u w )为破坏面上的基质吸力;<b 表示抗剪强度随基质吸力而增加的速率,数值由固结排水三轴试验获得.从式(3)可以看出,当土体饱和时,孔隙水压力u w 等于孔隙气压力u a ,因此基质吸力(u a -u w )等于零,从而平滑过渡为饱和土的抗剪强度公式.数值分析中为了便于计算,可以假定<b 为常数,并通过变换的取值大小来考察基质吸力对滑坡稳定性的影响.3.2 考虑基质吸力影响剩余推力法基于非饱和土力学理论的边坡稳定性极限平衡分析方法则是建立在非饱和土体引伸的Mohr 2Cou 2lomb 强度准则基础上的,对于库水位升降作用下的滑坡稳定性分析,不仅考虑饱和区内由于库水位波动引起的地下水压力变化对滑坡稳定性的影响,而且考虑非饱和区基质吸力变化对滑坡稳定性的影响.本方法所用的非饱和滑坡稳定性分析方法是基于饱和滑坡稳定分析中的剩余推力法进行扩展得到的.在非饱和区除了要加上负孔隙水压力引起的部分抗剪强度还要考虑不同饱和度情况下的土的容重的变化.另外还有含水量不同对非饱和介质材料抗剪强度参数的影响,为了简化问题,这里不考虑强度参数的折减.如公式(13)所示,如果令C =C ′+(u a -u w )f t g <b,(14)则公式(14)可以写成:τf =C +(σf -u a )f t g <b,(15)式(15)从形式上与饱和Mohr 2Coulombb 公式相同,这样就可以采用分析饱和边坡稳定性的方法来计算非饱和边坡的稳定性.在大多数情况下,孔隙气压力u a 为大气压力,即u a =0.具体计算时应注意C96 第5期 罗红明等:库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响是一个变化的参数,在饱和区,我们可以直接采用有效粘聚力,在非饱和区,利用式(15)求得.剩余下滑力在计算滑坡推力和稳定性时,假定该滑面取单位宽度计算,不计两侧摩擦力和滑体自身挤压力;滑动面和破裂面分别按直线计算,整体呈折线滑动.并假定每一条块剩余下滑力方向与条块底部滑面平行.在主滑剖面上取序号为i 的一个条块(如图5)分析其受力情况.其上作用有垂直荷载(W i )和水平荷载(Q i ),前者如重力和工程荷载等,后者指向坡外的水平向地震力K c W i 及水压力U i 等.该条块承受了上一分条的剩余下滑力E i -l 、倾角αi -l ,以及本条块的剩余下滑力E i 的反力、倾角αi ,底部为垂直潜滑面的反力N i 、扬压力U i 及切反力T i .通过∑x i =0,∑y i =0,进行联立求解可得.第i 块的下滑力为:T 下=W i sin αi +K c W i co s αi +(U i-1-U i+1)co s αi +E i-1co s (αi-1-αi ).(16)第i 块的抗滑力为:T 抗=W i cos αi -U i -K c W i sin αi -(U i-1-U i+1)sin αi +E i-1sin (αi-1-αi )t g <′+C i l i .(17)在非饱和区,式(17)中U i -l 、U i 、U i +l 均为基质吸力,实际上每个点的基质吸力都不相等,假设同一直线上的基质吸力呈线性分布,这样可以类似于饱和区静水压力分布规律来分析非饱和区基质吸力分布.稳定性系数为K =T 下T 抗,(18)具体计算滑坡推力时,采用减小抗滑力法.所以第i 条块的下滑力为E i =W i sin αi +K c W i cos αi +(U i-1-U i+1)cos αi -1KT 抗+E i-1λi ,(19)λi =cos (αi-1-αi )-tg <iksin (αi-1-αi ).(20)式(20)中:λi 为传递系数.通过反复迭代计算得最后一个条块剩余下滑力为0时的稳定性系数即为所求.3.3 滑坡稳定性评价采用上述方法计算赵树岭滑坡在库水位上升和下降过程中稳定性,其稳定性如图6所示.