库水位升降对水库库岸滑坡稳定性的影响
库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性分析
库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性分析
随着水库的建设和发展，库水位的变化对周围地区的地质和地貌都有着重要的影响。
库水位的变化会对山体稳定性产生一定的影响，特别是在山体滑坡渗流机制方面。
通过对库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性进行分析，可以有效地预测和防范滑坡灾害，保障人民生命财产安全，并为水库的安全运行提供科学依据。
一、库水位变化对滑坡渗流机制的影响
1、库水位上升导致滑坡的发生
在库水位上升的情况下，水压会增大，对山体造成的压力也会增加。
特别是对已存在的滑坡体而言，水的渗入会使得土体饱和，减小土体的内摩擦力，导致滑坡体容易发生位移和失稳。
在库水位下降的情况下，虽然山体的水压有所减小，但是在渗流方面会产生一定的效应。
当库水位下降时，原本被水压抵消的土体重力会扩散，土体中的孔隙会逐渐恢复，原本被水填满的缝隙会重新出现，这个过程会伴随着水的流动，通过孔隙流的作用，导致山体内部的土体发生变化，使得滑坡体更加容易发生位移和失稳。
1、渗流机制分析
2、稳定性分析
三、滑坡渗流机制与稳定性分析的建议
1、针对库水位上升导致的滑坡发生，需要采取一些措施来稳定山体，如通过加固滑坡体、降低库水位或者增加排水渠等方式来减小水的冲击力，增加山体的抗剪强度，预防滑坡的发生。
2、针对库水位下降导致的滑坡稳定性降低，需要加强山体的监测和管理，利用现代技术手段对山体进行监测，及时发现山体发生异动，预测滑坡发生的可能性，从而采取相应的防范措施。
四、结论
库水位变化对滑坡渗流机制与稳定性具有一定的影响，需要加强山体的监测和管理，预防滑坡的发生，保障人民生命财产的安全。
也需要开展更深入的研究，以便更好地应对潜在的滑坡灾害。
水库水位降落对边坡稳定性的影响
水库水位降落对边坡稳定性的影响摘要：在我国具有防洪和灌溉功能的水库比较多，由于以一些因素的影响，水库的水位变化比较频繁，尤其是在枯水季节和灌溉时期，水库的水位降落程度极为明显，这也对水库边坡的稳定性造成了一定程度的影响，常常导致水库边坡出现滑坡现象，这直接影响这水库大坝的安全和正常使用。
本文将就水库水位降落对边坡稳定性的影响进行浅要地分析和论述。
关键词：水库水位边坡稳定性影响近几年来对水库边坡的失稳问题及边坡的稳定性引起了人们的重视和关注。
水库边坡的稳定性与水库水位的变化有很大的关系，据研究表明水库的水位变化对水库的稳定性造成了一定程度的影响。
就水库的坡体而言，水库水位的降落对水库边坡极为不利，极易引起边坡出现滑坡现象。
水库水位在降落时，水库边坡内部的水由于来不及排除，是水库坡体产生不稳定的渗流，从而产生一定的渗流作用力对水库边坡产生极为不利的影响，对水库边坡稳定造成影响。
1 水库边坡的稳定性分析1.1 随着我国水的利建设的发展，水库的边坡也出现了许多问题，由于水库水位的变化导致的水库的边坡稳定也受到了一定程度的影响，水库边坡的失稳也给工程建设造成了很大程度的破坏和损失。
当水库的水位下降时，水库边坡内部的水由于跟不上外部水位的下降速度，使水库的坡体出现了不稳定渗流现象，水库的大坝在渗流的作用下会一起边坡的冲蚀和滑坡等破坏，导致水库边坡失去了稳定。
水库的边坡在渗流的作用下，边坡的破坏形式一般分为整体破坏和局部破坏。
对于水库边坡的整体破坏，我们要对水库边坡进行整体的稳定性分析，科学合理的考虑渗流作用在水库坡体上的渗透力的大小和方向，从多方面对水库边坡的整体破坏影响边坡稳定性的问题。
而水库边坡局部破坏主要是发生在水库坡体北部水渗流集中的渗出点和水库坡面的交点上，对水库边坡造成的局部破坏。
在实际的工程实验分析中，水库的水位降落引起的水库坡体不稳定的渗流，从而出现不利于水库边坡的稳定的孔隙水压力，在非稳定的渗流作用下，极大的降低了水库边坡的稳定性。
水位升高对库岸边坡稳定性影响研究
的檐柱全都减去， 正殿檐柱直接再升高一层， 到 了顶层檐柱都往 内移 反映了长江流域和东南沿海 的文化交流情况 ” ［ ８ １ 。 在现代建筑 的创作 了一 个步架， 落在下层 的穿枋上， 形成层层 往上 向内收进 的形式 ， 但 中， 对 天后 宫等古 建筑 的借鉴不应 当只是单一 层次的模 仿建筑造型 在不断减少柱子的过程中， 又会 对稳 定性带来 不可避免的影响， 于是 及装饰， 更应该深 层次的了解这些古建筑 的环境结合 、 空 间塑造 、 建 在每层屋檐间加上一面面柱网。在天后宫这一系列 的建造中， “ 工匠 筑造型 、 装饰艺术等方面的处理手法 。 们都在根据各个建 筑的实际用途进行 移动和减少改造柱子 ， 体现 出 最后， 希望在我 国建筑行业高速发展 的当下， 我们一定要挖掘那 很强 的灵活性， 展现 了民间精湛的建造技艺 ” ［ 句 。 些埋藏在祖国历史长河里 的瑰宝， 结合历史和现代科技， 弘扬和发展 ２ ． ４ 独具特色 的屋顶 出独具中国特色的新时代建筑。 天后宫 的屋顶特色 主要集 中在天后殿 和戏楼， 基本 上全用挑 出 参 考 文 献 檐。 天后殿顶筑九脊重檐 四面落水 的歇 山式， 屋面翘起 。 与苗族侗族 ［ １ ］ 黄贵武主编． 镇远历 史 研 究［ ｚ 】 ． 镇远县 史志 办 公 室， ２ ０ ０ ４ ． ０ ５ ： ７ ７ ． 建筑形式相接合， “ 凤尾呈现 向外伸展和蜷 曲形状，彩色的五彩瓷在 ［ ２ 】 陆元 鼎， 潘安主编． 中国传统 民居 营造与技术【 Ｍ］ ． 广州： 华 南理工大 两端做成双龙戏珠 型， 四面的岔脊组合成 一幅凤凰 的图案， 对应大龙 学出版社， ２ ０ ０ ２ ： １ ０ ４ ．
库水位骤降对库岸滑坡稳定性的影响
和具有确定 滑动面的边坡 稳定 安全计算 有较好的适用性。
３ ２ 物理 力学参 数选 择 ．
２ 水文地质条件
滑坡 区地下水按含水介质 的不 同主要分为孔 隙水 、 裂隙水
计算选用 的物理力学参数见表 １ 。该 区地震基本烈度为 Ⅵ
度， 相应的地震力系数 为 ００ 。此外 ， ．５ 计算 时未考虑 河床 冲积
库水 的浸泡有很大关系 。因此 ， 在进 行大 中型水 利水 电工 程建 设时 ， 必须对库岸 滑坡进行 深入研究 。
达 式 为
＝
［（ 。÷ Ｏ（ 】 Ｌ ＋ △ ｄ一 Ｒ： ） ）， ｏ
△Ｕ 一 △
．
，
