欒春紅

(遼寧省本溪市本溪縣堿廠鎮(zhèn)水利服務(wù)站，遼寧 本溪 117105)

遼寧省觀音閣水庫庫岸滑坡穩(wěn)定性及其災(zāi)害評價方法分析

欒春紅

(遼寧省本溪市本溪縣堿廠鎮(zhèn)水利服務(wù)站，遼寧 本溪 117105)

[摘要]水利水電工程建設(shè)中的庫岸滑坡災(zāi)害屢有發(fā)生，災(zāi)害所造成的損失也是不可估量的。在基本假定的基礎(chǔ)上，以動力平衡方程和圣維南方程為基礎(chǔ)對坡體的滑動速度和滑坡涌浪高度進(jìn)行推導(dǎo)并應(yīng)用于實(shí)際工程案例中，同時根據(jù)所推公式計算出的結(jié)果在很大程度上可以反映該庫岸穩(wěn)定性的基本情況，并給類似工程建設(shè)提供一個很好的參考和評價依據(jù)；對于庫岸滑坡體，在滿足假定條件的前提下，計算出滑坡的變形速度和過程，就可以得出涌浪過程，然后進(jìn)一步對庫岸的安全性做進(jìn)一步的評價。

[關(guān)鍵詞]觀音閣水庫；滑速估算；涌浪高度；滑坡穩(wěn)定性

水利工程建設(shè)項目，在建設(shè)期間和建成投產(chǎn)后，庫岸穩(wěn)定性是評價水電工程穩(wěn)定性的一個重要的安全指標(biāo)。

徐青[1]在詳細(xì)分析國內(nèi)外滑坡研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以有限單元法為主要研究方法，對滑坡的形成原因進(jìn)行了深入研究，得出飽和度和孔隙水壓力，相對滲透系數(shù)和飽和度之間的聯(lián)系。唐川，JorgGrunert[2]以德國波恩地區(qū)為實(shí)際工程案例，根據(jù)GIS集成法，對岸坡穩(wěn)定性和災(zāi)害等級作出評價并繪制出分區(qū)圖，給類似工程施工和研究做出了非常好的代表。謝全敏[3]根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)、系統(tǒng)工程、以及可靠性理論等原理，對滑坡災(zāi)害做出了風(fēng)險評價并提出了有效解決辦法。孫軍杰，王蘭民，龍鵬偉等[4]在莫爾-庫侖準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，結(jié)合地震慣性及地下水系數(shù)，能夠推出在地震和降水作用下的滑坡災(zāi)害計算公式，為該類工程提供了一個很好的參考。

面對我國當(dāng)前大規(guī)模水利工程建設(shè)，以及對地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)力度不夠的現(xiàn)實(shí)，采用合理的計算方法對坡體滑速、滑坡涌浪高度進(jìn)行估算并提出有效的災(zāi)害治理方案具有一定的緊迫性和現(xiàn)實(shí)意義。

1滑坡體滑速估算

坡體的滑動速度跟坡面傾角、坡面摩擦系數(shù)、滑動方向、底下水以及地震加速密切相關(guān)。根據(jù)能量守恒定律和動力平衡方程可推導(dǎo)出坡體的滑動速度,其基本假定如下[5]：

(1)全部計算內(nèi)容在平面基礎(chǔ)上.

(2)將坡體劃分成垂直的條塊單元，同時將該條塊視為剛體。

(3)將條塊之間的剪力視為零。

其中，第i個條塊的受力分析如圖1所示，動力方程為：

(1)

式中：Ei、Ei+1為條塊間的水平推力；Xi、Xi+1為條塊間的剪切力；Ni為條塊底部的法向力；Ti為計算單元底部的剪切力；αi為條塊底面的傾角；g為重力加速度。

圖1　條塊的受力分析

假定第i個條塊以速度V0從一點(diǎn)臨近的另一點(diǎn)所用時間為t，則：

(2)

即 ay≈axtgαi

(3)

(4)

式中：fi為摩擦系數(shù)；ci為凝聚力；li為長度。

在(t0，ti)時段，設(shè)加速度為ax0，則t=t1時的速度為：

(5)

坡體運(yùn)動ΔL1的時間為：

則

t1=t0+Δt1

(6)

當(dāng)t=ti時的波速和時間為：

(7)

(8)

由于坡體的滑動速度的影響因素較多，所以難以得出精確的坡體滑動速度計算公式，將計算結(jié)果與實(shí)際情況的對比，可知以上公式所得結(jié)果基本與實(shí)際情況相符，能夠作為坡體滑動災(zāi)害評價和治理措施評價的依據(jù)[6]。

2滑坡涌浪高度估算

當(dāng)庫岸滑坡失穩(wěn)，巨大的坡體涌入水庫，所造成的沖擊力和擠壓力難以估量。涌浪對上游和臨近建筑物的破壞極大，而評價涌浪的危害程度應(yīng)當(dāng)先對涌浪到達(dá)建筑物時的高度進(jìn)行估算。

2.1單向水流中的滑坡涌浪分析

描述單向水流中發(fā)生涌浪時的圣維南方程為：

(9)

式中：A為過水?dāng)嗝婷娣e；v為斷面平均流速；η為涌浪高；B為水面寬度；h為水深；t為時間；sf為能線的坡度。通常情況下，式(9)沒有明確的解析解，實(shí)際計算中常采用數(shù)值分析方法進(jìn)行計算。

