金沙江乌东德库区必油照滑坡稳定性分析

误差ꎮ 数值模拟方法以其高效、成本低廉且能模拟滑 坡复杂的地形地貌及应力分布特征而广受青睐ꎮ 目前 常用的数值分析方法主要有离散元法、有限元法和有 限差分法等ꎮ 陆治斌[７] 、周新等[８] 采用离散元法分别 对滑坡过程与危岩体变形演化进行了有效模拟ꎻ苗朝 采用离散元法分析了地下水的渗流规律以及静水压力 和物理软化作用对岩质滑坡变形破坏的影响[９] ꎻ 张 旭[１０] 、李新卫等[１１] 采用有限元法对滑坡渗流场演化 特征及其稳定性变化规律进行了饱和–非饱和数值分 析ꎻ王世梅[１２] 、张永昌等[３] 考虑库水位升降以及不同 升降速率ꎬ采用有限元法分别分析了涉水边坡、古滑坡 的稳定性变化规律ꎻ闫云明考虑变形参数ꎬ采用改进的 有限元强度折减法进 行 了 边 坡 稳 定 性 评 价[１４] ꎻ 安 海 堂[１５] 、陈胜伟[１６] 等采用有限差分法分析了开挖对坡 体的变形稳定影响ꎬ张旭基于有限差分的 Ｆｉｓｈ 语言编 写能量程序[１７] ꎬ进行了大型露天矿山及其开挖的边坡 稳定性与能量演化机理研究ꎮ 其中基于 Ｆｌａｃ３Ｄ 的有限 差分程序有效综合了离散元法和有限元法的优点ꎬ运 用动态松弛方法和有限差分方法ꎬ计算过程简单、快
(１. 中国长江三峡集团有限公司 博士后工作站ꎬ北京 １０００３８ꎻ ２. 清华大学 土木水利学院ꎬ北京 １０００８４ꎻ ３. 中国三峡建设管理有限公司ꎬ四川 成都 ６１００００ꎻ ４. 江西铜业股份有限公司城门山铜矿ꎬ江西 九江 ３３２１００ꎻ ５. 中国葛洲坝集团 三峡建设工程有限公司ꎬ湖北 宜昌 ４４３０００)
行ꎬ且更加直观、方便ꎬ具有传统极限平衡法所无法比拟的优势ꎮ
关 键 词:库岸滑坡ꎻ 稳定性分析ꎻ 数值模拟ꎻ Ｆｌａｃ３Ｄ ꎻ 金沙江
中图法分类号: Ｐ６４２ 文献标志码: Ａ
ＤＯＩ:１０. １６２３２ / ｊ. ｃｎｋｉ. １００１ － ４１７９. ２０１９. ０１. ０２３
在水电站开发过程中ꎬ库岸滑坡稳定性问题越来 越突出ꎬ尤其水库蓄水后的库岸滑坡稳定性对大坝的 安全和水电站的运行至关重要ꎮ 随着我国水利水电事 业的快速发展ꎬ为确保水电工程建设的顺利进行ꎬ研究 库水位变化与库岸滑坡稳定性的关系已成为一项重要 课题[１] ꎮ
收稿日期:２０１８ － ０４ － ０２ 作者简介:张 旭ꎬ男ꎬ博士ꎬ主要从事岩土工程研究ꎮ Ｅ － ｍａｉｌ:ｚｈｘ. ｓｕｎ＠ １６３. ｃｏｍ
第１期
张 旭ꎬ等:金沙江乌东德库区必油照滑坡稳定性分析
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速ꎬ且能较好地模拟不同介质在达到其强度极限或屈 服极限时ꎬ所发生的变形破坏或塑性流动等力学行为ꎬ 故广泛应用于边坡稳定性分析、支护工程设计、地下洞 室开挖、路基填筑以及采矿区地面沉陷的预测等多个 工程地质领域ꎮ 如刘晓[１８] 、王双等[１９] 采用 Ｆｌａｃ３Ｄ 分别 就高速远程滑坡与黄土滑坡的动力稳定性进行了模拟 分析ꎻ王忠福[２０] 、杨金旺等[２１] 采用 Ｆｌａｃ３Ｄ 对滑坡、高边 坡的变形破坏进行了稳定性模拟分析ꎬ均取得了较好 的效果ꎮ
目前ꎬ滑坡稳定性分析常使用的有极限平衡法和 数值计算方法[２ －３] ꎬ刚体极限平衡理论的缺点是难以 动态反映滑坡堆积体在外界诱发因素作用下应力场的 改变以及由其引起的变形情况ꎬ数值分析法克服了边 坡形状不规则和材料不均匀的限制ꎬ在求解过程中ꎬ既 考虑了单元体的变形协调ꎬ又考虑了岩体的破坏准则ꎬ 故其计算结果更加精确合理ꎬ结果分析更加方便直观ꎮ 关于滑坡变形失稳机制的研究ꎬ目前多采用野外监测 数据 分 析、 物 理 模 型 试 验 以 及 数 值 模 拟 分 析 等 方 法[４ －６] ꎮ 然而利用物理模型试验研究滑坡变形破坏所 需成本较高、周期较长ꎬ并且难以模拟滑坡现场的复杂 环境条件以及原始应力特征ꎻ采用监测数据分析ꎬ有时 会因局部变形过大而造成对滑坡整体变形规律的判断