发耐滑坡位于云南 省与 贵州省 交界 的黄泥 河 中下游鲁 布 革水 电站库 区，９ ７年 ７月水库冲沙放水 ， １９ 库水位骤降 ， 坡前 滑 缘部分地段发生失稳破 坏 ， 且多处 出现小规模 的坍 滑 ， 同时 ， 在 整个古滑坡体后缘产生环 状拉 张裂缝 及坡 体上 居 民建 筑物 被
通性较好 ， 地下水位 随库水位变化而变 动的现象较 为明显 。
（ 下转第 ７ ２页）
收 稿 日期 ：０ ６ ２ ２ ２０ —１－８
３ 库水位骤降对滑坡稳定性的影响
３ １ 计 算方法 ．
采用边坡稳定极限分析 能量法 计算 滑坡稳 定性 表 其
作者简介： 刘培青（９１ ， 新疆沙湾人 ， １８一）男， 硕士研究生， 主
（． １ 中国地质大学 工程 学院， 湖北 武汉 ４ ０ ７ ； ． ３０ ４ ２ 国家电力公 司 昆明勘 测设计研究院 地质分院 ， 云南 昆明 ６０ ０ ） ５ ００
摘
要： 对鲁布革水 电站发耐滑坡在库水 位骤 降条 件下 各剖面 的稳定安 全系数 进行 了计 算 ， 并对滑 坡稳定 性进 行 了评
水位变动对库岸古滑坡稳定性影响研究
水位变动对库岸古滑坡稳定性影响研究黄井武;陈晓平;王盛【摘要】水库蓄水及水位骤降可能诱发古滑坡复活或部分复活,乃至产生新的滑坡是多数新建大型水利枢纽工程必须面临的工程地质问题.基于水位变动对库岸古滑坡作用机理分析,以某大型库岸古滑坡为研究对象,通过数值模拟探讨水位变动对库岸古滑坡变形及整体稳定性的影响,结果表明:库岸古滑坡对水位变化敏感,随库水位上升向库区方向变形逐渐增大,坡脚和滑动带塑性区不断发展；当水位骤降时将导致局部失稳,并有可能引发渐进性破坏.研究成果对同类工程的边坡治理及边坡预警具有指导意义.【期刊名称】《黑龙江大学工程学报》【年(卷),期】2012(003)002【总页数】6页(P22-27)【关键词】水位变动;库岸古滑坡;稳定性;数值模拟【作者】黄井武;陈晓平;王盛【作者单位】广东省水利电力勘测设计研究院,广州 510170;暨南大学理工学院,广州 510632;暨南大学理工学院,广州 510632;广东省水利电力勘测设计研究院,广州510170【正文语种】中文【中图分类】TV697;P642.20 引言由于库岸边坡失稳具有时间短、威力大的特性，一旦大型库岸边坡失稳将带来灾难性的后果，国内外已经发生多起这样的事故。
如，1963年10月，意大利Vajont 水库在大坝上游发生（2.7～3.0）×108 m3的超巨型滑坡，造成下游城镇被毁，近3 000人死亡；1961年3月，湖南柘溪水库发生1.65×106 m3的滑坡，造成众多在建结构物被毁，40多人死亡；2003年7月，湖北秭归县千将坪水库发生约2.0×107 m3的滑坡，造成20多人死亡，1 000多人无家可归。
虽然滑坡的形成过程和发生均有各自特定的地质条件和工程背景，但水库蓄水后引起外部水环境的变化却是共性的。
随库水位升高及水位波动，两岸边坡的地下水、地表水、地下渗流场等水环境系统将发生巨大变化，引起原有水－岩系统的变化。
库水位对滑坡稳定性影响分析——以某水库库区地垄堡滑坡为例
合 滑坡 区地 质 环 境 分析 ， 坡 的物 质 来 源 就 在 上 方 不 滑 远 的斜 坡 内 ， 于就 近崩 塌 、 运 、 属 搬 堆积 ， 大 体上 的崩 其 塌 或 滑动 次序 较 清 楚 ， 以 某 一 岩性 段 为主 的碎 石 土 但 中仍存 在其 他 岩 性段 内物 质 ， 另外 滑 坡 前 部 下 方 出现 崩 塌物 质 ， 明该 滑坡 为土质 滑坡 ， 有先 崩 塌后 堆 积 说 具
情 况下的稳 定性 ，计 算采用 Ｓ Ａ ２０ Ｔ Ｂ ０ ９边坡稳 定性 分析 程序 ，对 比分析 了库 水位 对滑坡稳 定性的影 响程度 ， 所获结果对该滑坡治理具有指导意 义。
关 键 词 ：滑坡 ；稳 定 性 系数 ；极 限 平衡 ；库 水 位
中 图分 类号 ：Ｐ ４ ．２ ６ ２ ２
第２ ５卷 第 ５期
２１ ０ １年 １ 月 ０
资 源 环 境 与 工 程
Ｒｅ ｏ ｃ ｓ Ｅｎｖｒ ｎ ｅ ｔ＆ Ｅｎｇｎ ｅ ｉ ｇ ｓ ｕｒ ｅ ｉｏ ｍ ｎ ｉｅ ｒｎ
Ｖｏ． １２５． Ｎｏ． ５
０（ ．２０１ ． ｔ １
库 水 位 对 滑 坡 稳 定 性 影 响 分 析
（ ）滑坡 水 文地 质 ４
滑坡体 组成 物 质 主要 为 土夹
碎 石 ， 隙 率变 化较 大 ， 孔 导致 含 水 性 极 不 均 一 ， 松 散 较 的土夹 碎石 层可 以形 成含水 层 或透水 层 ， 岩 、 质粉 砂 泥
体 平均 厚度 约 ２ ． ｍ， 积 约 ５０万 ｍ ， ３１ 体 ９ 主滑 方 向为
２ ７ 。滑坡 发 育 两 级错 落 的 小 型 平 台 地 形 ， 种 平 台 ７。 这 地 形 与滑坡 多期 次发 育 有关 。
水库水位下降对滑坡体稳定性的影响
第24卷 第19期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.192005年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct .，2005收稿日期：2004–10–19；修回日期：2004–11–15基金项目：国家自然科学基金资助项目(50379043)；中国科学院岩土力学重点实验室基金资助项目(Z110302)作者简介：廖红建(1962–)，女，博士，1985年毕业于西安建筑科技大学土木工程系工业与民用建筑专业，现任教授、博士生导师，主要从事岩土工程材料的本构关系及边坡稳定性分析等方面的教学与研究工作。
E-mail ：hjliao@ 。
库水位下降对滑坡体稳定性的影响廖红建1，2，盛 谦2，高石夯1，许志平1(1. 西安交通大学 土木工程系，陕西 西安 710049；2. 中国科学院 岩土力学重点实验室，湖北 武汉 430071)摘要：以三峡水利工程为背景，针对长江三峡库区水位的周期性调节对库岸边坡稳定性可能产生的种种不利影响，计算了在库水位下降期间，滑坡体稳定性受库水位下降速度影响的变化情况。
结合库水位下降期间不同渗透系数滑坡体的实际渗流场，对滑坡体稳定性进行了数值计算分析，得到了库区降水速度和渗透系数与边坡稳定性之间的变化规律，对库区边坡稳定性的研究有一定的参考作用。
