庫岸滑坡模式及致災(zāi)機理研究

孫曉偉 劉麗麗

摘 要：庫岸滑坡作為山地災(zāi)害越發(fā)普遍地影響著水庫的正常運行、調(diào)度。針對庫岸滑坡的成災(zāi)機理、破壞模式和研究手段，通過查閱大量資料，研究了水對庫岸滑坡的誘導(dǎo)機理、滑坡體的力學(xué)響應(yīng)機制以及破壞特征，此外，還針對性地提出了一些研究目標(biāo)，為后續(xù)研究提供了參考。

關(guān)鍵詞：庫岸滑坡 機理 模式 水

中圖分類號：P642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（b）-0069-02

隨著我國水電的深入發(fā)展，高壩大庫將成為主流，同時由于氣候環(huán)境的惡化，降雨激增，深入探討庫岸滑坡的破壞模型、形成機理等亟待解決的研究重點對大型水電工程運行安全、防災(zāi)減災(zāi)具有重大的意義。

1 水對庫岸滑坡邊坡成災(zāi)機理研究

1.1 降雨對庫岸滑坡形成機理

降雨誘發(fā)滑坡的研究主要針對坡體滲流與坡面產(chǎn)流耦合問題、坡體內(nèi)降雨入滲孔隙水壓分布及穩(wěn)定計算問題以及降雨參數(shù)與坡體穩(wěn)定性聯(lián)系問題，開展物理模型試驗和數(shù)值模擬的研究，從而為風(fēng)險控制提供指導(dǎo)性的依據(jù)。姜媛媛和榮冠基于滲流Richard方程推導(dǎo)了飽和-非飽和滲流場的計算方程，分別又從DDA和有限元強度折減的方法確定了邊坡穩(wěn)定計算的數(shù)值解法。童富國基于圣維南方程和達西定律推導(dǎo)了坡面徑流和坡體滲流的耦合計算方法。殷坤龍的研究表明滑坡與降雨參數(shù)之間存在一個閾值。

1.2 庫水位升降對庫岸滑坡形成機理

針對庫水升降對庫岸邊坡影響機制的研究主要集中在如下幾個方面：庫水作用下巖土體的力學(xué)響應(yīng)演化特征、庫水作用下邊坡的滲流穩(wěn)定計算以及放在減災(zāi)的工程措施。鄧華鋒從微觀和宏觀的角度探究了庫水位升降作用下水巖耦合作用機制包括力學(xué)弱化、局部應(yīng)力集中、物理化學(xué)弱化和干濕循環(huán)累積損傷。柳群義通過數(shù)值模擬研究了不同工況下的滲流場分布規(guī)律。

1.3 地下水對庫岸滑坡形成機理

庫岸邊坡地下水的補給除了降雨和地下徑流外，庫水位的上升也是一種主要的補給方式，庫水位上升地下水位也隨著上升。庫水和降雨與庫岸邊坡之間的作用很大一部分最終都可以視為地下水與庫岸邊坡的水巖耦合作用，即物理力學(xué)作用、化學(xué)反應(yīng)作用和水力作用。物理力學(xué)作用主要表現(xiàn)在地下水富集地帶能夠使一些巖體軟化，導(dǎo)致其強度降低，此外，富含親水性礦物的巖土體在地下水的長期作用下會發(fā)生膨脹崩解，使其粘聚力大大降低，這些都將不利于庫岸邊坡的穩(wěn)定。化學(xué)反應(yīng)作用是指地下水與邊坡巖土體之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物或者生成不利于邊坡的穩(wěn)定，改作用包含了：溶蝕潛蝕、離子交換和氧化還原。水力作用一方面體現(xiàn)在地下水對巖體中節(jié)理裂隙表面產(chǎn)生靜水壓力作用導(dǎo)致裂紋不斷擴張、貫通從而破壞巖體的整體性，另一方面表現(xiàn)當(dāng)?shù)叵滤g存在水頭差時會發(fā)生滲透作用，可能造成滲透破壞，同時可能會產(chǎn)生不利于邊坡穩(wěn)定的力。

2 庫岸滑坡分類及破壞力學(xué)機制

2.1 庫岸滑坡主要類型

本文根據(jù)參考大量文獻，基于我國大型水電站已經(jīng)出現(xiàn)的庫岸滑坡地質(zhì)災(zāi)害，按照不同的分類方式歸納總結(jié)滑坡類型（如表1所示）。

2.2 庫岸滑坡滑移力學(xué)機制

總結(jié)歸納我國庫岸滑坡破壞模式，探索其破壞的力學(xué)機制是對其進行加固設(shè)計、施工的重要依托。本文總結(jié)如下幾種常見的庫岸滑坡滑移破壞力學(xué)特征：

（1）侵蝕解體破壞：庫岸邊坡長期在水的作用下，邊坡前緣的坡體發(fā)生解體、崩塌，造成邊坡下部后移而上部突出，影響上部邊坡的穩(wěn)定。

（2）蠕滑、拉裂、剪斷破壞：平緩層坡體前緣部分在外界作用下向外發(fā)生的蠕變，長期作用下回帶動后緣部分拉裂，而邊坡的中間部分會形成一個較為穩(wěn)定的鎖固段，該部位的應(yīng)力將隨著時間推移而變大，直到被剪斷，發(fā)生突然的脆性破壞。

（3）潰曲變形破壞：上部巖體破碎巖體向下移動過程中，受到下部或中下部堅硬巖體的阻擋，堅硬部分將上部破碎巖體“挑住”，當(dāng)該挑住的力達到一定程度后，邊坡發(fā)生突然性的失穩(wěn)破壞。

（4）平推滑移破壞：較緩的巖層受到靜水壓力的作用將軟弱層向外推動，發(fā)生失穩(wěn)破壞。

（5）反傾向破壞模式：反傾向的層狀結(jié)構(gòu)在長期應(yīng)力作用下逐漸向坡外彎曲最終發(fā)生傾倒破壞，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

（6）順傾向滑移破壞：邊坡上部向下滑移過程中，由于潛滑面傾角大于坡腳，會受到下部的阻擋，形成一個彎曲—隆起段阻擋繼續(xù)滑移，隨著應(yīng)力的增加會將其剪斷，最終造成邊坡的失穩(wěn)。

3 研究目標(biāo)

現(xiàn)針對我國庫岸滑坡研究的現(xiàn)狀，提出如下幾個研究重點：

（1）在物理模型試驗的基礎(chǔ)上，開展大型現(xiàn)場原位試驗，更加深入地實地研究庫岸滑坡的發(fā)生機制。同時，結(jié)合計算機人工智能和數(shù)值模擬，提出多場全耦合的更加符合現(xiàn)實的仿真途徑。

（2）基于巖土體的固結(jié)流變理論、降雨水文預(yù)報和現(xiàn)場監(jiān)控網(wǎng)等手段，實現(xiàn)庫岸邊坡長期的預(yù)警預(yù)報。此外，探究庫岸邊坡變形與水庫運行的聯(lián)系，在保證安全的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)水電站最優(yōu)化的調(diào)度。

4 結(jié)語

庫岸滑坡已經(jīng)成為了威脅水庫安全、影響水電站運行調(diào)度的主要問題之一。深入研究庫岸滑坡孕育、演化、形成到消亡的機理、模式、計算方法、評估方法以及治理措施是有效防災(zāi)減災(zāi)的主要途徑。

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