某水库影响区滑坡变形及稳定性研究

元翔飞

摘要：某水库某滑坡具有“圈椅状地形”及“双沟同源”等边界特征，滑坡体厚14.0～87.6m，体积约611万m3。在滑坡体内形成裂缝、鼓胀现象，沿潜在滑动面发生滑动破坏，形成牵引式大型覆盖层滑坡地质灾害，因此水库、水电站周边存在较大隐患。本文采用有限元法分析了在3种水位的天然工况下边坡的初始稳定性、渗流稳定性以及其对应的安全系数。结果表明，滑坡的安全系数低于规范值，采取削坡减载的方法对其进行治理，使其满足规范要求的安全系数值。为水库滑坡制定应急救援预案和应急响应提供了依据，对一些滑坡优化技术参数的制定都具有必要的指导意义。

关键词：水库；滑坡；特征；稳定性

0引言

水库水位变化引起内应力和水力条件变化会引起滑坡。廖伟[1] 认为库区滑坡失稳主要有两个因素。一是与水接触的岩石和土体的软化，二是动态水压。刘彩华等[2] 研究了水库水位升高引起的滑坡失稳，在水库水位升高的过程中经历了滑坡稳定性先下降后上升的过程。刘广宁[3] 研究了水库水位波动引起的滑坡内部变形机制，认为斜坡内岩石变形的作用力由水库水位波动的两部分提供场地。张润丰[4] 通过模型试验模拟了水库水位波动过程中滑坡位移的变化。本文采用FLAC3D有限元软件建立三维库岸边坡模型研究3种水位的天然工况下边坡的初始稳定性、渗流稳定性以及其对应的安全系数。

1工程概况

某滑坡体位于距离坝址92.4km（见图1.1），滑坡体积611万m3。本文通过全面收集初步勘察、勘察、制图、测量等基础地质资料，并结合本领域地质工程实践，总结滑坡的基本特征。该地区结构稳定性较差，按照《中国地震参数区划图》，滑坡区域的基本地面振动加速度峰值为0.03g，相应的基本地震烈度则为VII级。滑坡堆积物厚14.00~87.60m，体积约611万m3，主要为碎石混合土(块石含量15~25%)、粉土质砾及含砾粘土(滑带土)。下伏坝基岩性一般为奥陶系白云岩、中石英砂岩夹粉沙质和泥石等，岩性产状为N∠5~10°W，NE∠40~46°，反倾坡内，因受构造作用，岩块破碎~较破碎，多呈强风蚀。虽然滑坡表层土层较深，但开挖结果表明，它可以连接主要岩层，表层土层以下的基岩中没有大的断层切割。

2滑坡变形数值模拟分析

2.1 研究工况

主要对水库边坡进行滑坡变形仿真，主要涉及到天然工况，分析3种水位情况下的边坡应力应变情况，对于荷载情况，仅考虑边坡岩石等介质的自重荷载。具体如表2.1所示。

表2.1  研究工况参数及情况

序  号	蓄水位水位高程	状况	荷载组合
工况1：	水位高程765m	天然（持久工况）	自重
工况2：	水位高程800m	天然（持久工况）	自重
工况3：	水位高程825m	天然（持久工况）	自重

2.2 计算参数

滑坡体稳定性分析计算参数采用地质建议值。天然装填和饱和状态取值见表2.2和表2.3。

表2.2 天然状态取值

岩性	密度g/cm3	内聚力c(kPa)	内摩擦角 (º)
碎石混合土	2.26	8	35
粉土质砾	2.14	15	33
含砾粘土(滑带土、天然条件)	2.05	40	22
含砾粘土(滑带土、地震工况等效)	2.05	4	19.8
含粉土砾	2.18	10	34
前缘压载堆渣	2.0	0	30
强风化基岩	2.20	100	28
弱风化基岩	2.25	480	35

表2.3  饱和状态取值

岩性	密度g/cm3	内聚力c(kPa)	内摩擦角 (º)
碎石混合土	2.30	5	34
粉土质砾	2.20	10	32
含砾粘土(滑带土、天然条件)	2.10	30	20
含砾粘土(滑带土、地震工况等效)	2.10	3	17.8
含粉土砾	2.23	6	33
前缘压载堆渣	2.1	0	28
强风化基岩	2.25	90	27
弱风化基岩	2.30	450	33