关键词：工程地质；库水位；滑坡体；稳定性；渗透系数中图分类号：P 642 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)19–3454–05INFLUENCE OF DRAWDOWN OF RESERVOIR WATER LEVELON LANDSLIDE STABILITYLIAO Hong-jian 1，2，SHENG Qian 2，GAO Shi-hang 1，XU Zhi-ping 1(1. Department of Civil Engineering ，Xi ′an Jiaotong University ，Xi ′an 710049，China ；2. Key Laboratory of Rock and SoilMechanics ，Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Wuhan 430071，China )Abstract ：The reservoir water level in the Yangtze River Three Gorges Reservoir area is adjusted periodically ，so the stability of the landslides on both banks is affected seriously. Under the background of the Three Gorges irrigation projects ，the influence of drawdown speed of water level on the stability of landslide was analyzed. The variation of the landslide stability at different time during water level drawdown was analyzed considering the actual seepage fields. Through numerical calculation ，the relationships of the landslide stability ，the seepage coefficient and drawdown speed were obtained. It has some referential values for the study on the sliding stability of slope. Key words ：engineering geology ；reservoir water level ；landslide ；stability ；permeability coefficient1 引 言水库库岸滑坡稳定性研究对确保水电工程建设的顺利进行及其正常运营具有重大意义。
库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响
第33卷第5期地球科学———中国地质大学学报Vol.33 No.5 2008年9月Earth Science—Journal of China University of G eosciences Sept. 2008库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响罗红明1,3,唐辉明2,章广成2,徐卫亚31.中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北武汉4300712.中国地质大学工程学院,湖北武汉4300743.河海大学岩土工程研究所,江苏南京210098摘要: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.关键词:库水位涨落;土水特征曲线;饱和-非饱和渗流;库岸滑坡;稳定性评价.中图分类号:P642 文章编号:1000-2383(2008)05-0687-06 收稿日期:2008-02-25 The Influence of W ater Level Fluctuation on the B ank Landslide StabilityL UO Hong2ming1,3,TAN G Hui2ming2,ZHAN G Guang2cheng2,XU Wei2ya31.I nstit ute of Rock and S oil Mechanics,Chinese A cadem y of S ciences,W uhan430071,China2.Facult y of Engi neeri ng,China Universit y of Geosciences,W uhan,H ubei430074,Chi na3.Research I nstit ute of Geotechnical Engi neeri ng,Hehai Universit y,N anj ing,J iangsu210098,ChinaAbstract:The water level will periodically fluctuate between145and175m since normal water level storage in Three G orges reser2 voir,while the ground water seepage of landslide will be subject to great changes,which may lead to landslide instability.S o it is of great significance to study the influence of water level fluctuatation on the bank landslide stability.In this paper,a polynomial con2 strained optimized model for soil2water characteristic curve is put forward and the saturated2unsaturated seepage flow numerical mod2 el is applied.In addition,Zhaoshuling landslide is taken as an example,water seepage fields are simulated by using finite element method with the water level fluctuation between145and175m.The transient pore water pressures are used for limit equilibrium an2 alyses