由图6可知:145m 库水位上升到175m 库水位,滑坡稳定性总体逐渐增大,但在150m 库水位上升到155m 库水位时,滑坡稳定性系数略有减小.175m 库水位下降到145m 库水位,滑坡稳定性总体逐渐减小,但在155m 库水位下降到150m 库水位时,滑坡的稳定性系数略有增大;库水位上升过程中,滑坡体内地下水都会出现“倒流”现象,从而浸润线都有略向左弯曲的趋势,库水位对滑坡前缘产生较大的静水压力,有利于滑坡的稳定;而在库水位下降过程中,地下水力梯度增大,对滑坡产生较大的渗透压力,不利于滑坡的稳定.库水位变化中滑坡稳定性变化情况反常的原因都是与滑坡的滑面形状有关.库水位上升和下降过程中,同一特征水位情况下库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.4 结论通过饱和-非饱和渗流场模拟及其影响下的滑坡稳定性分析评价,得到如下结论:(1)提出了土水特征曲线的多项式形式的约束优化模型,该模型不仅可以拟合非饱和渗透系数与基质吸力的函数关系,而且简单实用.196地球科学———中国地质大学学报第33卷(2)当水位上升时,滑坡体内地下水都会出现“倒流”现象,从而浸润线都有略向左弯曲的趋势;滑坡体地下水自由面在初期变化都很快,随着时间的进行,自由面最终将趋于稳定;当水位下降时,滑坡体地下水自由面在初期变化都很快,随着时间的进行,自由面最终将趋于稳定.(3)库水位上升时滑坡稳定性系数逐渐增大,但在150m库水位上升到155m库水位时,滑坡稳定性系数略有减小;库水位下降时滑坡稳定性系数逐渐减小,但在155m库水位下降到150m库水位时,滑坡的稳定性系数略有增大;同一特征水位下,同一特征水位情况下库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.R eferencesFredlund,D.G.,Xing,A.,1994.Equations for the soil2water characteristic curve.Can.Geotech.J.,31:521-532. Hu,X.L.,Tang,H.M.,Ma S.Z.,et al.,2006.Numerical simulation of the3D landslide stability in Three G orgesarea based on NMR.Earth S cience—J ournal of ChinaUni versit y of Geosciences,31(2):279-284(in Chinesewith English abstract).Jiang,G.,Lin,L.S.,Liu,Z.D.,et al.,2001.Analysis meth2 od for slope stability considering unsaturated soilstrength and its application.Chinese J ournal of RockMechanics and Engineering,20(A01):1070-1074(inChinese with English abstract).Liu,C.H.,Cheng,C.X.,Feng,X.T.,2005.Study on mech2 anism of slope instability due to reservoir water levelrise.Rock and S oil Mechanics,26(5):669-773(inChinese with English abstract).Liu,X.M.,Zhao,H.L.,Wang,L.J.,2001.Research on soil water character of unsaturated pulverescent clay by ex2 periment.Underg round