库水位升降对岸坡稳定性影响研究综述

库水位升降会对边坡稳定性产生重要影响。研究库水位升降这一边界条件改变对岸坡稳定性的影响,具有实际工程意义。本文总结了涉及库岸边坡研究范畴的国内外研究现状:库水位升降条件下坡内渗流场、库水位升降条件下边坡稳定性、库岸边坡的破坏失稳机理,三者之间关系为:库水作用改变渗流场-渗流场改变边坡稳定性-渗流场改变边坡破坏失稳模式及机理。着重评论了传统的分析稳定性方法或其他新方法在分析库岸边坡应用上的优缺点,在此基础上,指出当前研究的主要问题并对今后研究的发展方向提出自己的看法。     

库水位变化对库岸稳定的影响

澜沧江上某水电站蓄水运行后,库水位的变动对库岸边坡的稳定性有较大影响。以该电站库区的一个库岸为例,根据库水位调度规划及当地水文资料,运用土体渗流理论以及极限平衡方法对库岸边坡进行稳定性分析,同时在灵敏度分析的基础上,研究库岸渗透系数和库水位变化对库岸边坡稳定性的影响。结果表明:在库水位上升阶段,当库岸边坡渗透系数很大时(k=2.5×10-4m/s),库岸地下水位将和库水位同步上升,将降低边坡的安全系数;当库岸边坡渗透系数很小时(k=2.5×10-6m/s),库岸边坡地下水位的上升将滞后于库水位的上升,导致作用在库岸边坡上,有利于库岸边坡的稳定;在库水位下降阶段,当库水位下降速率小于等于库岸边坡渗透系数时,库岸边坡地下水位随着库水位的下降而降低,库岸边坡的稳定性随着库水位的降低而增加;当库水位下降速率大于库岸边坡渗透系数时,库岸边坡地下水位的下降将滞后于库水位的下降,产生动水压力作用于库岸边坡,不利于库岸边坡的稳定。并提出了水库蓄水阶段应尽量保持在2 m/d内的上升速度,水位下降阶段应将水位下降速度控制在1 m/d之内的建议。该研究对水库安全运行具有一定指导作用。     

基于CSMR的露天坑尾矿库水位设计研究

以山东三山岛仓上金矿露天坑尾矿库为研究对象,在高陡岩质边坡CSMR评分基础上,通过岩石力学饱水实验,对岩石力学参数进行弱化,对尾矿库边坡四个典型剖面处边坡在无水、-100m水位、-50m水位和-40m水位下的CSMR动态评分,将487和503剖面动态CSMR评分与矿坑库水位之间的关系进行指数函数拟合,研究其评分和矿坑库水位之间的动态关系。结果表明:边坡RMR值降低,直接致使CSMR值的降低;487和503剖面的CSMR评分相较于483和507对于水位的上升更为敏感,且487和503剖面在水位的上升过程中,CSMR评分率先跌破40分,使边坡处于不稳定状态;库水位在-48.302m时,边坡487和503剖面发生小规模滑动,与CSMR评分结果一致;边坡在当前-47.643m库水位工况下具有一定的安全性,并据此推算边坡的临界库水位在-42.37m~-40.62m之间。通过对露天矿坑库水位临界值的研究,为矿坑边坡的安全稳定性提供有力依据。     

三峡工程库水位降与红层岸坡稳定性变化的响应关系研究

三峡工程水库运营中,库水位在145～175 m间周期性变化必将引起岸坡地下水位的波动,从而导致岸坡稳定性的响应变化。为此,根据布辛涅斯克非稳定渗流微分方程,采用多项式拟合初始浸润线,求得了库水位匀速下降和定幅度下降时岸坡的浸润线方程;在运用剩余推力法求解岸坡稳定性时考虑了对应的渗透力。以千将坪滑坡北东侧的红层岸坡为实例,分别考虑库水位由156 m匀速下降至145 m和库水位由156 m定幅度下降时岸坡的稳定性。结果表明：库水位以不同速度匀速下降时,降速越大,稳定性系数下降速率越大;地下水的时间滞后效应随降速的增大而明显延迟,但随着库水位的下降,滞后效应将达到一个最大值;库水位定幅度下降时,降幅与岸坡稳定性系数关系曲线呈现下降速率不同的3段;对于千将坪滑坡北东侧的红层岸坡在库水位匀速下降时,其临界降速为1.2 m/d,在库水位定幅度下降时,其临界单次降幅不超过6.0 m。研究结果对三峡工程库区类似岸坡地质灾害预警预报具有一定的指导意义。     