of landslides with taking the effects of suction on shear strength of unsaturated soils into consideration.Then we discuss the effect of the fluctuation of water level in Three G orges reservoir on the bank landslide stability.The result shows that a polynomial constrained optimized model may well fit the characteristic curve of soil and water of unsaturated soil.The stability coefficient increa2 ses gradually in general along with reservoir water level rise and the stability coefficient decreases gradually in general along with the fall of reservoir water level.However,when the reservoir water level reached155m,whether it rises from145m or falls from175 m,the stability coefficient is smallest;while the stability coefficient in period of reservoir water level rising from145m to175m is larger than that in period of falling from175m to145m.K ey w ords:water level fluctuation;characteristic curve of soil and water;saturated and unsaturated seepage;bank land2 slide;stability evaluation.基金项目:中国地质调查局“鄂西恩施地区滑坡形成机制与危险性评价”项目(No.1212010640604).作者简介:罗红明(1980-),男,博士,助理研究员,主要从事岩土体稳定性评价和岩土工程数值模拟方面的研究工作.E2mail:luohongming1980@地球科学———中国地质大学学报第33卷 水库库岸滑坡的稳定性研究对确保水电工程建设的顺利进行及其正常运营具有重大意义.特别是意大利瓦依昂水库滑坡事件之后,各国学者及地质工程师开始重视人类工程活动与周围地质环境之间的相互作用,由此掀开了滑坡研究的新篇章.由于水库调度运营,库岸边坡外的水位常处于变动之中,岸坡内外水分的相互补给使岸坡内渗流场不断变化,从而使岸坡内的孔隙水压力场也处在不断的变化之中,进而影响到岸坡的稳定性(刘才华等,2005;刘新喜等,2005;张文杰等,2006).岸坡失稳多是由岸坡外水位的这种变动引起的.有关文献报道了Roo sevelt湖附近地区1941-1953年发生的一些滑坡,结果发现有49%发生在1941-1942年的蓄水初期,30%发生在水位骤降10～20m的情况下,其余为发生在其他时间的小型滑坡;在日本,大约60%的水库滑坡发生在库水位骤降时期,其余40%发生在水位上升时期,包括蓄水初期.随着三峡水库2002年的蓄水以及蓄水后的正常运行,库区水位变化将对库区内滑坡的稳定性产生重要影响.因此,研究三峡库区库水位下降和上升作用下滑坡的稳定性问题既是一个复杂的理论课题,也是一个重大的工程应用问题.本文以三峡库区巴东县赵树岭滑坡为例,采用饱和-非饱和数值模拟方法计算了库水位上升和下降情况下的地下渗流场,将计算得到的孔隙水压力用于滑坡的极限平衡分析,探讨了库水位下降和上升对滑坡稳定性的影响.1 饱和-非饱和渗流模型根据三峡库区库水位调控方案,库水位在175～145m波动,非饱和区土壤水的运动和饱和区水的运动是相互联系,将两者统一起来即所谓饱和与非饱和问题.当采用水头h作为控制方程的因变量,对于各向异性的二维饱和-非饱和渗流控制方程为(张培文等,2003):99x k x 9h9x+99y k y9h9y=m wρw g9h9t,(1)式(1)中:k x,k y分别为水平和垂直方向的饱和渗透系数;ρw为水的密度;g为重力加速度;m w为比水容量,定义为体积含水量θw对基质吸力(u a-u w)偏导数的负值:m w=-9θw9(u a-u w).(2)渗流边界条件如下, 水头边界:k9h9n{Γ1=h(x,y,t).(3) 流量边界:k9h9n{Γ2=q(x,y,t).(4)2 赵树岭滑坡的渗流场数值模拟2.1 赵树岭滑坡的基本特征赵树岭滑坡(唐辉明等,2002;胡新丽等,2006)总体上为巨型勺状滑坡,是经多次局部滑移和弯曲倾倒滑移形成的综合滑体.赵树岭滑体平面上呈不太规则的长方形,中前部大致等宽.滑体东西宽约550m,南北长约900～950m,面积约50×104m2.滑体表面总体呈阶梯状,400m以上为滑坡后缘陡坡.滑坡区物质总体上可分为一个大层,即表层崩滑体层和基岩.表层崩滑体层主要由岩体经滑移形成的块裂、碎裂岩、含泥碎块石及碎块石组成,主要来源于T2b3.基岩则以T2b2紫红色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩为主.崩滑体层最大厚度约50～65m.最低一个滑带位于T2b3/T2b2界面附近,该滑带形状上基本与地形起伏一致前部及中部较缓后部及下部较陡(图1).地层岩性、地质结构、地形地貌、人类工程活动、地震、降雨等几个因素在短时间内不会改变滑坡整体稳定的状况.水文地质条件是一个随时间变化的因素,特别是三峡水库蓄水及水位波动,将极大地改变滑坡体内的水文地质条件,是影响滑坡整体稳定性的重要因素.2.2 赵树岭滑坡渗流计算模型根据赵树岭滑坡的工程地质特征,选择赵树岭图1 赵树岭滑坡典型工程地质剖面图Fig.1Engineering geological profile of Zhaoshuling slope886 第5期 罗红明等:库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响滑坡主滑剖面作为渗流计算主剖面.采用Geo 2slope 软件SEEP/W 进行模拟.