庫水位升降對水庫庫岸滑坡穩(wěn)定性的影響

1、庫水位升降對水庫庫岸邊坡穩(wěn)定性的影響張全（環(huán)境與土木工程學(xué)院，2009030403）摘要：庫水位的升降是誘發(fā)水庫庫岸產(chǎn)生滑坡的重要原因，運(yùn)用工程地質(zhì)分析原理和模型試驗?zāi)M庫水位的變化，得出滑坡在庫水位變化過程中破壞的一般規(guī)律。關(guān)鍵詞：庫水位升降 邊坡穩(wěn)定性 模型試驗水庫庫岸滑坡的危害主要包括兩個方面：一是大量的巖土體滑入水庫，減少了有效庫容，甚至形成壩前壩，使水庫不能繼續(xù)使用；二是如果滑坡體高速滑入水庫，會造成巨大的涌浪，直接危及大壩安全及電站的運(yùn)營，并給庫區(qū)人民的生命財產(chǎn)安全造成巨大威脅。水庫蓄水后會對庫區(qū)存在的大量滑坡產(chǎn)生不利影響，所以研究庫水位的變化對滑坡穩(wěn)定性的影響有重要意義。1三峽庫

2、區(qū)是滑坡等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地帶. 據(jù)不完全統(tǒng)計, 三峽庫區(qū)在175m 庫水位影響的范圍內(nèi)共有大小滑坡2000 余個, 各類變形體分布更是廣泛 1-2 . 自2003 年135 m 蓄水開始, 2006年水庫蓄水達(dá)到156m 以來, 絕大多數(shù)滑坡經(jīng)受到了庫水位緩慢上升和穩(wěn)定庫水長時間浸泡的考驗沒有復(fù)活 3-4 . 但隨著2009 年三峽大壩基本完工, 三峽水庫開始正常運(yùn)營,三峽水庫壩前水位將在短時間內(nèi)在145 m- 175m-145m 之間波動, 水位變幅為30 m. 滑坡短時間內(nèi)經(jīng)歷水位頻繁升降且幅度之大是此前從未經(jīng)歷過的. 庫水位波動不僅降低巖體力學(xué)強(qiáng)度、減輕巖體有效重力, 而且還改變庫岸邊坡內(nèi)

3、地下水位分布, 在三峽庫水位升降過程中很可能使原己穩(wěn)定的滑坡再度失穩(wěn).1.工程地質(zhì)分析原理分析庫水位對庫岸滑坡的影響水庫蓄水或正常調(diào)度（水位驟然升降）期間，地表水位的變化將直接導(dǎo)致岸坡地下水動力場的變化。1.1在水庫蓄水水位上升階段，對岸坡穩(wěn)定性起主要作用的是空隙水壓力效應(yīng)（懸浮減載效應(yīng)）。在庫水位還未上升之前庫岸邊坡情況如圖1，庫水位上升之后庫岸邊坡情況如圖2。圖1 庫水位上升之前庫岸邊坡情況（許強(qiáng)）圖2 庫水位上升之后庫岸邊坡情況（許強(qiáng)）由圖1和圖2可知，由于庫水位的上升，增加了庫岸邊坡的浮重度區(qū)和飽和重度區(qū)。減小庫岸坡體的抗滑穩(wěn)定性，但一般而言庫水位上升，庫岸邊坡的浮重度區(qū)增加較飽和重度

4、區(qū)增加的多，加上庫水對岸坡的壓力作用，從力學(xué)關(guān)系上看，庫水位的上升使庫岸邊坡的穩(wěn)定性降低。在一些相對形態(tài)特殊的邊坡，庫水位的上升會降低庫岸邊坡的穩(wěn)定性，如圖3“靠椅狀滑坡”。圖3 靠椅狀滑坡受水位影響的力學(xué)變化（許強(qiáng)）由圖可知，由于庫水位的升高，使邊坡潛在滑動面上的孔隙水水壓力增高，由有效應(yīng)力原理=n-pw,使有效應(yīng)力減小，邊坡的莫爾強(qiáng)度圓向莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線靠近，降低了庫岸穩(wěn)定性。瓦依昂大壩瓦依昂(Vaiont)滑坡是因孔隙水壓力效應(yīng)造成災(zāi)難性滑坡的最典型實例。瓦依昂水庫壩高262m，庫容1.69億m。1956年開始修建，1960年2月水庫蓄水。1963年10月9日，左岸約2.4億m的山體以最大

5、30m/s的速度整體下滑，激起250m高的涌浪， 翻越壩頂，約 300萬m水注 入深 200余米的下游河谷，沖毀蘭加隆鎮(zhèn)和附近5個村莊，死亡1925人。1.2在水庫正常調(diào)度庫水位驟然下降階段，對岸坡穩(wěn)定性起主要作用的是地下水的滲透壓力效應(yīng)和地下水的飽水加載效應(yīng)。在庫水位還未下降之前庫岸邊坡情況如圖4，庫水位下降之后庫岸邊坡情況如圖5。圖4 庫水位下降之前庫岸邊坡情況（許強(qiáng)）圖5 庫水位下降之后庫岸邊坡情況（許強(qiáng)）由圖可知，在庫水位下降之后，由于庫岸邊坡的滲透系數(shù)的影響，原來飽水的飽和重度區(qū)不會立即將水排出，而是有一個滯后的效應(yīng)，使得在庫水位下降下降滯后，庫岸邊坡依然部分保持飽水狀態(tài)。就是由于這

