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      近壩庫(kù)岸古滑坡體穩(wěn)定性及其對(duì)大壩安全的影響研究

      2019-11-22 07:03:58印振華張根全彭森良
      水力發(fā)電 2019年8期
      關(guān)鍵詞:庫(kù)岸滑坡體蓄水

      張 燚,印振華,張根全,彭森良

      (中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,云南昆明650051)

      0 引 言

      2018年7月底,老撾南部Xe-Pian Xe-Namnoy水電站發(fā)生潰壩事故,造成上百人死亡及重大經(jīng)濟(jì)損失,當(dāng)?shù)卣ㄟ^多方總結(jié),吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),決定對(duì)老撾全境的150多座水電站開展大壩安全檢查工作。南歐江六級(jí)水電站在已發(fā)電的水電工程中屬較大規(guī)模電站,為復(fù)合土工膜面板堆石壩,水庫(kù)庫(kù)容4.09×108m3,最大壩高85 m。在距離大壩600~800 m右岸的H4滑坡體約80萬m3,一旦失穩(wěn),可能會(huì)危及大壩安全,造成重大事故。應(yīng)老撾政府的要求,對(duì)其穩(wěn)定性及其對(duì)大壩安全影響進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)。

      本文通過定性評(píng)價(jià)、定量分析手段,建立起一套針對(duì)庫(kù)岸滑坡體失穩(wěn)對(duì)大壩安全影響研究的工作模式,得到了業(yè)主和老撾政府的肯定,在當(dāng)?shù)鼐哂幸欢ń梃b意義。

      1 H4滑坡基本地質(zhì)條件

      滑坡體距大壩600~800 m,滑坡分布高程485~603 m,寬約140 m,長(zhǎng)約300 m。滑坡上、下游邊界為沖溝,地貌沿坡向約分布有3個(gè)平臺(tái),高程分別為590~595、545~550 m和500~505 m,原公路內(nèi)側(cè)(高程570 m)有季節(jié)性泉水出露,物質(zhì)組成較雜亂,滑坡體內(nèi)發(fā)育2條小的沖溝,有季節(jié)性流水[1]。

      圖1 滑坡體分布示意

      圖2 滑坡體地質(zhì)剖面

      滑坡體厚度為17~20 m,滑坡體總方量約80×104m3,按滑坡體厚度和體積劃分,屬中層滑坡和中型滑坡[2]。滑坡體示意見圖1?;麦w地質(zhì)剖面見圖2。

      2 滑坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

      2.1 滑坡體穩(wěn)定的影響因素

      2.1.1水的作用

      (1)巖(土)體與水的相互作用造成的巖(土)體強(qiáng)度軟化效應(yīng)。水庫(kù)蓄水后,滑坡體前緣位于水下,巖土體在長(zhǎng)期浸潤(rùn)條件下,含水性提高,強(qiáng)度降低,尤其滑帶物質(zhì)的粘聚力和內(nèi)摩擦角對(duì)水的敏感性較強(qiáng),從而對(duì)滑坡體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[3- 4]。

      (2)懸浮減重作用。水庫(kù)蓄水時(shí),滑坡體下部被淹沒,淹沒部分會(huì)產(chǎn)生浮力作用抵抗滑坡體的質(zhì)量,使得坡腳部分有效質(zhì)量減少,造成整個(gè)滑坡體的抵抗力變小,從而改變滑坡體的穩(wěn)定性態(tài)[3- 4]。

      (3)水壓力作用。大約60%的水庫(kù)滑坡發(fā)生在庫(kù)水位驟降時(shí)期[5],水位驟降引起坡體穩(wěn)定性的降低主要是由于坡體內(nèi)的滲透水壓力增大。庫(kù)水位驟然下降時(shí),由于庫(kù)水位的突然降低,庫(kù)岸內(nèi)地下水位高于庫(kù)水位,地下水由滑坡體排出,較大的水深和水力梯度形成較大的動(dòng)水壓力,加大了沿地下滲流方向的滑動(dòng)力,從而引起老滑坡的復(fù)活和新滑坡的產(chǎn)生。如果滑坡體地下水排出較慢,地下水位下降嚴(yán)重滯后于庫(kù)水位,會(huì)形成較大的動(dòng)水壓力也會(huì)增大下滑力,引起滑坡發(fā)生[6]。對(duì)地下水富集地段的岸坡,由于水位的突然下降,一部分地下水排出,庫(kù)岸所受到的浮托力突然減小,致使庫(kù)岸陷落壓密,可能激發(fā)很高的超孔隙水壓力,使壓密帶抗剪強(qiáng)度急劇降低而導(dǎo)致岸坡失穩(wěn)。