渗流边界为:滑面为隔水边界即为零流量边界,库水位以上为零流量边界,库水位以下为定水头边界.二维有限元模型如图2所示,共剖分828个单元,891个节点.2.3 渗流计算工况本文按照三峡水库蓄水后运营时水位调节方案,设计边界水头函数如下,水位上升时:H (t )=145+t ,t ∈(0～30d )175,t ∈(30～160d )(5)水位下降时:H (t )=175-0.25t ,t ∈(0～120d )145,t ∈(120～240d )(6)2.4 非饱和渗流计算参数的确定对于非饱和土,土水特征曲线的数学模型并不是唯一的.土的类型不同,所得出的数学模型也有所不同.依据其数学表达式的形式可分为4类:(1)对数函数的幂函数形式表达的数学模型(Fredlund and Xing ,1994);(2)幂函数形式的数学模型(刘晓敏等,2001);(3)土水特征曲线的分形模型(徐永福和董平,2002);(4)对数函数形式的数学模型(蒋刚等,2001).上述4类数学模型都是关于基质吸力的函数,而且在ψ=ψb 处,4类数学模型的函数皆有定义且存在n 阶导数,因此,可以将4类土水特征曲线的数学表达式在ψ=ψb 处展开为Taylor 级数.戚国庆和黄润秋(2004)提出了在进气值<b 处按Taylor 级数展开的多项式数学模型,并与陕北黄土实测的土水特征试验对比,该数学模型拟合效果较好,无需确定经验参数,简单、易于使用.土水特征曲线一般可以写成以下表达式:θ=A 0+A 1<+A 2<2+…+A n <n ,(7)当θ=θs (饱和含水量)时,基质吸力<=0,带入图2 赵树岭滑坡计算有限元网格Fig.2Finite element mesh for analysis of Zhaoshuling slope上式得A 0=θs ,则:θ=A s +A 1<+A 2<2+…+A n <n ,(8)式(8)中体积含水量θ的取值范围为:θ∈[0,θs ],基质吸力<的取值范围为<∈[0,<max ].为了使系数{A }能够最大程度拟合土水特征曲线,笔者借助Micro soft Excel 提供的“规划求解”工具能够很好的解决这个问题.表1是赵树岭滑坡的实验数据,采用多项式约束优化模型对该滑坡土水特征曲线和非饱和渗透参数进行了计算(图3).根据以上优化模型得到体积含水量(θ)与基质吸力(<)多项式数学模型为:θ=-0.530e -8θ4+9.17e -6θ3-4.54θ2+8.24e -5θ+0.348.(9)因为C (<)=9θ9<,故容水度为:C (<)=-2.12e -7θ3+2.91e -5θ2-9.08θ+8.24e -5.(10)非饱和渗透系数同样采用多项式形式的约束优化模型进行求解,得到下式:表1 赵树岭滑坡的基质吸力(<)、体积含水量(θ)与相对渗透系数k r 的关系表T able 1Relationship of matrix suction ,water content and rela 2tive permeability coefficient on Zhaoshuling slope <(kPa )θk r80.10.03480.00056250.00.06960.00107040.30.10440.00599033.70.13920.02040029.30.17400.0526000.00.34801.000000图3 约束优化与试验数据对比Fig.3Contrast chart of holistic constrained optimization and test data986地球科学———中国地质大学学报第33卷图4 库水位上升(a )和下降(b )中地下水不同时刻的浸润线Fig.4Groundwater infiltration lines for different time of reservoir water level raise (a )and (b )level drawdow k r =8×10-8<4-2×10-5<3+1.8×10-3<2-0.0694<+1.(11)2.5 渗流模拟结果(1)库水位上升时地下水渗流特征.图4a 中,曲线数字0,1,2,3,4,5,6分别代表初始条件、蓄水5,10,15,20,25d 和30d 后地下水位位置.图4a 表明,当水位上升时,滑坡体内地下水都会出现“倒流”现象,从而浸润线都有略向左弯曲的趋势,地下水位的变化明显滞后于库水位上升;滑坡体地下水自由面在初期变化都很快,随着时间的进行,自由面最终将趋于稳定.(2)库水位下降时地下水渗流特征.图4b 中,曲线数字0,1,2,3,4,5,6分别代表初始条件、蓄水20,40,60,80,100d 和120d 后地下水位位置.图4b 表明,当水位下降时,地下水位的浸润线有略向下弯曲,地下水位变化滞后于库水位下降;滑坡体地下水自由面在初期变化都很快,随着时间的进行,自由面最终将趋于稳定.3 库水位涨落对滑坡稳定性的影响3.1 非饱和强度理论根据Terzaghi 的有效应力概念,土体内的剪应力仅能由土体的骨架所承担,土体的抗剪强度理应表示为法向有效应力的函数.因此,饱和土体的Mohr 2Coulombb 强度准则的表达式为:τf =C′+σ′t g <′=C ′+(σ-u w )t g <′,(12)式(12)中:τf 为破坏面上的剪应力;C ′为有效粘聚力;σ和σ′分别是总法向应力和有效法向应力;u w 为破坏面上的水压力;<为有效内摩擦角.工程实践证明,Mohr 2Coulomb 有效应力破坏准则适用于饱和土,在非饱和土力学中一般用(σ-u a )、(u a -u w )两个独立应力变量来描述非饱和土的应力状态,所以非饱和抗剪强度也表示成这两个独立变量的函数.Fredlund 用延伸的Mohr 2Cou 2lo mbb 公式表示非饱和土的抗剪强度:τf =C′+(σ-u a )tg <′+(u a -u w )t g <b,(13)式(13)中:(σf -u a )为破坏面上的净法向应力;(u a-u w )为破坏面上的基质吸力;<b 表示抗剪强度随基质吸力而增加的速率,数值由固结排水三轴试验获得.从式(3)可以看出,当土体饱和时,孔隙水压力u w 等于孔隙气压力u a ,因此基质吸力(u a -u w )等于零,从而平滑过渡为饱和土的抗剪强度公式.数值分析中为了便于计算,可以假定<b 为常数,并通过变换的取值大小来考察基质吸力对滑坡稳定性的影响.3.2 考虑基质吸力影响剩余推力法基于非饱和土力学理论的边坡稳定性极限平衡分析方法则是建立在非饱和土体引伸的Mohr 2Cou 2lomb 强度准则基础上的,对于库水位升降作用下的滑坡稳定性分析,不仅考虑饱和区内由于库水位波动引起的地下水压力变化对滑坡稳定性的影响,而且考虑非饱和区基质吸力变化对滑坡稳定性的影响.