簡析水利水電工程中滑坡的穩(wěn)定性與災(zāi)害評價(jià)

□葉萍舟（江西省萍鄉(xiāng)市水利水電勘察設(shè)計(jì)院）

0 引言

滑坡是一種危害嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，它的分布范圍十分廣泛，且發(fā)生頻率較高，是我國主要防治的地質(zhì)災(zāi)害之一。近幾年隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，自然環(huán)境遭到了嚴(yán)重的破壞，滑坡災(zāi)害的發(fā)生，給水利水電工程帶來了嚴(yán)重的危害，使我國經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，因此對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行研究以及做出災(zāi)害評價(jià)是非常必要的。

1 滑坡的形成

形成滑坡的主要因素有外在因素和內(nèi)在因素。外在因素主要是工程在建設(shè)過程中挖掘和回填引起了應(yīng)力和荷載的調(diào)整，施工過程中的爆破對巖體造成損失導(dǎo)致巖體的承載力下降。庫水位發(fā)生變化、融雪等自然現(xiàn)象使地下水位發(fā)生了變化，以及因?yàn)榈卣鸲鴮?dǎo)致的地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化等。內(nèi)在因素主要有原始應(yīng)力狀態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)、地下水狀態(tài)等。

1.1 原始應(yīng)力狀態(tài)

巖體滑坡變形以及節(jié)理裂隙發(fā)育受到地應(yīng)力的控制，地應(yīng)力可直接破壞巖體而使巖體遭受到破壞。

1.2 巖體結(jié)構(gòu)

巖體結(jié)構(gòu)面是控制滑坡的一個主要因素。通常情況下，同向緩傾角的邊坡要比反向邊坡的穩(wěn)定性差。對同向傾斜角來說，巖層的傾斜角越緩，穩(wěn)定性越好。邊坡面走向同結(jié)構(gòu)面走向?qū)吰碌淖杂沙潭犬a(chǎn)生一定影響。但傾斜不利的結(jié)構(gòu)面同邊坡面處于平行式，那么整個巖坡都將具有自由滑動的可能，這樣會嚴(yán)重影響邊坡的穩(wěn)定性；傾斜不利結(jié)構(gòu)如果與坡面之間具有較大的夾角，那么邊坡就會處于一種相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

1.3 地下水狀態(tài)

滑坡受地下水作用的影響主要分為3種：物理作用、化學(xué)作用、力學(xué)作用。

1.3.1 物理作用

如果地下水的水位發(fā)生了改變，那么將會使巖體容重發(fā)生巨大的變化，從而使滑坡的應(yīng)力發(fā)生變化。當(dāng)巖體被水浸泡后，飽和度將有所提高，特別是當(dāng)巖體達(dá)到飽和時(shí)巖體的內(nèi)摩擦角以及凝聚力都將有所下降，這就降低了巖體的抗剪強(qiáng)度，提高了滑坡的發(fā)生概率。一些砂石和強(qiáng)度不高的巖石在逐漸進(jìn)入飽和狀態(tài)的過程中，巖石的變形模量將會逐漸減少，從而導(dǎo)致裂縫在滑坡體上出現(xiàn)；由于受滲透水流性影響，水流將會把裂縫中的一些填充物沖走，形成散浸、管涌等現(xiàn)象而致使滑坡失穩(wěn)。

1.3.2 化學(xué)作用

若滑坡體中含有易溶于水的礦物質(zhì)，這些礦物質(zhì)溶于水后將會導(dǎo)致滑坡體軟化；部分礦物質(zhì)在水中浸泡后會發(fā)生一定的膨脹，巖體中含水量的變化將會加劇巖體的風(fēng)化，破壞巖體的結(jié)構(gòu)，使滑坡失穩(wěn)。

1.3.3 力學(xué)作用

若滑坡體處于飽和狀態(tài)，有效應(yīng)力將會有所減小，而空隙之間的壓力為正，若滑坡內(nèi)的孔隙壓力過大，那么滑坡將會失穩(wěn)。受水力梯度的影響，水在滑坡內(nèi)將會形成滲流荷載，主要包括浮托力和滲透力。托浮力是一個向上的力，它會導(dǎo)致坡體的穩(wěn)定性降低，當(dāng)有隔水層存在于滑坡內(nèi)時(shí)，隔水層將會受到滲流荷載的凈水壓力作用，靜水壓力的大小隨著裂隙深度的增大而增大，當(dāng)力的大小達(dá)到一定程度時(shí)極可能造成梳理劈裂，從而導(dǎo)致滑坡發(fā)生；若滑坡內(nèi)存在較大裂隙，那么水流的速度也會隨之而變大，滑坡的穩(wěn)定性也將會受到動水壓力的影響。

2 利用有限單元法對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析

2.1 有限單元法

有效單元法是一種數(shù)值分析法，主要用于研究復(fù)雜工程。有限單元法同傳統(tǒng)的數(shù)值分析法相比具有的優(yōu)點(diǎn)是：不用事先對遭受破壞面的形狀及位置進(jìn)行假設(shè)；可以對處于復(fù)雜地區(qū)的地貌、地質(zhì)、地形的工程進(jìn)行分析；可以利用計(jì)算機(jī)對工程中使用的各種材料以及工程中的載荷、本構(gòu)關(guān)系、約束條件進(jìn)行模擬。

