三峡库区泄滩滑坡渗流场与应力场耦合分析

随着大规模梯级水电工程的不断发展,库岸滑坡的稳定性及潜在的涌浪灾害将是影响水电工程(群)全生命周期安全运行的关键因素。本文分别从库岸边坡稳定性及滑坡涌浪研究两个方面,对目前国内外的相关研究成果进行了系统总结和分析。在库岸边坡稳定性研究方面,越来越多的研究集中于降雨、库水位变动等水动力环境下的库岸边坡的水-岩耦合作用及稳定性演化的分析方法方面。通过对滑坡涌浪的物理模型试验法、解析法及数值模拟法3大类方法的优缺点分析,随着数值计算技术的飞速发展其在滑坡涌浪链生灾害动力学分析方面体现出其强大的生命力。库岸滑坡从渐进破坏→启动→高速运动、涌浪→堆积、涌浪传播与爬坡等构成了滑坡涌浪灾害链的不同阶段,也是一个连续的灾害过程,而不同阶段灾害特点又有很大的差异。然而,目前通常将库岸滑坡稳定性分析和涌浪分析分割开来,从而不能很好地反应这一灾害链过程。基于高性能数值计算技术,从全过程的物理力学机制出发构建灾害链的模拟和分析方法,将是目前的发展趋势,也是从解决库岸滑坡涌浪链生灾害动力学分析的关键。     

优化方法在库岸斜坡稳定性评价中的应用

对三峡库区归州老滑坡在库水位从175m下降到145m过程的滑坡稳定性进行研究,通过黄金分割方法优化计算时步,利用MIDAS/GTS有限元软件分析了库水位下降时岸坡内孔隙水压力的变化及由此引起的岸坡稳定性变化,确定了库水位下降量与库岸斜坡稳定安全系数的关系,结果表明:将优化方法用到库岸斜坡稳定性分析中,可提高计算效率;在库水位下降过程中,斜坡的稳定安全系数不是单调降低,而存在一个极小值;三峡库区归州老滑坡基本稳定。     

库水位变化对观音坪滑坡稳定性影响的数值分析

为深入探究水库水位变化对滑坡稳定的影响,以西南地区某库岸滑坡为例,在探明滑坡工程地质条件和成因机制的基础上,通过建立三维数值模型来分析流固耦合作用下库水位变化对库岸滑坡稳定性及滑动模式的影响。通过数值计算,获得水库天然状态、初期蓄水、水位上升和下降条件下滑坡体内塑性区分布和x方向位移变化情况。结合数值计算结果和滑坡实际变形破坏规律综合分析库水位变化对库岸滑坡稳定性的影响。分析结果显示,水库初期蓄水造成滑坡体变形开裂,使坡体处于不稳定状态;水位上升对滑坡稳定性影响较小,水位下降后滑坡稳定性大幅降低,极可能发生失稳破坏;水库蓄水后坡体滑动模式由推移式向牵引式转变。     

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。     

库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响

三峡水库正常蓄水后, 库水位在175~145m之间周期性波动, 滑坡地下水渗流状态将会发生较大的改变, 可能导致滑坡失稳.因此, 研究库水位周期性波动下滑坡的稳定性具有十分重要的意义.提出了土水特征曲线的多项式约束优化模型和采用饱和-非饱和渗流数值模型.以赵树岭滑坡为例, 利用有限元数值计算了库水位在175~145m之间波动下地下水渗流场, 将计算得到的孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析, 探讨了库水位上升和下降对库岸滑坡稳定性的影响.研究表明: 多项式优化模型可以很好地拟合非饱和土的土水特征曲线; 库水位上升时滑坡稳定性系数总体逐渐增大, 库水位下降时滑坡稳定性系数总体逐渐减小; 无论是库水位上升还是下降到库水位155m时, 其稳定性系数最小; 同一库水位下, 库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.      

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。     

库水位升降速率对雅安双家坪堆积体滑坡稳定性影响模拟分析

水库蓄水后库岸边坡的稳定性一直是研究的热点,库水位周期性涨落使得坡体内部渗流场发生变化进而影响其应力场,应力场作用于岩土体产生变形,其中水库水位升降速率对滑坡稳定性的影响尤为显著。本文以瀑布沟水电站库区双家坪滑坡为研究对象,在调查分析的基础上,基于非饱和土力学理论,考虑水—土特征曲线与渗透特性,对库水作用下的双家坪堆积体滑坡稳态—瞬态进行渗流场—稳定性数值计算。运用GeoStudio软件中的seep模块模拟库水作用下滑坡体地下水变化,计算出不同库水位升降速率条件下堆积体滑坡内部渗流场的变化并将结果耦合至slope模块中进行稳定性计算,研究结果表明:水位抬升阶段,滑坡的稳定性表现为先升高再降低,且水位抬升速率越大,滑坡稳定性升高后衰减的程度越大;水位下降阶段,滑坡的稳定性表现为先降低再逐渐回升的趋势,且水位下降速率越大,滑坡稳定性下降后再回升的程度越低。该研究结果对于库区地质灾害防灾减灾、监测预警以及水库合理调蓄具有重要的意义。     

