黃材水庫(kù)溢洪道滑坡穩(wěn)定分析

陳金華

（長(zhǎng)沙市黃材水庫(kù)灌區(qū)管理局 長(zhǎng)沙市 410600）

黃材水庫(kù)溢洪道滑坡穩(wěn)定分析

陳金華

（長(zhǎng)沙市黃材水庫(kù)灌區(qū)管理局 長(zhǎng)沙市 410600）

黃材水庫(kù)經(jīng)過(guò)2002年大壩除險(xiǎn)加固處理后，滑坡體穩(wěn)定，說(shuō)明溢洪道滑坡體得到全面治理。文章就黃材水庫(kù)溢洪道滑坡處理情況從滑坡穩(wěn)定性、滑坡穩(wěn)定敏感性、滑坡穩(wěn)定可靠度、滑坡涌浪四個(gè)方面進(jìn)行分析論述，旨在深入闡述溢洪道產(chǎn)生滑坡的原因，分析溢洪道滑坡的不穩(wěn)定性，從而加固處理。

溢洪道 滑坡體 穩(wěn)定分析

滑坡的形成有自然因素和人為因素兩個(gè)方面。自然因素就防汛而言有形態(tài)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、降水、地下水等；人為因素有人造陡坡、爆破、堆土等因素。黃材水庫(kù)溢洪道山體滑坡是由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)而引起的，全面分析不同地質(zhì)條件下溢洪道滑坡問(wèn)題將有助于水庫(kù)溢洪道建設(shè)和水庫(kù)的防汛處險(xiǎn)工作。

黃材水庫(kù)是一座以灌溉為主，兼發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖于一體的大（II）型水利綜合樞紐工程。水庫(kù)樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水洞、電站、引水壩等建筑物組成。

黃材水庫(kù)于1958年9月破土動(dòng)工，1965年樞紐工程基本建成，1968年完成主體工程，運(yùn)行至今，工程在灌溉、發(fā)電和防洪等方面發(fā)揮了巨大效益。由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)偏低，溢洪道泄洪能力不足，1987～1990年的除險(xiǎn)加固中，將溢洪道左岸擴(kuò)建一孔。但在施工過(guò)程中未做任何勘探工作，對(duì)邊坡所處的地質(zhì)環(huán)境缺乏認(rèn)識(shí)，以第一次修建時(shí)的地質(zhì)資料作參考進(jìn)行施工，以致在擴(kuò)建過(guò)程中先后5次滑坡，前后歷時(shí)4年完成了溢洪道左岸泄洪閘擴(kuò)建及泄槽加固。全面分析溢洪道產(chǎn)生滑坡原因，闡述其除險(xiǎn)加固后的滑坡穩(wěn)定情況，對(duì)溢洪道建設(shè)將產(chǎn)生積極和深遠(yuǎn)的影響。

1 滑坡穩(wěn)定性分析

在除險(xiǎn)加固前，在枯水位151.00 mm、正常蓄水位166.00 mm、設(shè)計(jì)洪水位168.14 m、校核洪水位169.41 m、校核洪水位驟降至正常蓄水位這5種工況下采用摩根斯坦法、不平衡推力法、簡(jiǎn)布法3種不同的方法進(jìn)行了溢洪道穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算，經(jīng)計(jì)算5種工況下均不穩(wěn)定。于是在進(jìn)行除險(xiǎn)加固時(shí)將水位降至最低枯水位151.00 mm，盡量減少水位變化在施工過(guò)程中對(duì)滑坡體產(chǎn)生的影響。2002年除險(xiǎn)加固后運(yùn)行至今，經(jīng)復(fù)核，滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)均小于1，滑坡體穩(wěn)定。

2 滑坡穩(wěn)定敏感性分析的必要性

在除險(xiǎn)加固前，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，試驗(yàn)成果如下：滑坡抗剪強(qiáng)度參數(shù)f為0.42～0.52，c為（0.01～0.02）MPa,水下折減系數(shù)為0.88。從敏感性分析結(jié)果看，滑坡穩(wěn)定性安全系數(shù)Fs基本上是隨凝聚力C和摩擦系數(shù)f的增大而線性地增大。實(shí)地鉆探取樣后，最小穩(wěn)定安全系數(shù)為0.87，最大為1.28，而大部分的穩(wěn)定安全系數(shù)在（0.95～1.20）之間，說(shuō)明鉆探、試驗(yàn)取樣時(shí)滑坡是臨界穩(wěn)定。除險(xiǎn)加固后運(yùn)行至今，經(jīng)復(fù)核，滑坡穩(wěn)定敏感性分析滿足要求，這說(shuō)明滑坡穩(wěn)定敏感性分析對(duì)治理滑坡工程有一定影響。