非饱和-非稳定渗流条件下的边坡临界滑动场

受季节性降雨或水库运行的影响,岸坡外水位及坡内孔隙水压力场的变化较大,不利于岸坡的稳定性。在水位变化过程中,利用非饱和-非稳定渗流有限元计算得到孔隙水压力场,基于非饱和土的渗流和抗剪强度理论,对水位变化过程中的边坡临界滑动场法进行改进,提出可考虑水位变化与岸坡非饱和-非稳定渗流过程的边坡临界滑动场数值模拟方法。将改进后的水位变化过程中的边坡临界滑动场法分别应用于黏土、粉土岸坡在水位升降过程中的稳定性分析,研究了水位升降速率及基质吸力对岸坡稳定性的影响,并揭示了边坡在水位变化过程中的稳定性变化历程。研究表明,该方法计算结果合理、可靠,更适用于涉水边坡的稳定性计算,且岸坡稳定性变化历程受水位升降速率、基质吸力等多种因素共同影响,只有在考虑非稳定渗流的基础上同时考虑基质吸力的作用才能正确得出水位变化过程中岸坡稳定性变化规律和实质。     

库水位变化下某泄洪洞进口高边坡的稳定性分析

在分析库水位变化与岸坡稳定性的一般规律的基础上,对某水库泄洪洞进口高边坡变形机理进行分析。然后计算分析不同水位升降条件下,蓄水＋暴雨、地震、地震＋地下水作用等三种工况的稳定性系数,确定危险警戒水位,并预测未来蓄水及库水位下降情况下泄洪洞进口边坡稳定性与库水位的关系,为蓄水后的边坡防治提供必要的理论依据。     

地下水对库岸边坡稳定性的影响

针对库岸边坡在库水位陡降时易发生失稳破坏这一特点,分析了地下水引发库岸边坡失稳的机理,指出在地下水作用下,边坡岩土物理力学性质恶化、库水浮托力以及坡体内渗透力是影响库岸边坡稳定性的重要因素,给出了考虑地下水影响的库岸边坡稳定性计算公式。对三峡库区的某边坡工程进行了分析,结果表明：边坡岩土体介质因饱水软化作用,其滑动面的力学参数值降低;库水浮托力在某种程度上有利于边坡的稳定。当库水位陡降时,坡体内产生较大的渗透力是导致边坡失稳的一个很关键的原因。同时指出,在进行库岸边坡治理设计时,采取合理的防冲刷、反滤及疏导措施,能有效地降低地下水对边坡稳定性带来的消极影响。     

库水位骤降影响下岸坡稳定性分析研究

库水位骤降是引起库区岸坡失稳的一个重要因素，为分析库水位骤降条件下岸坡稳定性的变化，利用刚体极限平衡中条分法计算原理，对库水位骤降条件下的滑动力矩及抗滑力矩进行分析，以某抽水蓄能下水库为例，采用数值模拟软件SEEP-W中渗流模块，研究库水位骤降情况下岸坡渗流力及孔隙水压力的变化，并依据SWOPE-W模块，对水位骤降条件下的岸坡稳定性进行分析计算。计算结果表明：随着库水位的下降，岸坡稳定性系数总体呈现先减小后增大的趋势，但增大的量值较小，最终稳定性系数趋于稳定。     