S pace,21(5):375-378(inChinese with English abstract).Liu,X.X.,Xia,Y.Y.,Lian,C.,et al.,2005.Research on method of landslide stability valuation during suddendrawdown of reservoir level.Rock and S oil Mechanics,26(5):1427-1436(in Chinese with English abstract). Qi,G.Q.,Huang,R.Q.,2004.A universal mathematical model of soil2water characteristic curve.J ournal of En2gineering Geolog y,12(2):182-186(in Chinese withEnglish abstract).Tang,H.M.,Ma,S.Z.,Liu,Y.R.,et al.,2002.Stability and control measures of Zhaoshuling landslide Badong County,Three G orges reservoir.Earth Science—J our2 nal of China Universit y of Geosciences,27(5):621-625(in Chinese with English abstract).Xu,Y.F.,Dong,P.,2002.Fractal models for the soil2water characteristics of unsaturated soils.Rock and S oil Me2 chanics,23(4):400-405(in Chinese with English ab2 stract).Zhang,P.W.,Liu,D.F.,Huang,D.H.,et al.,2003.Satu2 rated2unsaturated unsteady seepage flow numerical sim2 ulation.Rock and S oil Mechanics,24(6):927-930(in Chinese with English abstract).Zhang,W.J.,Zhan,L.T.,Ling,D.S.,et al.,2006.Influence of reservoir water level fluctuations on stability of un2 saturated soil banks.J ournal of Zhej iang Universit y (Engineering S cience),40(8):1365-1370,1428(in Chinese with English abstract).附中文参考文献胡新丽,唐辉明,马淑芝,等,2006.基于NMR的库区滑坡三维稳定性数值模拟.地球科学———中国地质大学学报,31(2):279-284.蒋刚,林鲁生,刘祖德,等,2001.考虑非饱和土强度的边坡稳定分析方法及应用.岩石力学与工程学报,20(A01): 1070-1074.刘才华,陈从新,冯夏庭,2005.库水位上升诱发边坡失稳机理研究.岩土力学,26(5):669-773.刘晓敏,赵慧丽,王连俊,2001.非饱和粉质粘土的土水特性试验研究.地下空间,21(5):375-378.刘新喜,夏元友,练操,等,2005.库水位骤降时的滑坡稳定性评价方法研究.岩土力学,26(5):1427-1436.戚国庆,黄润秋,2004.土水特征曲线的通用数学模型研究.工程地质学报,12(2):182-186.唐辉明,马淑芝,刘佑荣,等,2002.三峡工程库区巴东县赵树岭滑坡稳定性与防治对策研究.地球科学———中国地质大学学报,27(5):621-625.徐永福,董平,2002.非饱和土的水分特征曲线的分形模型.岩土力学,23(4):730-734.张培文,刘德富,黄达海,等,2003.饱和-非饱和非稳定渗流的数值模拟.岩土力学,24(6):927-930.张文杰,詹良通,凌道盛,等,2006.水位升降对库区非饱和土质岸坡稳定性的影响.浙江大学学报(工学版),40(8):1365-1370,1428.296。