2.2滑坡涌浪的近似估算

涌浪的高度與坡體的厚度、滑動速度、距離、水深相關(guān)同時也與坡體的長度、河寬等因素相關(guān)[7]。

基本假定：

(1)假定涌浪在傳播過程中的損耗已知。

(2)不計邊界條件的非線性影響，假設(shè)整個涌浪過程為源點(diǎn)出發(fā)出的波的疊加。

(3)假定涌浪的反射系數(shù)已知。

(4)坡體滑動過程中條塊側(cè)面為垂直面。

對于各類滑坡，在以上假定的基礎(chǔ)上，僅需確定坡體的變形速率和反射特征，便可得出涌浪過程。

(10)

式中：k為波的反射系數(shù)，0

滑坡斜對岸A′點(diǎn)的最高涌浪高度為：

(11)

其中

式中：θn為涌浪傳至A′點(diǎn)時第n次入射線與岸坡法線之間的夾角；x0為滑坡體最遠(yuǎn)點(diǎn)與A′點(diǎn)所在斷面的距離。

通過式11可計算出涌浪高度。假如涌浪到達(dá)A′點(diǎn)后受阻，涌浪將在反射作用下增加高度；如果涌浪在A′點(diǎn)釋放，之后會形成一個付波，向著與之前傳播方向相反的方向傳播，并在水面形成反復(fù)震蕩[8]。

3工程案例

3.1工程概況

觀音閣水庫的滑坡體位于進(jìn)水口右岸的V號沖溝的支溝內(nèi)。其高程347.0～685.0 m，厚6.8～46.4 m，總體積約為56萬 m3?；麦w主要位于高程為520.0～680.0 m的區(qū)域，體積約為58萬 m3?；滤幍牡匦纹露仍?°～43°之間?；麦w中包含較多的巨型塊石、碎石，塊徑在0.85～3.5 m的范圍內(nèi)。

3.2危險性評價

(1)滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)計算

觀音閣水庫在各種工況下安全系數(shù)的取值如表1所示，各工況主滑面的穩(wěn)定安全系數(shù)算結(jié)果如表2所示。

表1　各工況下安全系數(shù)取值標(biāo)準(zhǔn)

表2　各工況主滑面計算安全系數(shù)

綜合表1和表2，可知在自然狀態(tài)下，坡體基本穩(wěn)定，其安全系數(shù)在允許值以下，坡體處于失穩(wěn)狀態(tài)，所以水庫蓄水前應(yīng)對其進(jìn)行坡體進(jìn)行加固，同時在施工和運(yùn)營期間對其進(jìn)行監(jiān)測。

(2)坡體滑動速度和浪高的計算。借助上述計算公式的計算得出坡體滑動速度的最值為16.31 m/s；整個滑動過程時間為60.24 s。涌浪用18.91 s傳到對岸。涌浪高度計算結(jié)果如表3所示。

表3　涌浪高度計算結(jié)果　m

由表3可以得到以下結(jié)論：

(1)涌浪傳對岸時，浪高0.865 m，此時

涌浪對坡體穩(wěn)定性影響較小。

(2)壩體附近浪高0.349 m，此時滑坡涌浪對壩體影響較小。

(3)涌浪傳至500 m、1 050 m附近的高度分別為0.357 m、0.332 m，這種情況下的過往船只是安全的。

4結(jié)語

庫岸滑坡災(zāi)害評價的主要考慮滑坡對水庫的使用壽命，水庫容量，臨近建筑物以及航運(yùn)和周邊環(huán)境的影響。根據(jù)上述的研究成果對觀音閣水庫的坡體進(jìn)行危險評價，自然情況下，坡體基本穩(wěn)定，但是在允許蓄水高度和允許蓄水位并遭受地震以及水庫水位驟降的條件下，庫岸坡體的安全系數(shù)在允許安全系數(shù)以下，為失穩(wěn)狀態(tài)。所以，應(yīng)當(dāng)采取有效措施，在水庫正常蓄水前對庫岸坡體進(jìn)行加固，以免遇到不必要的災(zāi)害，危及附近居民的安全造成巨大損失，同時在施工和運(yùn)營期間實(shí)時監(jiān)測。

參考文獻(xiàn)

[1]徐青.水利水電工程滑坡穩(wěn)定性研究及災(zāi)害評價[D].河海大學(xué).2005.

[2]唐川，JorgGrunert. 滑坡災(zāi)害評價原理和方法研究[J].地理學(xué)報.2010，S1:149-157.

[3]謝全敏. 滑坡災(zāi)害風(fēng)險評價及其治理決策方法研究[D].武漢理工大學(xué).2004.

[4]孫軍杰，王蘭民，龍鵬偉，等.地震與降雨耦合作用下區(qū)域滑坡災(zāi)害評價方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報.2011，04:752-760.

[5]楊洋. 水利工程施工現(xiàn)場危險源管理研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計.2015,07, 64-67.

[6]王占林. APN技術(shù)在遼寧省水情自動測報系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].水利技術(shù)監(jiān)督.2015,05:14+77.

[7]武玉峰. 基于向量的河流岸別判定方法[J].水利技術(shù)監(jiān)督.2015,05:49-52.

[8]張志.淺談水利工程混凝土施工的質(zhì)量控制[J].水利技術(shù)監(jiān)督.2015,05:25-27.

[收稿日期]2015-11-12

[作者簡介]欒春紅(1967-)，女，遼寧本溪人，工程師，主要從事水土保持與荒漠化防治、山洪災(zāi)害防治、水田灌溉和高效節(jié)水灌溉方面的研究工作。

[中圖分類號]P642.22

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)03-0206-02