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三峽庫區提升庫水位下降速率條件下溝邊上滑坡穩定性評

發布時間:2018年10月25日
來源:探礦工程在線 作者:陳歡


引用格式:陳歡.三峽庫區提升庫水位下降速率條件下溝邊上滑坡穩定性評價[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2018,45(9):60-65.

 

摘要三峽庫區對非汛期庫水位下降速率(0.6m/日)的嚴格控制,預防了近千處涉水庫岸滑坡大規模下滑入江,但控制消落期庫水位下降速率在某種程度上卻限制了防洪和蓄水發電效益的發揮,本文主要通過研究在非汛期時候,增加庫水位下落速率是否具有可行性,使用Geo-studio中的Seep/WSLOPE兩個模塊對溝邊上滑坡進行滲流分析和穩定性分析評價,以計算結果來確定庫水位消落期的水位下降速率,對庫區調控水位下降速率的調整有重大現實意義和科學價值。

關鍵詞水位下降速率消落期;滲流分析;溝邊上滑坡;滑坡穩定性評價;三峽庫區

 

最近7年,三峽庫區對非汛期庫水位下降速率(0.6m/日)的嚴格控制,預防了近千處涉水庫岸滑坡大規模下滑入江,但在某種程度上卻限制了防洪和蓄水發電效益的發揮。開展三峽水庫水位日降幅對庫區地質災害防治工程影響的調查評價研究,分析論證在非汛期增加庫水位下降速率的可行性,從而進一步明確或調整三峽水庫消落期庫水位下降控制速率,具有重大現實意義和科學價值。


1  研究區概況

研究工作區段接近三峽峽谷區的河谷-岸坡地帶,河谷相對開闊,河曲、階地與漫灘均十分發育,岸坡具明顯層狀地貌特征。

出露基巖均為沉積巖層,地層分布包含志留系至侏羅系及第四系。齊岳山以東以古生界及中下三疊系為主,局部有上三疊統及侏羅系分布;東北邊緣出露有小片二疊系,其余均為侏羅系紅層覆蓋。本區構造形式以褶皺變形為主,斷裂較少。


2  溝邊上滑坡特征及穩定性地質分析

2.1  溝邊上滑坡產出地斜坡特征及規模

滑坡位于奉節縣安坪鎮新鋪村,如圖1所示。斜坡坡向350°,坡高138m,坡長360m,坡體呈箕型,剖面呈折線狀。坡度約23°。為一順向坡。上覆滑坡堆積物,包括碎塊石及部分含碎石粉質粘土,面積2萬m2,滑體厚度約為20m,體積約為41萬m3,屬中型土質滑坡。下伏基巖為侏羅系中統沙溪廟組(J2s)泥巖,薄至中厚層狀,滑坡區內未見基巖出露,巖層產狀330o∠28o,沿基覆界面滑動。滑坡產出斜坡位于故陵向斜次級褶皺:方斗山—黃連峽背斜北西翼,區內斷層不發育。

圖1  滑坡全貌


2.2  滑坡的動力條件及成因機制

該滑坡為人類工程型滑坡,受人為改造影響較大。中后部較平緩,前緣滑面較陡,受到長江的長期沖刷,出現了古滑坡體整體滑移,前緣部分有鼓脹彎曲隆起,受降雨作用入滲滑坡體的影響,滑坡產生次級滑體;滑坡的近期變形主要表現為滑坡前緣的變形滑移。形成機制為:滑坡前緣受江水長期沖刷掏蝕,加之人類工程活動的破壞影響,使得滑坡前緣段抗滑阻力減小,又受到降雨作用和地表水滲入滑坡的影響,孔隙水壓力升高,次級滑面逐漸貫通,最終導致滑坡前緣坡體出現蠕滑,誘發滑坡前緣失穩。


3  滑坡的滲流分析

在增大庫水位下降速率情況下,采用基于非飽和理論的數值分析方法基于GEO-studio商業軟件的SEEP/W模塊,建立概化的抽象模型進行滲流分析和穩定性評價。

3.1  模型及參數選擇

選取具有代表性的縱斷面作為計算斷面。平面二維模型包含兩種材料,黃色部分為碎塊石堆積體,綠色部分為基巖。對材料部分進行網格劃分,材料交接部分網格由密過度到稀,見圖2。