库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性分析
库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性分析【摘要】本文主要探讨了库水位变化对滑坡稳定性的影响及其渗流机制。
首先分析了滑坡形成机理，指出库水位变化是滑坡发生的主要原因之一。
然后对库水位变化对滑坡稳定性的影响进行了深入研究，提出了库水位下降导致滑坡稳定性降低的机制。
接着对滑坡内部渗流机制进行了分析，指出渗流是滑坡发生的重要因素之一。
研究还探讨了库水位变化对渗流机制的影响，阐明了渗流与库水位变化之间的复杂关系。
最后对库水位变化下滑坡稳定性进行了综合分析，强调了滑坡稳定性受多因素影响的重要性。
结论部分提出了一些建议和展望，为库水位变化下滑坡的预防和治理提供了参考。
整体研究对滑坡灾害防范具有重要的理论和实践意义。
【关键词】滑坡、库水位变化、渗流机制、稳定性分析、研究背景、研究目的、多因素影响、建议、展望1. 引言1.1 研究背景库水位变化是影响库区地质灾害的重要因素之一，其中滑坡是常见的一种地质灾害类型。
库水位的变化会对滑坡的稳定性产生影响，进而引发滑坡。
研究库水位变化下滑坡的渗流机制与稳定性分析具有重要的理论和实际意义。
在目前的研究中，水库周围滑坡的形成机理已经得到了一定程度的认识，但是在库水位变化下滑坡的渗流机制及其对滑坡稳定性的影响方面仍存在一定的研究空白。
通过对库水位变化下滑坡的渗流机制与稳定性进行深入分析，不仅有助于增进对地质灾害的认识，还可以为水库周围地区的防灾减灾工作提供科学依据。
1.2 研究目的研究目的是通过对库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性的分析，深入探讨在不同库水位情况下滑坡的形成机理、稳定性以及渗流机制。
具体而言，通过研究滑坡形成机理分析，可以揭示库水位变化对滑坡形成的影响因素，为滑坡预防和治理提供科学依据。
通过分析库水位变化对滑坡稳定性的影响，可以评估不同库水位条件下滑坡的稳定性，为相关工程建设和规划提供参考。
渗流机制分析可以揭示库水位变化对滑坡内部水流路径的影响，为滑坡的监测和管理提供技术支持。
库水位升降作用对库岸滑坡稳定性的影响研究
水土保持研究 Research of So il and Water Co nserv atio n
Vo l. 13 No . 5 O ct. , 2006
*
库水位升降作用对库岸滑坡稳定性的影响研究
王学武 , 冯学钢 , 王维早
( 1. 四川省交通厅公路水运质量监督站 , 成都
面 , 库水位的下降过程属 于 缓慢下 降 过 程 , 因此滑 坡体 地 下水位与江水位的变化基本一致。
图 1 大院坝滑坡主剖面图 表 1 计算参数取值表
渗透 系数 参 数物质 - 1 / ( m ∃d ) 6 0. 00064 含水率/ % 天然 65 65 25 26 饱和 26 27 天然 0. 015 0. 85 饱和 0. 013 0. 72 天然 20 34 饱和 18 33 容重/ ( kg ∃ m - 3 ) 内聚力 / M Pa 内摩擦角 / ( ∀)
1 1 2
610041; 2. 石家庄经济学院工程学院 , 河北 石家庄
050031)