基于修正统一硬化模型的超固结非饱和红黏土边坡稳定分析

在降雨和水位升降的联合作用下,库岸边坡易发生滑塌现象。采用理想弹塑性Mohr-Coulomb准则,在干湿循环作用下,分析库岸边坡的稳定性,难以反映边坡土的超固结消散等复杂力学特性。以江西省新干航电枢纽库岸边坡为背景,针对弱超固结非饱和红黏土,开展非饱和直剪试验,采用反正切函数,描述吸力应力与基质吸力的数学物理关系,提出红黏土的超固结非饱和统一硬化（unifiedhardening,UH）模型。然后,在UH模型的基础上,采用C++语言,开发FLAC3D的应用程序;利用GeoStudio软件的SEEP/W模块,计算降雨入渗的非饱和渗流场;编写接口程序,导入FLAC3D,开展库岸边坡的稳定性计算。库岸边坡的水平位移明显大于经典的非饱和理想弹塑性模型计算结果,结果表明,修正UH模型能够合理地预测超固结非饱和红黏土库岸边坡的稳定性,为同类库岸边坡工程稳定性分析提供了参考。     

库水位涨落条件下滑坡渗流场特征及稳定性分析

三峡水库建成后,库水位将在145～175m之间发生变动.库水位的骤然升降引起的滑坡体内孔隙水压力的突然变化也必将对滑坡的稳定性产生显著的影响.以万州区安乐寺古滑坡前缘松散堆积体为例,利用有限差分软件FLAC3D对滑坡渗流场变化特征进行了数值模拟分析,同时在滑坡渗流场模拟的基础上,采用强度折减法对滑坡的稳定性进行了计算,...     

黄岗滑坡稳定性评价及数值分析

根据对黄岗滑坡的分析,其属于蠕滑-拉裂型滑坡。本文阐述了滑坡的基本特征,并研究分析了滑坡的成因机制及演化过程;在成因机制分析基础上,采用极限平衡法对该滑坡天然状态及暴雨情况下的稳定性进行了计算和评价;另外,还采用有限元数值分析软件Midas对滑坡进行数值模拟,并对数值模拟成果和传统计算的结果进行对比分析,为滑坡治理设计提供了重要的依据。     

基于FLAC的牵引式滑坡稳定性分析

本文对FLAC软件进行简单的介绍;通过对软件计算方法及破坏标准的了解,深入分析软件在实际工程中应用的可能性;同时通过FLAC软件对已有实际工程的计算与分析结果,对比工程实地勘察结果,论证软件在滑坡稳定性分析中的可行性。并通过该软件的计算模拟,预测该牵引式滑坡在发生破坏后的破坏方式及机理,为滑坡的预测评估提供有力的计算依据。     

利用NMR研究三峡工程库区赵树岭滑坡稳定性

核磁共振找水仪(NMR)应用于滑坡地下水研究具有广泛的前景。本文以三峡工程库区巴东县赵树岭滑坡为例,说明利用NMR测试成果确定岩土层水文地质参数的方法,同时根据滑体含水量变化特征,进行滑坡的地下水含水层划分、滑动面确定,改进滑坡稳定性计算。利用NMR测试所测定的滑坡体地下水特征,进行赵树岭滑坡刚体极限平衡分析和有限元数值模拟,结果表明地下水特征对滑坡稳定影响很大,利用NMR可以更准确和有效地进行滑坡稳定性研究。     

基于无人机航测及Rhino-griddle平台的FLAC3D复杂三维地质体建模技术应用

FLAC3D作为ITASCA公司开发的经典岩土数值分析软件,对于复杂三维地质体模型的建立较为困难。本文以甘肃省某滑坡为例,提出以无人机航测影像为基础,采用DJI Terra或者ContextCapture制作可视化三维模型,通过EPS软件提取的等高线在Rhino-griddle平台进行地质体建模,最后将所建模型导入FLAC3D进行稳定性计算,结果表明：基于无人机影像获取的滑坡地形建模与实际地形、地质结构等吻合度极高,能够很好的解决FLAC3D前期建模困难的问题,基于FLAC3D的强度折减法稳定性分析计算结果与滑坡现场实际变形情况基本一致,即将无人机航测应用于复杂三维地质体建模及模型稳定性分析的方法实现了对滑坡发展趋势的快速评价,能够为滑坡等地质灾害的快速、精细化调查与应急分析提供参考。     

