程光偉，杜瀟翔（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

?

水庫蓄水后協(xié)比夏滑坡的穩(wěn)定性研究

程光偉，杜瀟翔
（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

摘 要：格尼水電站水庫蓄水后，庫區(qū)內(nèi)協(xié)比夏滑坡的穩(wěn)定性直接關系到該電站的運營與安全。本文使用FLAC3D模型對其蓄水后的穩(wěn)定狀況進行了數(shù)值模擬，對模型結果進行分析，并提出了相應的建議措施。

關鍵詞：滑坡；FLAC3D；工況；平衡

0 引 言

隨著我國國民經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展，能源需求在不斷增加。伴隨西部大開發(fā)政策的不斷深入推進，西南地區(qū)的水電開發(fā)得到了蓬勃發(fā)展。擬建的格尼水電站位于甘孜縣絨壩岔鄉(xiāng)達曲河匯口上游約5 km處的雅礱江河段，該水電站初擬正常蓄水位3 455 m時，庫區(qū)全長約32 km，壩址控制流域面積31 267 km2，多年平均流量252 m3／s，總庫容1．77億m3。而在該水電站上游約8 km處發(fā)育一個老滑坡（協(xié)比夏滑坡），由于蓄水后，滑坡體前緣47 m處于庫水位下，因此該滑坡的穩(wěn)定狀況，對該水電站的正常運營有重要的影響。

1 滑坡體概況

1．1 滑坡區(qū)的基本地質(zhì)概況

協(xié)比夏滑坡發(fā)育在距格尼水電站約8 km處，此河流流向為南東流向，該處雅礱江水位3 406 m，江面寬78 m，河谷呈“V”型谷，谷坡陡峻，左岸坡度35°～40°，右岸坡度40°～45°。

滑坡發(fā)育在左岸陡傾的逆向坡中。岸坡下部基巖為三疊系雜谷腦組變質(zhì)砂巖板巖，巖層的產(chǎn)狀為N25°W／NE∠75°。砂板巖在自重的長期作用下，向河谷發(fā)生彎曲，隨著彎曲的進一步發(fā)展，后緣產(chǎn)生拉裂，最終破壞形成滑坡堆積體。

1．2 滑坡現(xiàn)象及滑體結構

滑坡在地貌上有明顯的“圈椅”狀，后緣明顯，為一傾斜的平臺（見圖1），前緣高程3 408 m，臨近江邊，后緣高程3 676 m，相對高差268 m，平均坡度39°，前緣沿江長309 m，滑坡面積約10．79萬m2，滑坡堆積體最厚處約47 m，體積約265．3萬m3（見圖2）。其物質(zhì)組成主要為崩滑堆積物，滑坡體下伏基巖為雜谷腦組的砂板巖互層。

圖1 協(xié)比夏滑坡的后緣平臺

該滑坡發(fā)育在陡傾的逆向坡中，其變形破壞機制為彎曲—拉裂，隨著砂板巖彎曲的進一步加劇，最終發(fā)生傾倒破壞，從前緣的滑塌剖面中，發(fā)現(xiàn)未解體砂板巖（呈反傾向）。滑坡只存在一級滑體（見圖3），前緣鄉(xiāng)村公路沒明顯變形，局部滑塌，為公路開挖引起的，因此判斷滑坡現(xiàn)有穩(wěn)定狀況好。根據(jù)協(xié)比夏滑坡區(qū)的巖土體特性及地下水的賦存條件，地下水分為兩個基本類型：松散介質(zhì)裂隙水和基巖裂隙水。堆積體中不存在連續(xù)的隔水層。

2 滑坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析

通過野外現(xiàn)場調(diào)查，協(xié)比夏滑坡在天然狀況下是穩(wěn)定的。由于協(xié)比夏滑坡距擬建的格尼水電站壩址較近，它若發(fā)生較大范圍的變形和失穩(wěn)，滑坡將快速滑入江中，極有可能產(chǎn)生巨大的涌浪，并有可能導致格尼壩址的損壞或破壞，因此在了解其天然情況下穩(wěn)定性基礎上，有必要對其蓄水后的穩(wěn)定性進行研究。本文采用FLAC3D，通過建立準三維模型，對滑坡進行數(shù)值模擬。

圖2 協(xié)比夏滑坡平面示意注：1．雜谷腦組；2．剖面線；3．變形體邊界；4．公路；5．回水線

圖3 協(xié)比夏滑坡1－1剖面示意

FLAC3D是由美國Masca Consulting Group Inc．開發(fā)的三維顯式有限差分法程序，通過物理網(wǎng)格和數(shù)學網(wǎng)格節(jié)點之間的相互映射，將物理模型的力學分析轉換為數(shù)值分析。該程序能較好地模擬地質(zhì)材料在達到強度極限或屈服極限時，發(fā)生的破壞或塑性流動的三維力學行為，特別適用于分析漸進破壞和失穩(wěn)以及模擬大變形問題。