摘 要 : 利用了渗流场 - 应力场耦合的有限元法 , 对三峡库 区某滑 坡体在 库水位 升降作 用下的渗 流特征 及稳定 性 变化规律进行了研究。结果发现 , 对于该滑坡体在库 水位上升 过程中 其稳定 性将有 降低的 趋势 , 而在水 位上升 过 程中 , 滑坡的稳定性开始阶段下降而后逐渐上升 。 关键词 : 渗流场 - 应力场耦合分析 ; 库水位升降作用 ; 滑坡 ; 稳定性 中图分类号 : P642. 23 文献 标识码 : A 文章编号 : 1005 3409( 2006) 05 0232 03
图 3 水库 水位下降过程不同时段滑坡体内地下水位 2. 4 稳定性计算 2. 4. 1 计算程 序介绍 本次计 算 采 用 的 计 算 程 序 是 加 拿 大 公 司 的 G EO SL OP E 程序的 SL O PE/ W 模块 , 该 程序是 G EO- SL OP E 公 司研制的岩土 分析 软件 中的 一个 计 算边 坡稳 定性 的 软件。 它能计算考虑孔隙水 压力情 况下的 边坡稳 定性。由 于在 上 文中利用了同样 是 G EO - SL OP E 公司 开发 的 SEEP/ W 程 序进行了渗 流计 算 , 因 此在 计 算边 坡稳 定 性时 , SL O PE/ W 程序可读取 SEEP/ W 程序 计算 的渗流 结果 , 从 而计 算不 同 状态下的边坡的稳定性。 2. 4. 2 计算工 况 SL OP E/ W 程序中采用 的滑 坡稳 定性 计算 方法 仍然 是 传统的极限平衡法 , 本次计算主要采用 Janbu 法、 Bishop 法、 M o rg enstern- P rice 法 三 种方 法计 算 滑坡 的稳 定 性。由 于 本次滑坡稳定性计算的目的 , 重点是对该滑坡目前的稳定 现 状进行评价 , 并对今后该滑坡在水库蓄水运营期间的稳定 状 态演变进行预测和分析 , 从而为该滑坡是否需要实施工程 治 理提供依据。据此 , 计算中考虑了以下几种工况组合 : ( 1) 水 库蓄水过程 , 这主要包括了蓄水 5 d 、 10 d 、 15 d 、 20 d 、 25 d 和 30 d 后的稳定性 ; ( 2) 水库水位下降过程 , 这主 要包括了水位 下降 30 d、 60 d 、 90 d、 120 d、 150 d 和 180 d 后的滑坡稳定性。 2. 4. 3 计算结 果 应用上述程序首先 对大院坝 滑坡体 沿已 有滑面 的整 体 稳定性进行了计算 , 然后对大院坝滑坡体利用自动搜索的 方 法计算了滑坡体局部可能存在的最危险滑坡的稳 定性 , 其 计 算条分图与稳定性计算结果分别见图 4, 5 和表 2。 ( 1) 水库水位上 升过程 滑坡 稳定 性。据 表 2 计算 结果 , 当库水位上升时 , 无论是大院坝滑坡体的整体稳定性还是 局 部稳定性都有降低 的趋 势 , 如图 6 、 7。图 6 、 7 说 明 , 当库 水 位在 145 m 时 , 滑坡 的整 体 稳定 性 系 数为 1. 622( M o rg en stern- Pr ice 法 ) , 蓄水 5 d 后 , 降低为 1. 599, 30 d 后至 175 m 库水位时 , 稳定系数降到最低 , 为 1. 340, 降幅为 17. 4% 。对 于滑坡的局部稳定性 , 145 m 水位时其 稳定系数为 1. 154, 蓄 水 d 天后 , 降至 1. 142, 30 d 后 至 175 m 水 位时 , 降至 最低 , 为 1. 071, 降幅为 7. 2% 。 ( 2) 水位下降过程滑坡 稳定性。 据表 2 计算 结果 , 当 库 水位下降时 , 无论是滑坡的整体稳定性还是局部稳定性系 数 都随时间的增加一开始逐渐减少 , 一定时间后 ( 30 d) 达到 最 低点 , 然后又呈上升趋势 ( 图 8、 9) 。滑坡整 体稳定 性系数 下 降阶段的降幅为 17. 8% , 上升 阶段 的涨幅 为 42. 3% 。滑 坡 局部稳定性系数下降阶段的降 幅为 6. 6% , 上升阶 段的涨 幅 为 18. 3% 。