沪蓉西马水河大桥岸坡稳定性评价

马水河大桥是沪蓉国道主干线关键性工程,大桥桥头边坡地质条件复杂,构造发育,边坡整体稳定性对大桥施工和安全运行影响很大,但其整体稳定性非常难以判断。如何在计算中反映马水河大桥岸坡的地质结构、岩体结构特征及岩体结构面网络以及变形破坏模式,是决定岸坡稳定性分析结果客观性的重要因素。基于岸坡地质条件、地质结构和岩体结构面网络模拟的有限差分数值分析方法和数值分析模型,分别模拟了边坡在天然状态下、桥荷载作用下及水位升高50 m情况下的应力状态和变形大小。研究结果表明,在桥荷载作用下,斜坡应力场局部影响较大,深度达50 m,因此建议桩基设计时应加大桩基断面尺寸以改善桩体承载力。     

库水上升条件下不同土体类型岸坡渗流场特征

库水位与岸坡体内地下水渗流场的动态变化密切相关。传统的饱和土渗流分析方法无法准确描述水位上升过程中岸坡内渗流场的规律。从饱和-非饱和非稳定渗流理论出发,在室内实验得到基质吸力和体积含水量关系的基础上,通过对实验数据拟合,得出Van Genuchten模型中土水特征参数。以三峡库区典型岸坡为例,模拟库水匀速上升时,坡体为粉质黏土、粉土、砂土和砾石土4种岩土介质类型下的渗流特征,并监测坡面高程为165 m和155 m竖直剖面上的孔隙水压力变化。结果表明:库水位匀速上升过程中岸坡体内浸润线呈"V "字型,并且各时步" V"字型浸润线的拐点连线随渗透性的增大有逐渐与坡面平行的趋势;揭示了4种土体类型孔隙水压力随时间的变化规律。研究成果可为水库岸坡的防治提供较重要的借鉴与参考。      

三峡库区巴东复杂斜坡系统变形机理数值模拟与稳定性研究

三峡库区巴东斜坡系统复杂,其变形机理与稳定性研究对移民迁建和地质灾害防治具有重要意义。本文采用FLAC3D数值计算方法,对巴东复杂斜坡系统变形机理进行研究,为“重力成因论”提供了支持和佐证。从整个斜坡系统的角度,联合使用数值计算方法(FLAC3D)和极限平衡法(Sarma法),系统研究了巴东复杂斜坡系统在不同蓄水状态下不同层次的稳定性问题,结果表明斜坡系统不存在整体深层滑动的可能性;斜坡系统沿岩层界面或软弱层发生失稳的可能性较小,但赵树岭滑体和黄土坡滑体在表层滑体发生较大变形或失稳的条件下,可能导致滑坡整体复活;在水库调蓄过程中,部分滑坡表层堆积体产生变形破坏的可能性较大。另外,斜坡的表层改造可能会引起斜坡中层稳定性的恶化。     

库水位上升诱发边坡失稳机理研究

库水位上升有可能诱发边坡失稳破坏,湖北省秭归县三峡库区的千将坪高速滑坡即是一例。库水位上升对边坡稳定性的影响主要表现在孔隙水压力作用和滑动面强度参数的弱化上,采用Mohr-Coulomb强度准则描述了孔隙水压力对土体应力状态的影响,土体浸水后,在孔隙水压力作用下Mohr应力圆变小而向左移动并相对远离强度曲线。边坡稳定性分析表明,在库水位由坡脚上升到坡顶的过程中,孔隙水压力作用使边坡的稳定性先降低后增加。指出水库蓄水初期,由于孔隙水压力使边坡的稳定性降低,加上滑动面强度参数的弱化给边坡稳定性带来的不利影响,若边坡的安全储备强度不够,很可能发生滑坡。     

三峡库区水平层状岩质边坡稳定性分析

通过对三峡库区一大型巨厚水平层状岩质边坡的稳定性调查,认为受边坡软弱层面、节理以及岩性组合的影响,水平层状岩质边坡可能存在以下4种破坏方式：崩塌错落、顺层滑动、切层滑动和复式滑动。利用Sarma法结合最优化方法对顺层滑动和切层滑动2种方式进行了稳定性计算,其计算结果表明,三峡水库蓄水及大桥建成后,右岸边坡稳定性变差,有可能发生切穿泥质粉砂岩的切层滑动,必须采取处理措施;而库水位的变化是影响本区边坡稳定性最重要的因素。     