本方法所用的非饱和滑坡稳定性分析方法是基于饱和滑坡稳定分析中的剩余推力法进行扩展得到的.在非饱和区除了要加上负孔隙水压力引起的部分抗剪强度还要考虑不同饱和度情况下的土的容重的变化.另外还有含水量不同对非饱和介质材料抗剪强度参数的影响,为了简化问题,这里不考虑强度参数的折减.如公式(13)所示,如果令C =C ′+(u a -u w )f t g <b,(14)则公式(14)可以写成:τf =C +(σf -u a )f t g <b,(15)式(15)从形式上与饱和Mohr 2Coulombb 公式相同,这样就可以采用分析饱和边坡稳定性的方法来计算非饱和边坡的稳定性.在大多数情况下,孔隙气压力u a 为大气压力,即u a =0.具体计算时应注意C96 第5期 罗红明等:库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响是一个变化的参数,在饱和区,我们可以直接采用有效粘聚力,在非饱和区,利用式(15)求得.剩余下滑力在计算滑坡推力和稳定性时,假定该滑面取单位宽度计算,不计两侧摩擦力和滑体自身挤压力;滑动面和破裂面分别按直线计算,整体呈折线滑动.并假定每一条块剩余下滑力方向与条块底部滑面平行.在主滑剖面上取序号为i 的一个条块(如图5)分析其受力情况.其上作用有垂直荷载(W i )和水平荷载(Q i ),前者如重力和工程荷载等,后者指向坡外的水平向地震力K c W i 及水压力U i 等.该条块承受了上一分条的剩余下滑力E i -l 、倾角αi -l ,以及本条块的剩余下滑力E i 的反力、倾角αi ,底部为垂直潜滑面的反力N i 、扬压力U i 及切反力T i .通过∑x i =0,∑y i =0,进行联立求解可得.第i 块的下滑力为:T 下=W i sin αi +K c W i co s αi +(U i-1-U i+1)co s αi +E i-1co s (αi-1-αi ).(16)第i 块的抗滑力为:T 抗=W i cos αi -U i -K c W i sin αi -(U i-1-U i+1)sin αi +E i-1sin (αi-1-αi )t g <′+C i l i .(17)在非饱和区,式(17)中U i -l 、U i 、U i +l 均为基质吸力,实际上每个点的基质吸力都不相等,假设同一直线上的基质吸力呈线性分布,这样可以类似于饱和区静水压力分布规律来分析非饱和区基质吸力分布.稳定性系数为K =T 下T 抗,(18)具体计算滑坡推力时,采用减小抗滑力法.所以第i 条块的下滑力为E i =W i sin αi +K c W i cos αi +(U i-1-U i+1)cos αi -1KT 抗+E i-1λi ,(19)λi =cos (αi-1-αi )-tg <iksin (αi-1-αi ).(20)式(20)中:λi 为传递系数.通过反复迭代计算得最后一个条块剩余下滑力为0时的稳定性系数即为所求.3.3 滑坡稳定性评价采用上述方法计算赵树岭滑坡在库水位上升和下降过程中稳定性,其稳定性如图6所示.由图6可知:145m 库水位上升到175m 库水位,滑坡稳定性总体逐渐增大,但在150m 库水位上升到155m 库水位时,滑坡稳定性系数略有减小.175m 库水位下降到145m 库水位,滑坡稳定性总体逐渐减小,但在155m 库水位下降到150m 库水位时,滑坡的稳定性系数略有增大;库水位上升过程中,滑坡体内地下水都会出现“倒流”现象,从而浸润线都有略向左弯曲的趋势,库水位对滑坡前缘产生较大的静水压力,有利于滑坡的稳定;而在库水位下降过程中,地下水力梯度增大,对滑坡产生较大的渗透压力,不利于滑坡的稳定.库水位变化中滑坡稳定性变化情况反常的原因都是与滑坡的滑面形状有关.库水位上升和下降过程中,同一特征水位情况下库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.4 结论通过饱和-非饱和渗流场模拟及其影响下的滑坡稳定性分析评价,得到如下结论:(1)提出了土水特征曲线的多项式形式的约束优化模型,该模型不仅可以拟合非饱和渗透系数与基质吸力的函数关系,而且简单实用.196地球科学———中国地质大学学报第33卷(2)当水位上升时,滑坡体内地下水都会出现“倒流”现象,从而浸润线都有略向左弯曲的趋势;滑坡体地下水自由面在初期变化都很快,随着时间的进行,自由面最终将趋于稳定;当水位下降时,滑坡体地下水自由面在初期变化都很快,随着时间的进行,自由面最终将趋于稳定.(3)库水位上升时滑坡稳定性系数逐渐增大,但在150m库水位上升到155m库水位时,滑坡稳定性系数略有减小;库水位下降时滑坡稳定性系数逐渐减小,但在155m库水位下降到150m库水位时,滑坡的稳定性系数略有增大;同一特征水位下,同一特征水位情况下库水位上升时的稳定性系数比下降时的稳定性系数大.R eferencesFredlund,D.G.,Xing,A.,1994.Equations for the soil2water characteristic curve.Can.Geotech.J.,31:521-532. Hu,X.L.,Tang,H.M.,Ma S.Z.,et al.,2006.Numerical simulation of the3D landslide stability in Three G orgesarea based on NMR.Earth S cience—J ournal of ChinaUni versit y of Geosciences,31(2):279-284(in Chinesewith English abstract).Jiang,G.,Lin,L.S.,Liu,Z.D.,et al.,2001.Analysis meth2 od for slope stability considering unsaturated soilstrength and its application.Chinese J ournal of RockMechanics and Engineering,20(A01):1070-1074(inChinese with English abstract).Liu,C.H.,Cheng,C.X.,Feng,X.T.,2005.Study on mech2 anism of slope instability due