水库蓄水对库岸边坡稳定性的影响
水库蓄水对库岸边坡稳定性的影响水库在蓄水过程中，水位会发生变化，使库区沿岸地区的地质和水文条件随之发生明显的变化，对库岸边坡稳定性造成了严重的影响，进而发生滑坡等地质灾害，威胁到沿岸以及下游地区居民的财产和生命安全。
因此必须重视水库蓄水对于库岸边坡的稳定性所造成的影响，深入研究其变化的规律。
并采取有效措施加以防治。
本文将对水库蓄水对库岸的稳定性造成的影响进行分析。
标签：水库蓄水；库岸边坡；稳定性；影响1、引言由于经济建设的需要，我国的水利工程的建设数量和规模都在不断的增加，遇到的边坡灾害也越来越多，成为了对水利工程的建设安全的重要威胁。
水库在蓄水过程中极易引发边坡出现滑坡等地质灾害，因此对库岸边坡稳定性进行分析和研究对于水利工程项目的建设以及运营安全都具有极其重要的作用。
对边坡稳定性产生影响的因素还很多，不仅会影响水库的有效库容，造成建设成本增加以及工期延长等问题，还会严重威胁下游地区人民群众生命和财产的安全。
因此广大工程技术人员以及相关的研究人员应对此问题加以重视，深入分析，采取有针对性的措施对这一问题进行有效的解决。
2、水库蓄水对库岸边坡稳定性造成影响的主要因素2.1水岩作用的影响水库蓄水后，水位发生抬升，使得地下水水位也发生了抬升现象。
而库岸边坡与地下水间岩土体所形成的相互的作用是十分重要的一种地质应力，对边坡水岩作用会造成明显的改变，从而影响了边坡稳定性。
2.1.1物理作用水库在蓄水以后，边坡在浸水饱和的作用下，会导致其岩土体发生相关的水理作用，出现软化、崩解或沉陷的现象。
而滑体的岩土体在浸水饱和以后，会造成水岩作用的减弱。
同时地下水位发生变化后，岩土体填充物会出现泥化以及软化的现象，其物理性质发生了改变，从而降低了库岸边坡安全系数。
坡体内所汇聚的地下水会对坡体产生润滑的作用，降低了其摩擦阻力，进一步影响了边坡稳定性[1]。
2.1.2化学作用地下水长期对岩土体进行浸泡，会导致各种化学反应的发生，如地下水中富含的镁离子与钙离子将置换岩土中的钠离子，导致岩土孔隙度与渗透性增大；水渗透到岩体矿物结晶格架中产生水化作用，岩体结构变化，内聚力减小；这些都将破坏岩土体微观的结构，从而降低了边坡安全系数。
水位变化对库岸边坡稳定性影响机制研究
研究地下水位变化时砂质、黏土、粉土、黄土和岩质边坡的稳定性变化机制，同时对斜坡中地下水力学特征进行研
究。结果表明，坡体内部地下水上升时，边坡稳定性会降低。对于此类斜坡而言，防止地下水入渗是重要的防护措
施。
关键词：库岸边坡；地下水；稳定性；库水位；机制研究
中图分类号：TV697.2+3
文献标识码：A
文章编号：1004-7328（2019）04-0047-03
1 引言 在我国每年有大量的斜坡破坏，尤其在水利水
电 工 程 周 边 ，一 旦 发 生 地 质 灾 害 将 造 成 严 重 的 损 失。水是诱发地质灾害发生的一个重要因素，大量 的研究表明[1-10]滑坡的发生表现为遇水产生变形破 坏，更多的水造成更大的破坏，可见水对引起斜坡变 形破坏有重要的作用。在水库周围，库水位的升降 决定了斜坡中地下水位的高低，地下水与边（滑）坡 相互作用，从作用类型上可分为物理的、化学的和力 学的作用。物理作用主要表现为水会造成岩土体自 身强度降低，水具有一定的润滑作用，同时强化了岩 土体间结合水的作用。滑坡滑动面位置剪应力集 中，难以抵抗下滑作用力，滑坡沿着滑面产生破坏。 在岩土体泥化、软化作用下，斜坡岩土体自身强度降 低，包气带岩土体处于非饱和状态，随着含水率的增 加结合水将转变为自由水，岩土体强度降低。水对 斜坡产生的化学作用主要为水与岩土体之间产生的 化学反应，包括溶蚀作用、水化作用、离子交换、水解 作用、溶解作用、沉淀作用、氧化还原反应、透析作用 等。水的力学作用分为静水压力和动水压力两个方 面。水造成滑坡下滑力增大的同时降低了抗滑力。 当斜坡岩土体原始状态为非饱和状态时，土体含水 率的增加造成斜坡岩土体容重和下滑力增大，非饱 和土随着含水率的增大强度不断减小造成抗滑力降 低。地下水入渗会在斜坡坡体内部形成暂时的饱和
