水庫水位驟降時壩坡穩(wěn)定性分析研究

【摘要】水庫在目前的社會發(fā)展中越來越發(fā)揮出其重要作用，是現(xiàn)代化社會發(fā)展中備受人們關(guān)注的基礎(chǔ)設(shè)施。在水庫工作和建設(shè)中，由于水庫水位驟降造成的水利工程壩體失穩(wěn)現(xiàn)象時有發(fā)生，不但造成了嚴重的社會經(jīng)濟發(fā)展影響，同時也給現(xiàn)有人民帶來了嚴重的生命財產(chǎn)威脅。本文就水位驟降是影響到壩坡穩(wěn)定性的各種因素進行了總結(jié)和分析，針對其中各種質(zhì)量隱患和影響方式全面總結(jié)和完善，從而使得整個工程都能夠形成高速、系統(tǒng)、全面的發(fā)展要求，以供同行工作參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】水庫壩坡；穩(wěn)定性；非穩(wěn)定滲流

近些年來，隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，水庫在當(dāng)前社會生產(chǎn)中已成為最不可缺少和忽視的環(huán)節(jié)，其在社會發(fā)展中不僅為人類生活提供了充足的水資源，更是為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了可靠的基礎(chǔ)興能源。水庫作為水利工程中的重要組成部分，其一旦出現(xiàn)水位驟然下降現(xiàn)象，極容易造成整個水利工程邊坡失穩(wěn)等隱患，給水庫的壩體整體性和質(zhì)量帶來影響。目前水庫工程施工中大多數(shù)工程都是采用，土石壩結(jié)構(gòu)體系為主的，其在施工的過程中有著施工效率高、施工質(zhì)量好的優(yōu)勢的，同時由于其存在著一定的幾何形狀和相應(yīng)的土質(zhì)材料，因此其在應(yīng)用的過程中也容易給壩體穩(wěn)定性帶來一定的影響。因此，在目前的水庫工作中從水位驟降的時候形成的穩(wěn)定性滲流現(xiàn)象進行控制和分析，從而保證整個工程的順利持續(xù)進行。

一、基本理論分析

近幾年來的水發(fā)展中，伴隨著國民經(jīng)濟和各種先進科學(xué)技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，各種新技術(shù)、新概念逐步應(yīng)用在建筑工程項目中，成為整個工程領(lǐng)域中最受人們關(guān)注和重視的環(huán)節(jié)，也是現(xiàn)代化社會發(fā)展的核心工作模式。然而，截至目前的水庫工程項目管理工作中，由于受到周圍自然因素、社會因素等多個環(huán)節(jié)的影響，使得在水庫水位發(fā)生一定變化的時候給工程的整體性和施工要求帶來了一定的影響，進而給整個水庫工作帶來了較為嚴重的影響，這也就造成了水庫工程的內(nèi)部壓力因素。在施工的過程中當(dāng)水庫水位先將過快，且沒有足夠時間來緩沖壩體坡度的時候，其對于滲透系數(shù)的影響和控制較大，這也就給壩體的緩沖壓力值帶來了一定的限制，形成了滲透系數(shù)較大的現(xiàn)象，其空隙間縫也就變得較為明顯。因此，在壩體工程的研究中，對于滲透系數(shù)較小的土體部位應(yīng)當(dāng)嚴加控制，確保在工程施工的過程中能夠?qū)τ谒畮旃こ讨懈鞣N水位驟降造成的影響形成合理可靠的管理和完善控制標(biāo)準。

壩體穩(wěn)定是當(dāng)前土石壩工程設(shè)計和施工的重點內(nèi)容，庫水水位的驟然變更對土石壩上游及其岸坡造成的穩(wěn)定性影響是不容忽視的。在實際工程中，降雨的滲入和水庫水位變化都和施工有著緊密關(guān)系，在控制之中對土壩滲流的要求逐步明顯，考慮到周圍的自然環(huán)境以及收縮膜四周的耦合和摩擦問題。只有在設(shè)計中針對土石壩工程中的各個環(huán)節(jié)進行綜合的管理控制，確保水庫因漏水和穩(wěn)定性能不足造成的水位驟降失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)水位驟降的時候，壩體表面黏的水壓荷載已經(jīng)卸掉，但是由于土壤成分的影響因素，使得壩體內(nèi)的浸潤線高于外坡的水位線，這就造成了孔隙水壓形成向庫外滲透力作用，加速了壩坡的滑動。因此在水庫工程中水位應(yīng)當(dāng)如何保持降落速度是保證壩體穩(wěn)定安全工作的前提。

