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三峡库区提升库水位下降速率条件下沟边上滑坡稳定性评

发布时间:2018年10月25日
来源:探矿工程在线 作者:陈欢


引用格式:陈欢.三峡库区提升库水位下降速率条件下沟边上滑坡稳定性评价[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2018,45(9):60-65.

 

摘要三峡库区对非汛期库水位下降速率(0.6m/日)的严格控制,预防了近千处涉水库岸滑坡大规模下滑入江,但控制消落期库水位下降速率在某种程度上却限制了防洪和蓄水发电效益的发挥,本文主要通过研究在非汛期时候,增加库水位下落速率是否具有可行性,使用Geo-studio中的Seep/WSLOPE两个模块对沟边上滑坡进行渗流分析和稳定性分析评价,以计算结果来确定库水位消落期的水位下降速率,对库区调控水位下降速率的调整有重大现实意义和科学价值。

关键词水位下降速率消落期;渗流分析;沟边上滑坡;滑坡稳定性评价;三峡库区

 

最近7年,三峡库区对非汛期库水位下降速率(0.6m/日)的严格控制,预防了近千处涉水库岸滑坡大规模下滑入江,但在某种程度上却限制了防洪和蓄水发电效益的发挥。开展三峡水库水位日降幅对库区地质灾害防治工程影响的调查评价研究,分析论证在非汛期增加库水位下降速率的可行性,从而进一步明确或调整三峡水库消落期库水位下降控制速率,具有重大现实意义和科学价值。


1  研究区概况

研究工作区段接近三峡峡谷区的河谷-岸坡地带,河谷相对开阔,河曲、阶地与漫滩均十分发育,岸坡具明显层状地貌特征。

出露基岩均为沉积岩层,地层分布包含志留系至侏罗系及第四系。齐岳山以东以古生界及中下三叠系为主,局部有上三叠统及侏罗系分布;东北边缘出露有小片二叠系,其余均为侏罗系红层覆盖。本区构造形式以褶皱变形为主,断裂较少。


2  沟边上滑坡特征及稳定性地质分析

2.1  沟边上滑坡产出地斜坡特征及规模

滑坡位于奉节县安坪镇新铺村,如图1所示。斜坡坡向350°,坡高138m,坡长360m,坡体呈箕型,剖面呈折线状。坡度约23°。为一顺向坡。上覆滑坡堆积物,包括碎块石及部分含碎石粉质粘土,面积2万m2,滑体厚度约为20m,体积约为41万m3,属中型土质滑坡。下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组(J2s)泥岩,薄至中厚层状,滑坡区内未见基岩出露,岩层产状330º∠28º,沿基覆界面滑动。滑坡产出斜坡位于故陵向斜次级褶皱:方斗山—黄连峡背斜北西翼,区内断层不发育。

图1  滑坡全貌


2.2  滑坡的动力条件及成因机制

该滑坡为人类工程型滑坡,受人为改造影响较大。中后部较平缓,前缘滑面较陡,受到长江的长期冲刷,出现了古滑坡体整体滑移,前缘部分有鼓胀弯曲隆起,受降雨作用入渗滑坡体的影响,滑坡产生次级滑体;滑坡的近期变形主要表现为滑坡前缘的变形滑移。形成机制为:滑坡前缘受江水长期冲刷掏蚀,加之人类工程活动的破坏影响,使得滑坡前缘段抗滑阻力减小,又受到降雨作用和地表水渗入滑坡的影响,孔隙水压力升高,次级滑面逐渐贯通,最终导致滑坡前缘坡体出现蠕滑,诱发滑坡前缘失稳。


3  滑坡的渗流分析

在增大库水位下降速率情况下,采用基于非饱和理论的数值分析方法基于GEO-studio商业软件的SEEP/W模块,建立概化的抽象模型进行渗流分析和稳定性评价。

3.1  模型及参数选择

选取具有代表性的纵断面作为计算断面。平面二维模型包含两种材料,黄色部分为碎块石堆积体,绿色部分为基岩。对材料部分进行网格划分,材料交接部分网格由密过度到稀,见图2。