to reservoir water levelrise.Rock and S oil Mechanics,26(5):669-773(inChinese with English abstract).Liu,X.M.,Zhao,H.L.,Wang,L.J.,2001.Research on soil water character of unsaturated pulverescent clay by ex2 periment.Underg round S pace,21(5):375-378(inChinese with English abstract).Liu,X.X.,Xia,Y.Y.,Lian,C.,et al.,2005.Research on method of landslide stability valuation during suddendrawdown of reservoir level.Rock and S oil Mechanics,26(5):1427-1436(in Chinese with English abstract). Qi,G.Q.,Huang,R.Q.,2004.A universal mathematical model of soil2water characteristic curve.J ournal of En2gineering Geolog y,12(2):182-186(in Chinese withEnglish abstract).Tang,H.M.,Ma,S.Z.,Liu,Y.R.,et al.,2002.Stability and control measures of Zhaoshuling landslide Badong County,Three G orges reservoir.Earth Science—J our2 nal of China Universit y of Geosciences,27(5):621-625(in Chinese with English abstract).Xu,Y.F.,Dong,P.,2002.Fractal models for the soil2water characteristics of unsaturated soils.Rock and S oil Me2 chanics,23(4):400-405(in Chinese with English ab2 stract).Zhang,P.W.,Liu,D.F.,Huang,D.H.,et al.,2003.Satu2 rated2unsaturated unsteady seepage flow numerical sim2 ulation.Rock and S oil Mechanics,24(6):927-930(in Chinese with English abstract).Zhang,W.J.,Zhan,L.T.,Ling,D.S.,et al.,2006.Influence of reservoir water level fluctuations on stability of un2 saturated soil banks.J ournal of Zhej iang Universit y (Engineering S cience),40(8):1365-1370,1428(in Chinese with English abstract).附中文参考文献胡新丽,唐辉明,马淑芝,等,2006.基于NMR的库区滑坡三维稳定性数值模拟.地球科学———中国地质大学学报,31(2):279-284.蒋刚,林鲁生,刘祖德,等,2001.考虑非饱和土强度的边坡稳定分析方法及应用.岩石力学与工程学报,20(A01): 1070-1074.刘才华,陈从新,冯夏庭,2005.库水位上升诱发边坡失稳机理研究.岩土力学,26(5):669-773.刘晓敏,赵慧丽,王连俊,2001.非饱和粉质粘土的土水特性试验研究.地下空间,21(5):375-378.刘新喜,夏元友,练操,等,2005.库水位骤降时的滑坡稳定性评价方法研究.岩土力学,26(5):1427-1436.戚国庆,黄润秋,2004.土水特征曲线的通用数学模型研究.工程地质学报,12(2):182-186.唐辉明,马淑芝,刘佑荣,等,2002.三峡工程库区巴东县赵树岭滑坡稳定性与防治对策研究.地球科学———中国地质大学学报,27(5):621-625.徐永福,董平,2002.非饱和土的水分特征曲线的分形模型.岩土力学,23(4):730-734.张培文,刘德富,黄达海,等,2003.饱和-非饱和非稳定渗流的数值模拟.岩土力学,24(6):927-930.张文杰,詹良通,凌道盛,等,2006.水位升降对库区非饱和土质岸坡稳定性的影响.浙江大学学报(工学版),40(8):1365-1370,1428.296。
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库水位升降对水库库岸边坡稳定性的影响
张全
（环境与土木工程学院，2009030403）
摘要：库水位的升降是诱发水库库岸产生滑坡的重要原因，运用工程地质分析原理和模型试验模拟库水位的变化，得出滑坡在库水位变化过程中破坏的一般规律。
关键词：库水位升降边坡稳定性模型试验
水库库岸滑坡的危害主要包括两个方面：一是大量的岩土体滑入水库，减少了有效库容，甚至形成坝前坝，使水库不能继续使用；二是如果滑坡体高速滑入水库，会造成巨大的涌浪，直接危及大坝安全及电站的运营，并给库区人民的生命财产安全造成巨大威胁。
水库蓄水后会对库区存在的大量滑坡产生不利影响，所以研究库水位的变化对滑坡稳定性的影响有重要意义。
[1]
三峡库区是滑坡等地质灾害多发地带. 据不完全统计, 三峡库区在175m 库水位影响的范围内共有大小滑坡2000 余个, 各类变形体分布更是广泛[ 1-2] . 自2003 年135 m 蓄水开始, 2006年水库蓄水达到156m 以来, 绝大多数滑坡经受到了库水位缓慢上升和稳定库水长时间浸泡的考验没有复活[ 3-4] . 但随着2009 年三峡大坝基本完工, 三峡水库开始正常运营,三峡水库坝前水位将在短时间内在145 m- 175m-145m 之间波动, 水位变幅为30 m. 滑坡短时间内经历水位频繁升降且幅度之大是此前从未经历过的. 库水位波动不仅降低岩体力学强度、减轻岩体有效重力, 而且还改变库岸边坡内地下水位分布, 在三峡库水位升降过程中很可能使原己稳定的滑坡再度失稳.