2二維滲流場模型建立圖

根據勘察報告巖土力學參數值,綜合統計平均值確定巖土體物理力學參數(見表1)。


1  溝邊上滑坡土體物理力學參數

滑帶土體的滲透系數k由現場滲透試驗測得(表2),并參考庫區已有的研究成果(表3)進行綜合取值。

2  現場滲透試驗成果統計


3  三峽庫區滑坡體滲透系數統計    m/d


3.2  滑坡地下水滲流分析

降雨是誘發庫區滑坡產生的主要因素,水庫的水位變化是又一個主要因素。

依據圖3庫水實際運行情況,可知現階段在175m至145m至175m之間運行。參考圖4庫區現階段年實際運行情況,可設置以下計算工況和荷載組合,對庫水位升降作用下的溝邊上滑坡的滲流、變形進行模擬,并評價該滑坡的穩定性:工況一:自重+地表荷載+庫水位從175m降至156m(庫水位159m至156m 下降速度0.6m/d);工況二:自重+地表荷載+庫水位從175m降至156m(庫水位159m至156m下降速度0.6m/d)+降雨60mm/d(持續3天);工況三:自重+地表荷載+庫水位從175m降至156m(庫水位159m至156m下降速度1.0m/d);工況四:自重+地表荷載+庫水位從175m降至156m(庫水位159m至156m下降速度1.0m/d)+降雨60mm/d(持續3天)。不同工況滲流場特征見圖5~8。

3三峽庫區庫水實際運行情況

4  三峽庫區庫水現階段年實際運行情況


5  工況一滲流場特征

6  工況二滲流場特征

7  工況三滲流場特征

8  工況四滲流場特征

計算分析結果表明該滑坡在庫水位下降和降雨條件下的滲流場符合一般滲流規律,且具有如下特征:

1)基巖透水率低,滑坡體的滲透系數較大,因此滲流場變化出現在滑坡體內。

2)水位升降主要影響滑坡前緣,隨著水位上升水由坡體外向內滲入,坡體內水位上升存在一定的滯后性,因此滲流場曲線呈現坡外向坡內凹的趨勢;反之降水位時亦然。

3)降雨對滑坡體內地下水位有顯著影響。在汛期庫水位下降+降雨工況條件下,降雨使滑坡體后部地下水位升高,加大了水力梯度和滲流力。

3.3  滑坡穩定性計算評價

SLOPE/W軟件采用了等效置換方法來計算邊坡穩定分析,即坡體外側水位以下土體采用浮容重,滑面上的孔隙壓力采用超靜孔壓,忽略坡外的靜水壓力,計算結果見圖9。

9  不同工況條件下各種分析方法的穩定性系數

根據規范,將滑坡穩定性劃分為四級:穩定系數Fs>1.10為穩定,1.10≥Fs>1.05基本穩定,1.05≥Fs>1.0為欠穩定,Fs<1.0為不穩定。

從上述分析結果可以得出:

1)庫水升降對溝邊上滑坡穩定性會產生一定的影響。庫水位從175m下降至159m過程中,滑坡穩定性整體表現為逐漸下降然后逐漸上升,從159m開始,庫水位在不同工況的下降速度下變化,滑坡穩定性由前面的上升變為下降,在庫水位保持156m一段時間內,穩定性系數有所上升,最后趨于穩定值

2)降雨對滑坡穩定性影響較大。水位下降過程中,伴隨降雨作用,滑坡穩定性出現降低,但降低幅度有限。受地質地形條件影響,滑坡穩定性系數下降較降雨時間會有滯后效應。

3)在159m后采用不同的庫水降速,庫水下降速度增大對滑坡穩定性影響有提高。

4)水庫正常蓄水運行期間,溝邊上滑坡處于較穩定狀態,前緣可能產生一定變形,會對滑坡中部產生進一步影響,存在一定危險性。當庫水位下降速率超過1.2m/d,且出現p=120mm/d以上暴雨時,溝邊上滑坡整體處于欠穩定狀態。


4  綜合評價

1)溝邊上滑坡處于欠穩定狀態;2)在庫水位下降過程中,庫水位下降速率越快,滑坡穩定性系數降低越明顯;(3)基于Geo-studio軟件的seep/W模塊模擬了庫水位降幅增加條件下的滲流場及變化過程,可見相對現今庫水位變幅,降幅增加后,水力梯度有一定提升,幅度較小。并通過slope/W模塊采用M-P法計算可知,降幅提高后對滑坡穩定性影響甚微,這與地面宏觀調查結果相吻合。


原文鏈接:http://jour.tkgc.net/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=20180069&flag=1&journal_id=tkgc&year_id=2018



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