      2.1.2地震作用

      地震對(duì)坡體穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為地震慣性力和孔隙水壓力。由于地震動(dòng)作用引起的滑坡巖土體塑性破壞、孔隙水壓力累積上升及誘發(fā)滑坡體的軟弱層觸變軟化是導(dǎo)致滑坡地震失穩(wěn)的重要原因[7]。

      3.2.2 不適宜處方。1)不適宜遴選藥品:例1患者女,44歲。診斷卵巢囊腫,附件炎,宮頸炎。處方:丹黃祛瘀膠囊1.2 g,一日三次,口服??祴D消炎栓2.8 g,一日一次,肛塞。甘霖洗劑20 ml,一日一次,外洗。舒康凝膠劑5 g,一日一次,外用。分析甘霖洗劑只適用于外陰陰道炎,診斷疾病遴選藥不適合;2)用法、用量不適宜的例1患兒男,3歲。處方:蒲地藍(lán)消炎口服液10 ml,一日三次,口服。分析處方劑量為成人量,2歲兒童劑量偏大;3)重復(fù)給藥患兒女5歲,診斷咽炎處方:四季抗病毒口服液+金振口服液+小兒肺熱咳喘口服液+蒲地藍(lán)消炎口服液。分析相同成分藥品重復(fù)給藥。

      2.2 蓄水后滑坡體變形失穩(wěn)模式預(yù)測(cè)

      (1)滑坡體整體失穩(wěn)可能性評(píng)價(jià)?;麦w分布地段岸坡平緩,分布有多級(jí)平臺(tái),組成物質(zhì)為散體結(jié)構(gòu),易發(fā)生解體;滑坡體下部老滑動(dòng)帶巖土體處于天然飽水狀態(tài),多呈塑性,其峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度相差小,水庫(kù)蓄水后,滑坡體沿底界面產(chǎn)生整體高速滑動(dòng)的可能性很小。

      (2)滑坡體局部變形失穩(wěn)模式預(yù)測(cè)。水庫(kù)蓄水后,滑坡前緣(現(xiàn)堆渣體至剪出口段)位于水下,由于岸坡水文地質(zhì)條件變化、水與土體相互作用等,前緣穩(wěn)定條件將變差,受水浪淘蝕等作用,會(huì)產(chǎn)生沖蝕型和塌岸型庫(kù)岸再造現(xiàn)象,前緣變形破壞臨空后,滑坡體失去支撐可能產(chǎn)生向滑坡體后部發(fā)展的牽引漸進(jìn)式破壞,從而有可能引起滑坡體的局部變形失穩(wěn)。

      2.3 滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算

      2.3.1計(jì)算模型

      分別采用有限元強(qiáng)度折減法和安全系數(shù)法對(duì)邊坡穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算,并開展對(duì)比分析。其中,強(qiáng)度折減法采用ABAQUS軟件建立模型,通過對(duì)粘聚力和內(nèi)摩擦角的折減計(jì)算安全系數(shù)。安全系數(shù)法則采用Rocscience.Slide軟件,穩(wěn)定分析方法為摩根斯坦-普萊斯法,本構(gòu)模型為摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則,采用沿原滑動(dòng)面的失穩(wěn)分析評(píng)價(jià)整體穩(wěn)定性,采用搜索滑面法來計(jì)算邊坡局部穩(wěn)定安全系數(shù)。計(jì)算模型見圖3。

      圖3 計(jì)算模型

      2.3.2計(jì)算方法

      坡體的穩(wěn)定性計(jì)算選擇在Ⅰ-Ⅰ剖面進(jìn)行,其平面位置圖和剖面圖分別見圖1、2。蓄水后對(duì)滑坡體穩(wěn)定產(chǎn)生的不利作用主要是水下部分的浮容重降低了滑坡體的自重,導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性的改變。穩(wěn)定性分析主要按以下工況考慮:①基本組合(天然狀況)、②蓄水工況、③特殊組合1(蓄水工況+特大暴雨)、④特殊組合2(蓄水工況+地震工況),根據(jù)這4種工況建立計(jì)算模型??紤]古滑坡體在自然工況下整體穩(wěn)定,按安全系數(shù)1.1進(jìn)行參數(shù)反演,邊坡計(jì)算參數(shù)見表1。

      2.3.3邊坡穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)