Landsliding triggered by reservoir operation: a general conceptual model with a case study at Three Gorges Reservoir

The Three Gorge Reservoir, one of the largest civil engineering projects in human history, dams the Yangtze River to form a 660-km-long and 1.13-km-wide reservoir. Today, although the project has been completed and is in normal operation, the on-going landslide initiation and movement in response to the reservoir operating is one of the main geologic hazards. The Huangtupo (meaning “yellow soil slope” in Chinese) Slope typifies such on-going landslides along the reservoir. Observations from a multi-year monitoring program conducted on this slope indicate that there are multiple slides on the reservoir banks that move episodically into the reservoir and their movements appear to be highly correlated with the initial and seasonal changes in the reservoir pool level. A hydro-mechanical numerical model is constructed to investigate the quantitative links among the episodic movements and the variations in pore water pressure, suction stress, hydrostatic reservoir water loading, and slope self-weight induced by the fluctuating water levels. Modeling results identify regions within the variably saturated slope where significant changes in stress occur during the periods of the initial impoundment that raised water levels from 68 to 135 m and that occur in response to seasonal fluctuations of the reservoir pool level between 145 and 175 m. We find that the rise or decline of reservoir pool level can either increase or decrease the stability of landslide. In general, hydrostatic reservoir water loading has positive correlation with the stability; pore water pressure and suction stress have negative correlation with the stability; and the effects of slope self-weight depend on the dip angle and mechanical properties of sliding surface.     

Slope stability analysis in the Three Gorges Reservoir Area considering effect of antecedent rainfall

Effects of different initial conditions of pore water pressure distribution on slope stability are investigated based on rainfall data in the Three Gorges Reservoir Area. A method to incorporate the initial condition of pore water pressure distribution into the slope stability analysis is suggested. Then, sandy and clayey slopes are taken as examples to investigate the effect of antecedent rainfall on slope stability. Results indicate that the influence of antecedent rainfall on the slope stability increases as the saturated permeability coefficient of the soil decreases.     

库水位变化对库岸边坡稳定性的影响

在假定坡体孔隙水水位为水平线且不考虑渗透作用影响的基础上,基于极限平衡法考察了水位上升及下降的快慢对边坡安全系数的影响。对比计算表明:在水位缓慢变化即坡体内外水位线等高的条件下,边坡的安全系数随着水位坡高比的增大先略减小后急剧增大,且在水位坡高比为0.3处取得最小值,在边坡完全淹没于水中时取得最大值。当边坡完全淹没于水中后,水位高于坡顶的多少对边坡安全系数没有影响;在水位骤降或陡升条件下,相同库水位对应的边坡安全系数基本上均小于水位缓慢变化情况下的安全系数,故工程实际中无论是排水还是蓄水,都应尽量保持水位缓慢变化,这样才能使边坡处于较安全的状态。     

卡拉水电站上田滑坡体稳定性分析及评价研究

[摘 要] 为了分析卡拉水电站工程区某滑坡体的稳定性,通过对其滑坡成因、地形地貌、地质构造、 岩土力学参数敏感性等内在因素分析可知,滑坡体随着坡面隆起和坡内扩容加剧,在外界作用下易导致 边坡失稳破坏;其层面与节理裂隙的不良组合为边坡变形失稳提供了边界,陡倾坡内的裂隙,为地下水 的入渗创造了条件;滑坡稳定性随着岩土力学强度参数的提高而增强。通过对降雨、水位升降和地震等 外在因素的敏感性分析可知,库水位骤升骤降对滑坡的稳定性影响较大;短期降雨影响较小,但时间增 长滑坡失稳概率增加;地震峰值对滑坡稳定性影响较为明显。同时根据分析结果对滑坡体进行了工况 及荷载组合,并对各工况组合进行了稳定性计算及评价,得出水位下降时滑坡稳定性处于极限状态,在 蓄水地震工况下失稳概率较大。