2.3 计算模型

根据现有工程勘测资料，结合水库边坡地质剖面以及平面图，使用FLAC3D建立模型。

2.4蓄水前岸坡的稳定性分析

按照Mohr-Coulomb准则对模型进行静力计算后得到该边坡在初始状况下变形以及应力情况。

由计算结果可知，初始稳定的x方向位移最大值为-0.0047m，z方向的最大值为-0.256m；初始稳定最大剪切应力为3.7857MPa，初始稳定最大主应力为3.2364MPa，位于边坡的最低端，z方向最大处；初始稳定最小主应力为0.0757MPa，基本位于边坡表层处。

2.5 765m库水位时岸坡的稳定性分析

本工况模型中库水深为40m，根据工程地质勘察资料，在x=1055 m处，取岸坡内地下水埋深155 m，自z=1045~ 600 m施加孔压；在x=0处自z=725~ 600 m施加孔隙水压力，在地形表面自z=765~725 m施加静水压力；z方向则按自重应力考虑。

由计算结果可知，765m库水位时岸坡稳定的x方向位移最大值为-4.1516m，在z方向的最大值是-3.4708m;安全最大剪切应力为3.4845MPa，稳定最大主应力为7.2186MPa，位于边坡的最低端，z方向最大处。

2.6 800m库水位时岸坡的稳定性分析

本工况模型中库水深为75m。

由计算可以得出，在800m库水位时岸坡稳定的孔压力差最大为4.5167MPa，处于边坡的最低端，即z方向最大处;稳定时最大剪切应力为3.4845MPa，稳定最大主应力则为7.2130MPa，位于边坡的最低端，z方向最大处；稳定最小主应力为14.178MPa，位于边坡的最低端，z方向最大处。

2.7 825m库水位时岸坡的稳定性分析

本工况模型库水深100m。

由计算得出，当825m库水位时，岸坡稳定的孔压力差最大值为4.5167MPa，处于边坡的最低端，即z方向最高处;稳定最大值剪切应力为3.4845MPa，稳定最大值主应力为7.2127MPa，位于边坡的最低端，z方向最大处；稳定最小主应力为14.178MPa，位于边坡的最低端，z方向最大处。

2.8治理方案及治理后的稳定性分析

针对滑坡体上部减载开挖至950m高程，950m~880m高程之间削坡减载，前缘不考虑堆渣压载作用，计算得到了库水位765m高程、800m高程、825m高程条件下的稳定性结果。

经过治理后的岸坡安全性均超过了1.15的安全系数，符合了《水电工程边坡设计规范》NB/T 10512-2021，具体结果参见下表。

表2.4滑坡治理后稳定安全系数计算成果

序  号	蓄水位	状况	稳定安全系数	规范安全系数
工况1：	水位高程765m	天然（持久工况）	1.18	1.15
工况2：	水位高程800m	天然（持久工况）	1.2
工况3：	水位高程825m	天然（持久工况）	1.2

3结论

本文主要针对水库影响区滑坡特征及稳定性进行了研究，通过运用数值模拟有限元仿真软件，建立滑坡地质对象的数值模型，开展了滑坡变形稳定性影响分析，得出如下结论：

（1）对765m、800m和825m三个高程下削坡前后的剪应力、最大主应力、最小主应力、剪应变等参数进行了模拟分析。按照具体规范的定义，由应力云图即可得到，最大剪应力和最大主应力均出现在边坡的最低端。

（2）针对水库库岸滑坡变形及稳定性进行了数值模拟，针对边坡发生滑坡的可能性，最后对边坡采取了削坡治理方案，通过计算结果显示，边坡的安全也有所提高，提高到了1.2，应力值也均有所下降，降低了滑坡风险。

参考文献

[1] 陶宏亮, 范士凯, 徐光黎,等. 库水位变化条件下堆积体滑坡变形特征及稳定性分析[J]. 水电能源科学, 2014, 32(5):5.

[2] 许建聪. 碎石土滑坡变形解体破坏机制及稳定性研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2009.

[3] 俞火明, 鲁华桥, 潘永坚. 浙江某滑坡变形机制分析及稳定性评价[C]// 中国地质灾害防治学术交流会. 中国地质灾害防治工程行业协会, 2014.

[4] 吕国军, 肖盛燮, 陶庆东,等. 万州晒网坡滑坡变形机理及稳定性规律跟踪研究