6、種現(xiàn)象的存在，使得這時邊坡中所飽含的水對潛在滑動面有一個向外的滲透壓力p=wiS，降低邊坡的抗滑穩(wěn)定性。同時，由于這種滯后效應(yīng)，在庫水位下降之后增加邊坡的荷載飽水加載效應(yīng)，使邊坡變得更加的不穩(wěn)定。2. 模型試驗?zāi)M庫水位的變化 1分析庫水位變化對庫岸邊坡穩(wěn)定性的影響就庫水位對滑坡體的影響問題，防災(zāi)減災(zāi)實驗室一某滑坡為原型，按幾何相似制作了一個滑坡模型，一考查庫水位的變化對滑坡體位移及內(nèi)部孔隙水壓力的影響。實驗?zāi)Ｐ退畮斓男钏靶顾^程，在第10小時50分時135水位開始蓄水，在第13小時20分蓄至135水位。在第26小時30分時，又開始蓄水，在第28小時蓄至175水位。在第31小時開始泄水，第3

7、1小時30分至135水位。之后水位持續(xù)135水位，直至第53小時。在整個過程中滑坡體內(nèi)孔隙水壓力及位移的變化曲線如圖6和圖7所示。圖6 孔隙水壓力隨時間變化曲線圖7 位移隨時間變化曲線圖6取的滑體前緣處孔隙水壓力傳感器所測得的數(shù)據(jù)，圖7為滑體中部的位移變化情況。從圖6和圖7中可以清楚地看出在相應(yīng)的時間點(diǎn)孔隙水壓力和位移變化的情況。圖6清楚地反映了庫水位的變化過程。圖7則反映了庫水位變化時，相應(yīng)的位移變化。從圖7 可以看出幾次大的位移變化全部發(fā)生在庫水的蓄水過程中，尤其是在135水體溫表的蓄水過程中位移增量達(dá)到了12mm，占總位移量的69%左右。而在175水位的蓄水過程中位移增量只有4mm，占總

8、位移量的20%左右。通過實驗研究得出的結(jié)論：（1）庫水的浸泡對滑體的影響在實驗中發(fā)現(xiàn)，在蓄水過程及水位保持過程中的下部、中部及上部的孔隙水壓力變大，位移逐漸增大，但從滑體前緣至后緣位移逐漸減小。尤其是滑體的前緣，其在庫水位浸泡下達(dá)到飽和狀態(tài)，從而失去強(qiáng)度而發(fā)生破壞。（2）庫水位變化對滑體的影響在蓄水過程中由于土體中含水量的增加，使土體中孔隙水壓力增大，而抗剪強(qiáng)度相應(yīng)降低。在放水過程中庫水位以下的土體中孔隙水壓力減小，而此處的土體由于處于飽和狀態(tài)而失去抗剪強(qiáng)度。由于本次試驗采用了滲透系數(shù)較大的細(xì)沙，故在水位下降過程中滑體中的孔隙水壓力減小的速率較大，而滑體中部以上土體的位移則基本上沒有發(fā)生變化。

9、3.結(jié)語對庫水位升降對庫岸邊坡穩(wěn)定性的研究方法還有很多，如利用非飽和土力學(xué)中滲流和抗剪強(qiáng)度理論, 對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析6-8通過以上工程地質(zhì)分析原理分析和模擬實驗研究發(fā)現(xiàn)：水庫蓄水使滑坡的前緣達(dá)到飽和而降低抗剪強(qiáng)度。在庫水位上升時，坡體的浮重度區(qū)和飽和重度區(qū)增大，加之孔隙水壓力效應(yīng)，使庫岸的抗滑穩(wěn)定性降低。在水位下降過程中，由于地下水的滲透壓力效應(yīng)和地下水的飽水加載效應(yīng)使岸坡變得更加的不穩(wěn)定，所以庫岸邊坡發(fā)生破壞往往是在庫水位下降之后的一段時間內(nèi)發(fā)生。參考文獻(xiàn)：1張潤峰.淺析庫水位變化對滑坡穩(wěn)定性的影響J.水電科技進(jìn)展,2003,36 2 孫廣忠. 中國典型滑坡M . 北京: 科學(xué)出版社, 1998.3 陳飛. 長江流域地質(zhì)災(zāi)害及防治M . 武漢: 長江出版社, 2007.4 賀可強(qiáng), 陽吉寶, 王思敬. 堆積層滑坡位移動力學(xué)理論及應(yīng)用:三峽庫區(qū)典型堆積層滑坡例析 M .北京: 科學(xué)出版社, 2007.5 黃潤秋, 許 強(qiáng). 戚國慶著降雨及庫水誘發(fā)滑坡的評價與預(yù)測M.北京:科學(xué)出版社, 2007.6 Fredlund DG. RahardjoH .Soil Mechanics for Unsaturated SoilsM . New York:Wiley & His Sons,1993.7 劉新喜. 庫水位下降對滑坡穩(wěn)定性的影響及工程應(yīng)用研究D .武漢:中國地質(zhì)大學(xué),2003.