2．1 計算模型和參數(shù)的選取

計算模型范圍順河（z軸方向）長度15 m，垂直河谷方向長度645 m（x軸方向），模型的最大高度235 m（y軸方向），即海拔高度3 790 m。

該模型的坡體結構主要考慮滑坡的滑帶、滑體。其中，滑體物質(zhì)分成上下兩部分，即蓄水位上下部分。

計算模型中，所有材料均按彈塑性材料考慮。所需體積模量（K）、剪切模量（G）系由彈性模量（E）和泊松比（ν）換算而來，粘聚力C、內(nèi)摩擦角φ值由類比法和反算法得來（見表1）。

表1 滑體、滑帶及滑床物理力學參數(shù)選取

計算模型共劃分15 230單元，4 534節(jié)點，計算工況考慮天然狀況下蓄水到3 455 m后的穩(wěn)定性狀況，即自重和靜水壓力。

2．2 計算結果分析

由系統(tǒng)不平衡力演化曲線可知：隨著迭代的不斷進行，系統(tǒng)的不平衡力逐漸降低，最終迭代3 691時步，系統(tǒng)達到一種平衡狀態(tài)。因此，在正常情況下，蓄水至正常蓄水位（3 455 m）時，滑坡體的變形發(fā)展最終也會趨于穩(wěn)定，并保持一種平衡狀態(tài)。研究該滑坡的穩(wěn)定性，從以下兩方面入手，并考慮潛在的破壞形式。

（1）剪應變增量。在無勘探的情況下，可根據(jù)剪應變增量的大小來判斷滑坡體的滑動面：剪應變增量較大（絕對值）的部位，則為其滑動面，變形破壞也多沿此處發(fā)生；剪應變增量較小或基本上沒有發(fā)生變化的部位，一般不會有潛在滑動面的產(chǎn)生，因此，這些部位也不會發(fā)生較大的變形或破壞。

滑坡剪應變增量較大的部位集中在滑坡中后部（見圖4），較大部分不足該滑帶的35%，從圖中可以得出前緣變形甚微，為鎖固段，這部分相對滑帶來說不占優(yōu)勢。

（2）滑坡體的位移。在天然情況下，該滑坡體是穩(wěn)定的，因此，研究該滑坡體的穩(wěn)定性，只考慮蓄水后的滑坡體變形情況，對天然情況下的位移進行了歸零，即在此基礎上研究蓄水后滑坡體的相對位移。

滑坡位移增量在總體服從由表面到深部遞減，上部到下部遞減。位移增量較大的部分主要分布在滑坡后緣，占整個滑體約30%，最大位移增量為50 cm（見圖5），從圖可知滑體中部也有變形，為20～40 cm。前緣變形甚微，為鎖固段，且在整個滑體中不占優(yōu)勢。因此在蓄水后，該滑坡中后部變形強，雖然滑坡變形最終趨于穩(wěn)定，但安全儲備較小。

圖4 剪應變增量等值線示意

圖5 滑坡體位移增量示意

3 結 論

（1）在天然工況下，協(xié)比夏滑坡現(xiàn)有穩(wěn)定狀況好。

（2）在天然＋蓄水到3 455 m的工況下，由數(shù)值模擬結果分析可知：協(xié)比夏滑坡在蓄水后，滑坡中后部將發(fā)生明顯變形，最大達50 cm。前緣變形甚微，為鎖固段，但滑坡變形最終趨于穩(wěn)定。由于鎖固段占整個滑體的比例較小，即安全儲備較小，因此，對前緣鎖固段需采取相應工程措施。

參考文獻：

［1］ 黃潤秋，王士天，許強，等．反傾向?qū)訝罱Y構巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)機理及穩(wěn)定性評價方法研究［R］．成都：成都理工學院，1994．

［2］ 黃潤秋，張倬元，王士天，等．黃河拉西瓦水電站高邊坡穩(wěn)定性的系統(tǒng)工程地質(zhì)研究［M］．成都：成都科技大學出版社，1993．

［3］ 李術才，李樹忱，朱維申，等．泰安抽水蓄能電站圍堰穩(wěn)定性的流-固耦合分析［J］．巖石力學與工程學報，2004，23（8）：1275 －1279．

［4］ Hoek E，Bray J W．巖石邊坡工程［M］．盧世宗，李成村，夏繼祥譯．北京：冶金工業(yè)出版社，1983．

［5］ 劉春玲，祁生文，童立強，等．利用FLAC3D分析某邊坡地震穩(wěn)定性［J］．巖石力學與工程學報，2004，23（16）：2730－2733．

［6］ Itasca．FLAC3DVersion 2．0．User’s Manual［M］．Minneapolis：ICG，1997．

作者簡介：程光偉（1980－），四川瀘州人，男，工學學士、經(jīng)濟學碩士，高級工程師，研究方向為工程地質(zhì)、風險管理。

收稿日期：2015-04-21

中圖分類號：P642．22

文獻標志碼：B

文章編號：1003－9805（2016）01－0033－03