2二维渗流场模型建立图

根据勘察报告岩土力学参数值,综合统计平均值确定岩土体物理力学参数(见表1)。


1  沟边上滑坡土体物理力学参数

滑带土体的渗透系数k由现场渗透试验测得(表2),并参考库区已有的研究成果(表3)进行综合取值。

2  现场渗透试验成果统计


3  三峡库区滑坡体渗透系数统计    m/d


3.2  滑坡地下水渗流分析

降雨是诱发库区滑坡产生的主要因素,水库的水位变化是又一个主要因素。

依据图3库水实际运行情况,可知现阶段在175m至145m至175m之间运行。参考图4库区现阶段年实际运行情况,可设置以下计算工况和荷载组合,对库水位升降作用下的沟边上滑坡的渗流、变形进行模拟,并评价该滑坡的稳定性:工况一:自重+地表荷载+库水位从175m降至156m(库水位159m至156m 下降速度0.6m/d);工况二:自重+地表荷载+库水位从175m降至156m(库水位159m至156m下降速度0.6m/d)+降雨60mm/d(持续3天);工况三:自重+地表荷载+库水位从175m降至156m(库水位159m至156m下降速度1.0m/d);工况四:自重+地表荷载+库水位从175m降至156m(库水位159m至156m下降速度1.0m/d)+降雨60mm/d(持续3天)。不同工况渗流场特征见图5~8。

3三峡库区库水实际运行情况

4  三峡库区库水现阶段年实际运行情况


5  工况一渗流场特征

6  工况二渗流场特征

7  工况三渗流场特征

8  工况四渗流场特征

计算分析结果表明该滑坡在库水位下降和降雨条件下的渗流场符合一般渗流规律,且具有如下特征:

1)基岩透水率低,滑坡体的渗透系数较大,因此渗流场变化出现在滑坡体内。

2)水位升降主要影响滑坡前缘,随着水位上升水由坡体外向內渗入,坡体内水位上升存在一定的滞后性,因此渗流场曲线呈现坡外向坡内凹的趋势;反之降水位时亦然。

3)降雨对滑坡体内地下水位有显著影响。在汛期库水位下降+降雨工况条件下,降雨使滑坡体后部地下水位升高,加大了水力梯度和渗流力。

3.3  滑坡稳定性计算评价

SLOPE/W软件采用了等效置换方法来计算边坡稳定分析,即坡体外侧水位以下土体采用浮容重,滑面上的孔隙压力采用超静孔压,忽略坡外的静水压力,计算结果见图9。

9  不同工况条件下各种分析方法的稳定性系数

根据规范,将滑坡稳定性划分为四级:稳定系数Fs>1.10为稳定,1.10≥Fs>1.05基本稳定,1.05≥Fs>1.0为欠稳定,Fs<1.0为不稳定。

从上述分析结果可以得出:

1)库水升降对沟边上滑坡稳定性会产生一定的影响。库水位从175m下降至159m过程中,滑坡稳定性整体表现为逐渐下降然后逐渐上升,从159m开始,库水位在不同工况的下降速度下变化,滑坡稳定性由前面的上升变为下降,在库水位保持156m一段时间内,稳定性系数有所上升,最后趋于稳定值

2)降雨对滑坡稳定性影响较大。水位下降过程中,伴随降雨作用,滑坡稳定性出现降低,但降低幅度有限。受地质地形条件影响,滑坡稳定性系数下降较降雨时间会有滞后效应。

3)在159m后采用不同的库水降速,库水下降速度增大对滑坡稳定性影响有提高。

4)水库正常蓄水运行期间,沟边上滑坡处于较稳定状态,前缘可能产生一定变形,会对滑坡中部产生进一步影响,存在一定危险性。当库水位下降速率超过1.2m/d,且出现p=120mm/d以上暴雨时,沟边上滑坡整体处于欠稳定状态。


4  综合评价

1)沟边上滑坡处于欠稳定状态;2)在库水位下降过程中,库水位下降速率越快,滑坡稳定性系数降低越明显;(3)基于Geo-studio软件的seep/W模块模拟了库水位降幅增加条件下的渗流场及变化过程,可见相对现今库水位变幅,降幅增加后,水力梯度有一定提升,幅度较小。并通过slope/W模块采用M-P法计算可知,降幅提高后对滑坡稳定性影响甚微,这与地面宏观调查结果相吻合。


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



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