1.工程地质分析原理分析库水位对库岸滑坡的影响
水库蓄水或正常调度（水位骤然升降）期间，地表水位的变化将直接导致岸坡地下水动力场的变化。
1.1在水库蓄水水位上升阶段，对岸坡稳定性起主要作用的是空隙水压力效应（悬浮减载效应）。
在库水位还未上升之前库岸边坡情况如图1，库水位上升之后库岸边坡情况如图2。
图1 库水位上升之前库岸边坡情况（许强）
图2 库水位上升之后库岸边坡情况（许强）
由图1和图2可知，由于库水位的上升，增加了库岸边坡的浮重度区和饱和重度区。
减小库岸坡体的抗滑稳定性，但一般而言库水位上升，库岸边坡的浮重
度区增加较饱和重度区增加的多，加上库水对岸坡的压力作用，从力学关系上看，库水位的上升使库岸边坡的稳定性降低。
在一些相对形态特殊的边坡，库水位的上升会降低库岸边坡的稳定性，如图3“靠椅状滑坡”。
图3 靠椅状滑坡受水位影响的力学变化（许强）
由图可知，由于库水位的升高，使边坡潜在滑动面上的孔隙水水压力增高，由有效应力原理σ=σn-pw,使有效应力减小，边坡的莫尔强度圆向莫尔强度包络线靠近，降低了库岸稳定性。
瓦依昂大坝
瓦依昂(Vaiont)滑坡是因孔隙水压力效应造成灾难性滑坡的最典型实例。
瓦
依昂水库坝高262m，库容1.69亿m³。
1956年开始修建，1960年2月水库蓄水。
1963年10月9日，左岸约2.4亿m³的山体以最大30m/s的速度整体下滑，激起250m高的涌浪，翻越坝顶，约300万m³水注入深200余米的下游河谷，冲毁兰加隆镇和附近5个村庄，死亡1925人。
1.2在水库正常调度库水位骤然下降阶段，对岸坡稳定性起主要作用的是地下水的渗透压力效应和地下水的饱水加载效应。
在库水位还未下降之前库岸边坡情况如图4，库水位下降之后库岸边坡情况如图5。
图4 库水位下降之前库岸边坡情况（许强）
图5 库水位下降之后库岸边坡情况（许强）
由图可知，在库水位下降之后，由于库岸边坡的渗透系数的影响，原来饱水的饱和重度区不会立即将水排出，而是有一个滞后的效应，使得在库水位下降下降滞后，库岸边坡依然部分保持饱水状态。
就是由于这种现象的存在，使得这时边坡中所饱含的水对潜在滑动面有一个向外的渗透压力p=γw·i·S，降低边坡的抗滑稳定性。
同时，由于这种滞后效应，在库水位下降之后增加边坡的荷载——饱水加载效应，使边坡变得更加的不稳定。
2. 模型试验模拟库水位的变化[ 1]分析库水位变化对库岸边坡稳定性的影响
就库水位对滑坡体的影响问题，防灾减灾实验室一某滑坡为原型，按几何相似制作了一个滑坡模型，一考查库水位的变化对滑坡体位移及内部孔隙水压力的影响。
实验模型水库的蓄水及泄水过程，在第10小时50分时135水位开始蓄水，在第13小时20分蓄至135水位。
在第26小时30分时，又开始蓄水，在第28小时蓄至175水位。
在第31小时开始泄水，第31小时30分至135水位。
之后水位持续135水位，直至第53小时。
在整个过程中滑坡体内孔隙水压力及位移的变化曲线如图6和图7所示。
图6 孔隙水压力随时间变化曲线
图7 位移随时间变化曲线
图6取的滑体前缘处孔隙水压力传感器所测得的数据，图7为滑体中部的位移变化情况。
从图6和图7中可以清楚地看出在相应的时间点孔隙水压力和位移变化的情况。
图6清楚地反映了库水位的变化过程。
图7则反映了库水位变化时，相应的位移变化。
从图7 可以看出几次大的位移变化全部发生在库水的蓄水过程中，尤其是在135水体温表的蓄水过程中位移增量达到了12mm，占总位移量的69%左右。
而在175水位的蓄水过程中位移增量只有4mm，占总位移量的20%左右。
通过实验研究得出的结论：
（1）库水的浸泡对滑体的影响
在实验中发现，在蓄水过程及水位保持过程中的下部、中部及上部的孔隙水压力变大，位移逐渐增大，但从滑体前缘至后缘位移逐渐减小。
尤其是滑体的前缘，其在库水位浸泡下达到饱和状态，从而失去强度而发生破坏。
（2）库水位变化对滑体的影响
在蓄水过程中由于土体中含水量的增加，使土体中孔隙水压力增大，而抗剪强度相应降低。
在放水过程中库水位以下的土体中孔隙水压力减小，而此处的土体由于处于饱和状态而失去抗剪强度。
由于本次试验采用了渗透系数较大的细沙，故在水位下降过程中滑体中的孔隙水压力减小的速率较大，而滑体中部以上土体的位移则基本上没有发生变化。
3.结语
对库水位升降对库岸边坡稳定性的研究方法还有很多，如利用非饱和土力学中渗流和抗剪强度理论, 对滑坡稳定性进行分析[6-8]
通过以上工程地质分析原理分析和模拟实验研究发现：水库蓄水使滑坡的前缘达到饱和而降低抗剪强度。
在库水位上升时，坡体的浮重度区和饱和重度区增大，加之孔隙水压力效应，使库岸的抗滑稳定性降低。
在水位下降过程中，由于
地下水的渗透压力效应和地下水的饱水加载效应使岸坡变得更加的不稳定，所以库岸边坡发生破坏往往是在库水位下降之后的一段时间内发生。
参考文献：
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《水文地质学》课程作业Ⅱ
库水位升降对水库库岸边坡稳定性的影响
学生：张全
学号：200903040324
专业：勘查技术与工程
指导教师：杨艳娜
完成日期：2012 - 5 - 11。