滑坡稳定性检算中几个问题的探讨

着重讨论了三方面的问题。第一部分讨论了折线形滑动面滑坡稳定性检算的判定指标。除现行较常用的最终剩余下滑力只指标外,提出了KT型和R／K型两种判定滑坡稳定程度指标的计算方法;第二部分对“分段平衡法”、“总和平衡法”、“水平投影法”等几种计算稳定系数的方法作了比较分析,提出了它们各自的实际意义,优缺点和适用范围;第三部分讨论了K值在检算滑坡稳定性、反算抗剪强度指标及计算滑坡推力时的不同概念。     

基于可靠度理论的滑坡稳定性分析

基于可靠度理论,利用可靠度理论中的概率矩点估计法对延安市宝塔区卧虎山滑坡的稳定系数、可靠度和破坏概率进行了计算、分析。计算结果表明,基于可靠度理论滑坡稳定性计算能克服客观存在的土性参数的空间离散性、时间变异性,并把计算结果与传统稳定性计算结果进行了分析比较,证明了基于可靠度理论的滑坡稳定性计算方法的可靠性和可行性。     

滑坡稳定性评价及治理工程设计软件Slope Designer

主要介绍了Slope Designer 1.2的设计开发思路和主要功能.该软件是基于Windows面向对象技术开发的滑坡稳定性评价与治理工程设计的一体化工程软件,采用Visual C 进行程序设计,包括稳定性分析子模块和抗滑桩设计子模块2部分,可对地震作用、暴雨等不同工况下的滑坡进行稳定性评价和推力计算,并能够对(锚拉)抗滑桩(弹性桩、刚性桩)的弯矩、剪力及侧应力进行计算,最后根据内力计算结果完成配筋计算.在三峡库区兴山县二里半滑坡的应用研究表明,该软件具有很好的工程实用性.     

基于蒙特卡罗法的多级黄土滑坡可靠性分析

滑坡稳定性分析目前工程中一般采用极限平衡算法。为了确定滑坡的稳定性系数,在计算过程中要将岩土体、计算模型简化,忽略一些影响滑坡稳定的次要因素,把影响滑坡稳定的各种主要因素作为确定参数。由于滑坡岩土体本身的非均质性及其参数确定具有随机性和变异性,用唯一的稳定系数不能客观地反映整个滑坡的真实安全程度。以陕西省夏呀河滑坡为例,通过野外详细调查、工程勘探和室内土工试验,初步确定该滑坡存在四级滑动面,难以用简单的单一滑动面计算其稳定性。因此,先采用推力传递系数法对滑坡体上的四级滑坡分别进行滑坡稳定性计算,得到该滑坡体上的四级滑坡稳定系数。再采用蒙特卡罗法对该四级滑坡进行可靠性分析,得到其可靠度,定量地表达夏呀河四级滑坡的安全程度。同时对比分析夏呀河四级滑坡的稳定系数和失稳概率,综合评价该滑坡体上的四级滑坡的稳定性及其风险概率,为滑坡的工程治理及预测预警、灾害危险性评价提供依据。     

简化Bishop法的剩余下滑推力计算方法研究

简化Bishop法是评价圆弧形滑动面滑坡稳定性的"严格"方法,计算方法简便、精确,已有相关学者研究了其严格性,但却没有与之相适应的滑坡剩余下滑推力解析法,给滑坡（边坡）的综合治理带来了一定困难。本文从简化Bishop法计算原理出发,考虑坡体自重、外力、水平地震力、滑动面处的孔隙水压力等,利用力多边形法则,得到了两类简化Bishop法剩余下滑推力分析模型,即:Ⅰ型（T_i ≥ 0）和Ⅱ型（T_i < 0）;针对两类模型推导出了第i-1条块的下滑推力,然后,使F_i-1参与到第i条块的力多边形受力模型中,从上往下逐条块计算下滑推力,进而推导出条块i的剩余下滑推力解析计算公式。该解析法与传递系数法隐式解所计算的剩余下滑推力进行比较,总体上呈现出简化Bishop法剩余下滑推力高于传递系数法隐式解,两者的剩余下滑推力差值随着安全储备的增大而减小,且该解析法适用于安全储备要求较高的滑坡（边坡）,该解析法为圆弧形滑动面滑坡（边坡）治理设计提供了一定的理论依据。