库水位升降对边坡稳定性影响研究综述
第19卷 第8期 中 国 水 运 Vol.19 No.8 2019年 8月 China Water Transport August 2019收稿日期：2019-03-03作者简介：史丁康（1994-），男，昆明理工大学硕士生，研究方向为边坡稳定性。
通讯作者：许万忠（1965-），男，昆明理工大学副教授，工学博士，研究方向为边坡工程、地基基础处理。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（41562016）：“基于结构特征的锚注加固节理岩体破坏机理研究”。
库水位升降对边坡稳定性影响研究综述史丁康，许万忠，熊茹雪（昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093）摘 要：库水位升降是滑坡的重要诱发因素，指出研究库水位升降对边坡稳定性的影响具有重要意义。
总结了涉及库岸边坡饱和-非饱和土理论的有效应力公式和抗剪强度公式，从剪应力与抗剪强度、下滑力与抗滑力两个角度分析了库岸边坡失稳机理，介绍比较了浸润线的三种确定方法、基于极限平衡法与有限单元法的库岸边坡稳定性分析方法和模型试验研究，从以上五个方面综述了库水位升降对边坡稳定性影响的研究现状。
在此基础上，指出当前研究的主要问题并对今后研究的发展方向提出自己的看法。
关键词：边坡稳定性；饱和-非饱和土；浸润线；数值模拟；试验中图分类号：U436 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）08-0241-03一、库岸边坡饱和-非饱和土理论对于库水位升降条件下边坡稳定性分析，早期理论发展水平有限，从饱和土理论出发，应用太沙基有效应力原理和莫尔库伦破坏准则，解决了许多实际工程问题。
随着工程建设的增加以及研究的深入，发现非饱和土特性对库岸边坡稳定性影响很大。
基于非饱和土理论，提出了延伸的莫尔库伦破坏准则。
提出过众多非饱和土有效应力公式和抗剪强度公式，早期以Bishop [1]等人为代表提出了非饱和土有效应力公式和抗剪强度公式，将基质吸力对非饱和土抗剪强度的贡献表示为其对有效应力的增加，公式中含有经验系数χ值，它与饱和度、应力路径及土的类型有关，其物理含义不明确且值的确定较为困难，因而限制了该公式的推广。
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库区水位上升对填方岸坡稳定性分析
发表时间：2019-06-27T10:03:06.933Z 来源：《防护工程》2019年第6期作者：杨志川周莉陈川[导读] 随着西南地区河流流域上各大水电站的修建完成，其库区在蓄水过程中。
重庆交通大学重庆 400074
摘要：西南地区河流流域上各大水电站修建完成，其库区在蓄水过程中，水位上升破坏了填方岸坡原有的平衡条件，引库岸填方岸坡形状及稳定性的变化。
本文通过ABAQUS有限软件模拟库区水位上升对填方岸坡稳定性分析，结果表明：当库区水位上升时，填方岸坡内地下水位上升的要比外部库区水位上升要慢，渗流速度有边坡外层向内慢慢降低；且坡脚处长期受到水的重力和水压力的作用，其稳定性较好；接近坡脚位置处和坡顶处位移最大，最有可能出现破坏滑坡。
关键词：填方岸坡；水位上升；稳定性
1 引言
随着西南地区河流流域上各大水电站的修建完成，其库区在蓄水过程中，库区水位的上升破坏了岸坡结构原有的平衡性，容易引起填方岸坡结构形态和稳定性变化，进而导致岸坡发生垮塌及滑坡等地质灾害，危害已有水工建筑物严重时甚至发生溃坝，堵塞河道，抬高河床，影响航运，降低水库运营效率。