3 滑坡穩(wěn)定可靠度分析不容忽視

邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fs為某一滑面所能提供的抗滑力（R）與該面上實(shí)際下滑力（S）之比。從可靠度角度看，R和S都是隨機(jī)變量，故在一般情況下，抗力還是有可能小于滑動(dòng)力S的。這種破壞概率可以寫成：Pf=P[R-S＜0]=P[R/S＜1]=P[ln（R/S）＜0]，由破壞概率Pf計(jì)算邊坡的穩(wěn)定概率，即邊坡的可靠度（Ps），則Ps=1-Pf。在滑坡穩(wěn)定可靠度分析中，把滑面的凝聚力C、摩擦角φ、滑體容重r、坡外靜水位Hw、坡內(nèi)地下水位H作為隨機(jī)變量。滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)的樣本較少，不足以統(tǒng)計(jì)分析確定其分布類型。參照相關(guān)文獻(xiàn)資料，C、φ值常服從截尾正態(tài)分布，r、Hw、H也服從正態(tài)分布。破壞概率的計(jì)算方法有三種;即蒙特卡羅法、羅森帕盧思法、可靠度指標(biāo)法。蒙特卡羅法是通過(guò)抽樣的方法來(lái)求破壞概率，羅森帕盧思法是從樣本中進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)?？煽慷戎笜?biāo)法是利用邊坡穩(wěn)定狀態(tài)方程通過(guò)“中心點(diǎn)”法和“驗(yàn)算點(diǎn)”法兩種方法計(jì)算滑坡的破壞概率Pf=73.34%～93.64%，可見(jiàn)黃材水庫(kù)溢洪道滑坡是不穩(wěn)定的，必須采取整治措施。除險(xiǎn)加固削坡減載后經(jīng)復(fù)核穩(wěn)定性已達(dá)到穩(wěn)定要求。

4 滑坡涌浪分析

通過(guò)對(duì)滑坡速度在只選計(jì)算工況為正常蓄水位和校核洪水位兩種工況。顯示出最大滑速呈非線性發(fā)展的特點(diǎn)。當(dāng)滑坡高速進(jìn)入水庫(kù)時(shí)，將產(chǎn)生涌浪，涌浪以滑坡處為源點(diǎn)，向上下游推進(jìn)，并不斷變形，從而產(chǎn)生不穩(wěn)定流的過(guò)程。對(duì)于全部涌浪過(guò)程，溢洪道前涌浪高度約為（1.75～4.68）m，滑坡涌浪會(huì)翻過(guò)溢洪道弧形閘門，在弧形閘門后形成真空和負(fù)壓，從而造成本來(lái)穩(wěn)定但富裕度不大的弧形閘門失事，直接影響副壩的安全。

黃材水庫(kù)在除險(xiǎn)加固后，徹底消除了滑坡體由于涌浪引起的不穩(wěn)定因素，從而大大減少了溢洪道滑坡體對(duì)閘門及副壩的影響。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算和復(fù)核中不能忽視滑坡涌浪因素。

5 結(jié)論

由于黃材水庫(kù)溢洪道滑坡在基巖中存在有節(jié)理、斷層等不連續(xù)結(jié)構(gòu)面，引起了岸體非彈性、非線性變形，為了較好地了解滑體的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，對(duì)黃材水庫(kù)溢洪道滑坡進(jìn)行平面非線性有限元計(jì)算分析?？梢钥闯觯S著水庫(kù)水位升高，滑體的穩(wěn)定條件變差，產(chǎn)生的應(yīng)力和位移都增大，滑坡坡頂及以上都出了拉應(yīng)力，滑體上部從殘坡積物中拉裂，滑體會(huì)產(chǎn)生變形破壞和滑動(dòng)，并且頂部會(huì)向上繼續(xù)拉裂，滑坡向上發(fā)展，從而使這種牽引式滑坡繼續(xù)向上產(chǎn)生更大范圍的變形破壞和滑動(dòng)。因此，必須采取整治措施防止滑動(dòng)變形和滑動(dòng)。

2002年黃材水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中溢洪道滑坡體經(jīng)上部減載排水、下部擋墻方案處理后運(yùn)行14年來(lái)，經(jīng)日常觀察，抽樣、檢測(cè)，計(jì)算復(fù)核成果，滑坡體穩(wěn)定。

因此，黃材水庫(kù)溢洪道滑坡穩(wěn)定分析，是從滑坡穩(wěn)定性分析、滑坡穩(wěn)定敏感性分析、滑坡穩(wěn)定可靠度分析、滑坡涌浪分析4個(gè)方面闡明滑坡的成因及治理的結(jié)果，說(shuō)明黃材水庫(kù)溢洪道滑坡體經(jīng)處險(xiǎn)后，已經(jīng)保持穩(wěn)定，并達(dá)到了預(yù)期效果。

2017-01-17）

陳金華（1967-），男，大學(xué)本科，工程師，主要從事水利水電工程技術(shù)與管理工作，手機(jī)：13975841178。