      本工程等別為二等大(2)型。主要建筑物(擋水、泄洪、放空和引水發(fā)電建筑物)級(jí)別為2級(jí),次要建筑物級(jí)別為3級(jí)。按DL/T 5353—2006《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》,該水庫(kù)邊坡屬B類Ⅱ級(jí)邊坡,其設(shè)計(jì)安全系數(shù)見表2。

      表1 邊坡計(jì)算參數(shù)

      表2 邊坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)

      根據(jù)反演結(jié)果計(jì)算Ⅰ-Ⅰ′剖面的滑面在各種工況條件下的穩(wěn)定性。計(jì)算分析結(jié)果見表3。從表3可知:

      表3 滑坡體穩(wěn)定計(jì)算分析結(jié)果

      (1)各種工況下,滑坡體整體處于穩(wěn)定。

      (2)蓄水+暴雨工況下,滑坡體局部安全系數(shù)略低,最危險(xiǎn)滑面分布于高程508~545 m,估算方量約18萬m3。

      (3)蓄水+地震工況下,滑坡體局部不穩(wěn)定,最危險(xiǎn)滑面分布于高程485~548 m,估算方量約25萬m3。

      (4)采用強(qiáng)度折減法和安全系數(shù)法計(jì)算所得安全系數(shù)基本接近。

      2.4 涌浪估算

      滑坡體變形破壞后,滑體滑入水庫(kù)撞擊水體可能產(chǎn)生巨大涌浪,從而威脅水工建筑物和人員安全。由于滑坡體分布地段及其前緣地形較平緩,總體“臨空高度”不大,產(chǎn)生整體高速滑動(dòng)的可能性很小,其變形以牽引漸進(jìn)式破壞為主,且水庫(kù)正常蓄水條件下,前緣已位于水下,因此判斷涌浪不至于過大。

      按中國(guó)水利水電科學(xué)研究院經(jīng)驗(yàn)公式[8],水庫(kù)滑坡的滑速和滑體的體積是影響涌浪高度的主要因素,其關(guān)系大致為

      式中,ν為滑速;Vm為滑體體積;n、K1為參數(shù),n=1.3~1.5,取1.4,K1取0.35。

      根據(jù)計(jì)算成果,短暫及偶然工況條件下穩(wěn)定系數(shù)較低,因此對(duì)其涌浪進(jìn)行了分析。分別推算蓄水+暴雨和蓄水+地震工況下滑坡體局部變形產(chǎn)生涌浪引起的壩上浪高。計(jì)算結(jié)果見表4。

      表4 推算壩上浪高成果

      從表4可知,蓄水+暴雨工況下,當(dāng)滑速為3、5 m/s時(shí),產(chǎn)生涌浪引起的壩上浪高分別為0.35、0.72 m;而蓄水+地震條件下滑坡體局部變形,產(chǎn)生涌浪引起的壩上浪高分別為0.42、0.87 m。根據(jù)涌浪分析結(jié)果,滑坡體局部失穩(wěn)產(chǎn)生的涌浪較低,遠(yuǎn)小于大壩的安全超高值,不會(huì)對(duì)壩體造成為危害。

      3 結(jié) 語

      在水庫(kù)蓄水過程中,庫(kù)區(qū)岸坡巖體地下水位會(huì)迅速抬高,水文地質(zhì)條件較天然情況也會(huì)有很大變化。筆者通過對(duì)南歐江六級(jí)水電站近壩庫(kù)岸H4滑坡體蓄水后的穩(wěn)定性分析,得出以下結(jié)論:

      (1)滑坡體在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)。

      (2)水庫(kù)蓄水后,滑坡體沿底界面產(chǎn)生整體高速滑動(dòng)的可能性很??;水庫(kù)蓄水古滑坡體前緣受水浪淘蝕等作用,會(huì)產(chǎn)生沖蝕型和塌岸型庫(kù)岸再造現(xiàn)象,滑坡體前緣變形破壞后,有可能產(chǎn)生向滑坡體后部發(fā)展的牽引漸進(jìn)式破壞,從而引起滑坡體的局部變形失穩(wěn)。

      (3)各種工況下,滑坡體整體處于穩(wěn)定。在蓄水+暴雨和蓄水+地震工況下,滑坡體局部安全系數(shù)略低,滑坡體局部變形滑速總體較低,引起的壩上涌浪較低,不會(huì)對(duì)壩體造成危害。

      (4)建議布置監(jiān)測(cè)儀器加強(qiáng)蓄水和運(yùn)行期間的巡視和觀測(cè)。對(duì)500~515 m高程棄渣前緣已變形的部分,建議適當(dāng)修整坡形或清除。

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