造成填方岸坡破坏的因素是多方面的，首先库岸失稳的内在因素取决于岸坡自身的岩土性质，其次是外在因素，其中地下水是岸坡滑坡的主要诱发因素[1-4]，一般而言，填方岸坡在施工加固后，在外部荷载和自重的作用下内部原有的应力状态基本趋于稳定，但在水库蓄水后，水位上升岸坡的水文地质条件发生变化，其物理力学性质出现恶化，展现为填土区的抗剪强度降低，浮力增大，原本在极限平衡状态或接近极限平衡状态的库岸边坡会发生失稳破坏。
可见，在对库岸填方岸坡进行稳定性分析时，应重点考虑库区水位上升对库岸填方岸坡稳定性的影响。
针对上述水位上升对填方岸坡稳定性影响的问题，结合ABAQUS有限元件，分析水位上升过程中库岸岸坡的稳定性。
2 水位上升对填方岸坡稳定性影响库区水位上升对库岸岸坡稳定性的影响有如下两个方面[1-2]。
a）库区蓄水后，岸坡土体含水量达到饱和使土体软化，由于水的渗透作用，土体颗粒间的摩阻系数及胶结能力降低，岸坡潜在滑动面抗剪参数降低，进而降低了岸坡的抗剪强度，影响着岸坡的稳定性[5]。
b）浸没于库水中的岸坡土体受到土体内水的浮托作用，浮托力对岸坡稳定性有有利因素和不利因素。
不利因素是浮托力给滑体一个向上的力减小了滑体自身的有效重量，所以它降低了滑面的阻滑力，使边坡稳定性受到影响；有利因素是滑体重量的减小，下滑力也相应减小，有助于边坡的稳定，水位上升降低了岸坡抗剪强度，同时也起到了稳固岸坡作用。
库区蓄水后，岸坡内地下水位上升致使部分土体受到孔隙水压力，浸水部分土体的有效重量由天然重量变为浮重量，同时边坡潜在滑动面抗剪强度因浸水饱和而降低层致边坡稳定性发生改变，在不考虑滑动面强度参数的弱化情况下孔隙水压力的作用机理。
文章[3]得到斜土坡中任一微元体的应力状态该点的两个主应力值及在浸水状态下的粘聚力公式：图2-1 斜坡土体应力状态[3]
并通过假定该斜坡处于临界稳定状态，得到了未浸水的粘聚力计算公式[3]：
图4-8 y方向的位移云图
图4-7到图4-8给出了填方岸坡在水位库水位上升后，填方岸坡在x方向和Y方向的位移图，有模拟的结果图可以看出，在该工况下，填方岸坡在x方向上最大的位移出现在离坡脚很近的边坡处，在y方向的位移坡顶处最大。
这是因为坡脚处长期受到水的重力和水压力的作用，其稳定性较好，而随着水位的上升，填方岸坡边坡在水位的作用下抗剪强度降低，故更容易破坏。
5 结论
在水库蓄水水位上升作用下，填方岸坡滑坡主要包括蓄水初期水位上升引起的滑坡。
库水位蓄水初期水位上升，水体的渗入导致库岸滑坡体的质量增大，进而使滑动面的滑动力增大；土体因水的作用导致土体的软化从而降低抗剪强度。
填方岸坡的水文地质条件发生了很大的改变，表现为填方土体的抗剪强度降低，浮托力增大，原处于极限平衡状态或接近极限平衡状态的库岸岸坡往往发生失稳破坏，但浮托力对填方岸坡有一定的稳固作用。
通过有限元软件ABAQUS，对填方岸坡在库区水位上升作用下进行了数值模拟计算，定量分析库水位变动影响下填方体边坡的稳定性。
计算结果表明，当库区水位上升时，填方岸坡内地下水位上升的要比外部库区水位上升要慢，渗流速度有边坡外层向内慢慢降低；且坡脚处长期受到水的重力和水压力的作用，其稳定性较好；接近坡脚位置处和坡顶处位移最大，最有可能出现破坏滑坡。
参考文献:
[1] 王士天，刘汉超，张倬元，等 . 大型水域水岩相互作用及其环境效应研究［J］. 地质灾害与环境保护，1997，8（1）：69-88 .
[2] 刁承泰，黄京鸿 . 三峡水库水位涨落带土地资源的初步研究［J］. 长江流域资源与环境，1999，8（1）：75-80 .
[3] 徐千军，陆杨 . 干湿交替对边坡长期安全性的影响［J］. 地下空间与工程学报，2005，1（6）：1021-1024 .
[4] 王俊杰，刘元雪. 库水位等速上升中均质库岸塌岸现象及浸润线试验研究[J]. 岩土力学, 2011( 11): 3231- 3236.。