當(dāng)庫水位下降速度為1.5m/d時，由于浸潤線停滯較為嚴重，而且現(xiàn)象較為明顯，庫水位在下降中引起了逆流現(xiàn)象，使得壩體容易形成一種逆推力。這就使得靠近上游壩面的壩體大多還是飽和的，壩體工程在施工控制的浸潤線中需要嚴格控制，避免受到停滯水位下降速度的影響而形成壩體隱患。

可以看出，目前的水利工程中，隨著水庫的逐步下降，壩體內(nèi)部的浸潤線逐步下降，水庫中浸潤線下降太過明顯而出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，部分水是通過孔隙壓力壩體內(nèi)浸潤線下降有明顯的滯后現(xiàn)象。部分水流在水庫中是通過孔隙水壓力來不及消散而停留在預(yù)制空島內(nèi)，造成了浸潤線的上凸缺陷的出現(xiàn)，使得壩體內(nèi)部自由下落，對高于上游水庫位置中存在的逆流現(xiàn)象嚴肅處理。不同區(qū)域的影響之下水流下降要求也不斷的增加，使得浸潤線的基本趨于穩(wěn)定性。

二.上游壩坡穩(wěn)定性分析

庫水位驟降情況下，壩體內(nèi)部容易出現(xiàn)孔隙水壓力滯后的要求，同時在應(yīng)用的時候上游壩坡容易出現(xiàn)逆流方式，并且在應(yīng)用的時候容易形成邊坡不穩(wěn)定現(xiàn)象。為不同工況下上游壩坡安全系數(shù)隨水位下降時間變化情況。上游壩坡的安全系數(shù)隨庫水位變化，原因如下：第一，壩前水體對壩體的靜水壓力有利于上游壩坡穩(wěn)定，上游水位下降自然導(dǎo)致上游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)降低；第二，庫水位下降過快，壩體內(nèi)孔隙水壓力來不及消散而形成向上游壩坡的反向滲流所致。滲透力在庫水位下降過程中是變化的，滲透力達到最大值的時候壩坡安全系數(shù)將達到最小值?？煽闯觯瑸樗幌陆邓俣茸羁斓墓r，其上游壩坡安全系數(shù)谷值最小且達到谷值所需時間最短，水位下降速度越慢，上游壩坡安全系數(shù)所達到的低谷值越小，達到低谷值的時問也越長。水位下降速度越快滲透力越容易達到最大值，隨著水位驟降速度的減慢，壩坡穩(wěn)定系數(shù)的最小值逐漸變大，發(fā)生的時間也越晚。因此，水位驟降速度是影響上游壩坡穩(wěn)定性的重要因素，水位驟降速度越大對上游壩坡穩(wěn)定性不利。

三、滲流缺陷的后果

土壩是水庫樞紐工程的主要建筑物之一，起著攔蓄防洪的作用，在施工中對地質(zhì)要求高，造價低廉等特點受到廣泛的應(yīng)用。在土壩工程的研究中個，滲流問題一直以來都是土壩工程的難點，還是威脅土壩安全的主要因素。一般人們認為庫水位驟降的時候?qū)ν翂伟踩挠绊戄^大，而不太注意水庫變幅的影響，滲透力對土壩安全有著重要的影響。為確切了解塊石護坡下土體的滑坡情況，曾對滑坡的上口進行了開挖檢查。檢查發(fā)現(xiàn)，凡護坡表面有裂縫者，對應(yīng)土體就有下滑錯動，且滑裂面很明顯。

四、滑坡原因分析

滲流力對安全系數(shù)的降低影響極大。目前庫水位下降的情況下，上游壩坡的穩(wěn)定，實際上處于臨界狀態(tài)而且偏于不安全。所以，在庫水位大幅度下降時，很容易發(fā)生滑坡。同時計算結(jié)果也表明，安全系數(shù)最小滑弧位置，也即最危險的滑弧位置。

同時，從以上的分析也再次表明，均質(zhì)土壩不宜過高。否則，水庫在運行期間將可能出現(xiàn)的較大幅度水位變化，很容易引起壩坡失穩(wěn)。而相對而言，分區(qū)土壩由于壩殼材料的透水性好，水位變幅對滑坡穩(wěn)定的影響就小得多。

五、結(jié)論

本文通過對水庫水位驟降是產(chǎn)生的壩坡穩(wěn)定性分析，在非飽和條件下將滲流場模擬措施分析，得出在水庫水位驟降的條件下，壩體內(nèi)的浸潤線隨之下降，有著明顯的滯后現(xiàn)象。部分水位孔隙水壓力來不及消散而留在把體內(nèi)對上游壩坡造成極大的不利影響。同時從以上的分析表明，均質(zhì)土壩不能夠過高，否則水庫在運行期間容易出現(xiàn)較大幅度的水位驟降，很容易引起壩坡失穩(wěn)。