2.2 基本原理

利用有限單元法可以將連續(xù)介質(zhì)逐步轉(zhuǎn)化成離散介質(zhì)，有限各單元的組合體代替原理的連續(xù)介質(zhì)，各單元通過結(jié)點(diǎn)互相連接，把結(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量，通過充分原理或虛功原理建立求解結(jié)點(diǎn)位移的聯(lián)立方程?？梢岳煤瘮?shù)插值來獲取，再通過計(jì)算獲得單元內(nèi)應(yīng)力和單元內(nèi)應(yīng)變革。單元的適應(yīng)力隨著函數(shù)階次增高而增高，但在實(shí)際應(yīng)用中并不是選取的階次越高而越高，因?yàn)殡S著階次的增高，計(jì)算也會變得更加復(fù)雜，因此選取合適的階次對于緩坡的穩(wěn)定性研究來說十分重要。

在運(yùn)用時(shí)步增量時(shí)，第n時(shí)步的節(jié)點(diǎn)位移增加量為{Δσ}En與內(nèi)部位移增加量{ΔX}n分別為：

根據(jù)節(jié)點(diǎn)位移增減量可以得到單元內(nèi)部位移增加量，即：

依據(jù)彈性倫理，得到{Δσ}n={Δε}n=[S]

其中[S]=[D][B]

式中[S]代表應(yīng)力矩陣；[D]代表彈性矩陣；[B]代表應(yīng)變矩陣。

根據(jù)經(jīng)理等效將體力、面力等外力合理的分配到相關(guān)結(jié)點(diǎn)上，即

式中{ΔV}、{Δq}、{Δp}分別表示體積、增加集中力的量、面力。在通過虛偽原理可以推出平衡方位為：

在將繞結(jié)點(diǎn)進(jìn)行組合，就能得到全體結(jié)點(diǎn)荷載增加量同全體結(jié)點(diǎn)位移之間的對應(yīng)關(guān)系，即：[K]{Δσ}n={ΔF}En

將以上的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理后，便可以得到n時(shí)步時(shí)結(jié)構(gòu)的位移量分別為（б）m、（σ）n、（ε）k。

3 水利水電工程滑坡災(zāi)害評價(jià)

3.1 災(zāi)害評價(jià)的概述

在對滑坡災(zāi)害進(jìn)行評價(jià)時(shí)，必須要對引發(fā)災(zāi)害的主要因素進(jìn)行確定，在依據(jù)主導(dǎo)因素確定指標(biāo)時(shí)，最好針對滑坡災(zāi)害評價(jià)建立指標(biāo)體系。

對于庫岸滑坡的災(zāi)害評價(jià)主要包括危險(xiǎn)性、破壞損失、防治工程效益等方面。進(jìn)行危險(xiǎn)性評價(jià)時(shí)，要對滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，對其穩(wěn)定性做出正確的判斷；危險(xiǎn)性評價(jià)是破壞損失的評價(jià)前提，是對滑坡造成經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡及環(huán)境等進(jìn)行評價(jià)；防治工程效益評價(jià)需要依據(jù)危險(xiǎn)性評價(jià)來選取相應(yīng)的工程加固措施，針對防治工程的可行性、合理性做出一個正確的判斷，為防治工程優(yōu)化提供合理方案。

3.2 主要工程措施

在對滑坡工程的災(zāi)害進(jìn)行正確的評價(jià)后應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的治理措施有排水、抗滑擋墻、錨固支護(hù)、阻滑鍵等方式。

滑坡治理最常見的方式是地下排水和地表排水。采用地下排水時(shí)主要就是在滑體內(nèi)安裝排水盲洞、排水鉆孔、排水平洞、支撐滲溝等方式。采用何種處理方式對滑體進(jìn)行處理要根據(jù)滑體的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。地表排水的處理主要采用的方式有截、排、防等。

截，主要是在滑體周圍設(shè)置截水溝，使滑體周圍的水不會進(jìn)入到滑體內(nèi)；排，指的是利用滑體周圍天然的水溝或修建的排水溝，將地表的水引流到滑體的外圍處，減少滲入；防，主要是采用合理的防滲措施對已經(jīng)流到滑坡范圍內(nèi)的降雨或地表水進(jìn)行處理，在處理過程中可采取對地表的裂縫用水泥漿封口或用黏土進(jìn)行回填夯實(shí)，降低滲入滑體內(nèi)部的水的速度，并盡快將水引到滑體外部。

4 結(jié)語

隨著工程建設(shè)、能源開發(fā)的快速發(fā)展，水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境成了目前最突出的問題，其中地質(zhì)環(huán)境中的滑坡問題在全球范圍內(nèi)造成了較為嚴(yán)重的影響。水利水電工程的滑坡問題研究涉及到許多學(xué)科，如地理學(xué)、巖石力學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)等，對水利水電工程滑坡問題進(jìn)行研究將會推動水利水電工程的健康發(fā)展。

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