１ 工程概况
必油照滑坡位于金沙江右岸必油照村西侧ꎬ下距 乌东德坝址 ７３. ３ ｋｍꎬ 上距 龙 川 江 口 江 边 乡 约 ３３. ５ ｋｍꎮ 滑坡前缘至金沙江ꎬ高程约 ９００ ｍꎬ后缘至必油村 平台西侧山坡一带ꎬ分布高程 １ ２１０ ｍ 左右ꎬ两侧以冲 沟为界ꎬ宽约 ３５０ ~ ７５０ ｍꎬ纵向长约 １ ０８０ ｍꎬ平面面 积约 ０. ５８ ｋｍ２ ꎮ 根据钻孔揭露ꎬ滑坡前缘厚约 ５０ ｍꎬ １ １６０ ｍ 高程平台位置厚约 １５６ ｍꎬ后缘厚约 １１０ ｍꎬ滑 坡平均厚度约 ６０ ~ ７０ ｍꎬ滑坡体积约 ４ ６４０ 万 ｍ３ ꎮ 滑 坡区冲沟发育ꎬ切割深度一般为 ６０ ~ １００ ｍꎬ地表地形 凌乱ꎬ滑坡体两侧冲沟切割形成坡度 ６０ ° 的陡坎ꎮ 在 滑坡纵向上发育有两级平台ꎬ１ １６０ ｍ 高程为滑坡体平 台ꎬ平台顺河向长约 ３００ ｍꎬ宽约 １７０ ｍꎻ１ ３６０ ~ １ ３９０ ｍ 高程之间为必油照村平台ꎬ宽约 １７０ ~ ２００ ｍꎬ长约 ５００ ｍꎮ 滑坡前缘至 １ ３６０ ｍ 高程平台之间地形坡度 为 ２０ ° ~ ３０ °ꎬ１ １６０ ｍ 高程滑坡体平台至必油照村平 台之间地形坡度约 ２０ ° ~ ２５ °ꎬ局部地形较陡ꎬ坡度约 ３０ ° ~ ４０ °ꎬ地形概貌如图 １ 所示ꎮ
破坏模式与滑移特征ꎬ并由剪切应变增量云图确定滑移面ꎮ 通过数值模拟ꎬ阐释了滑坡破坏演化特征和失稳
机理ꎮ 坡体塑性变形与位移分析结果表明:滑坡在天然状态下基本稳定ꎻ在连续高强度降雨状态下欠稳定ꎬ局
部失稳滑塌的可能性很大ꎬ这与现场调查分析的结果一致ꎮ 利用 Ｆｌａｃ３Ｄ 进行滑坡稳定性分析和评价简单、可
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卷 ９
第 年
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期 月
文章编号:１００１ － ４１７９(２０１９)０１ － ０１２４ － ０７
人 民 Ｙａｎｇｔｚｅ
长 江 Ｒｉｖｅｒ
Ｖｏｌ. ５０ꎬＮｏ. １ Ｊａｎ. ꎬ ２０１９
金沙江乌东德库区必油照滑坡稳定性分析
பைடு நூலகம்
张 旭１ꎬ２ ꎬ周 绍 武３ ꎬ龚 维 强４ ꎬ潘 金 华５ ꎬ蒋 树１ ꎬ宛 良 朋３
摘要:在详细分析金沙江水电站库岸滑坡地质结构和区域地质环境的基础上ꎬ结合地层产状、水文气象等因
素ꎬ利用 Ａｎｓｙｓ 和 Ｆｌａｃ３Ｄ 建立必油照滑坡地质模型ꎬ利用强度折减法与有限差分程序进行多工况下的全过程动
态数值模拟ꎮ 计算坡体由初始化自重平衡作用到临界滑移失稳状态全过程的位移、速率变化趋势ꎬ分析滑坡
本文在前人研究成果的基础上ꎬ以金沙江必油照 库岸滑坡为例ꎬ利用强度折减法的思想ꎬ以 Ｆｌａｃ３Ｄ 数值 模拟为平台ꎬ根据有限差分原理ꎬ确定滑坡体安全系数 及相应的潜在破坏模式ꎮ 利用 Ｆｌａｃ３Ｄ 内置 Ｆｉｓｈ 语言ꎬ 基于强度折减法编制滑坡体安全系数计算程序ꎬ计算 坡体在天然状况的位移、应力应变以及在降雨、水位升 降等不同工况下的安全系数ꎬ模拟滑坡实际滑移面与 主滑方向ꎬ综合分析变形演化规律ꎬ预测分析滑坡稳定 性ꎮ