岳城水庫壩坡淺層滑坡對安全的影響

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簡介： 一般認(rèn)為庫水位驟降時對土壩安全的應(yīng)響較大，而不太注意庫水位變幅很大時，滲透力對土壩安全的影響。本文通過對岳城水庫主壩淺層滑坡原因的分析，說明庫水位大幅度消落導(dǎo)致的滲透力對土壩安全的影響是很大，應(yīng)該引起足夠的重視。并從水庫運行的角度，說明了均質(zhì)土壩不宜過高。
關(guān)鍵字：岳城水庫 均質(zhì)土壩 庫水位 滲透力 淺層滑坡

1 岳城水庫主壩淺層滑坡基本情況

岳城水庫土壩系碾壓式均質(zhì)壤土壩，壩頂高程157m。其中主壩長3570m，最大壩高53m，壩頂寬度8m。曾在庫水位124.51m時，檢查發(fā)現(xiàn)主壩上游坡有兩段明顯裂縫和向下游的下錯。滑坡產(chǎn)生的部位及具體情況如下：

中段樁號1+464～1+723范圍，長259m，滑坡上口裂縫位于高程136～140m，上游護(hù)坡的最大裂縫寬33㎝，下錯50㎝。此段于本次滑坡的五年前也曾發(fā)生過同樣的裂縫，但沒有下錯的現(xiàn)象。

南段樁號2+170～2+380范圍，長210m，滑坡上口裂縫高程129～137m，主要裂縫四條，上游護(hù)坡的最大縫寬16㎝，最大錯縫70㎝。此段于本次滑坡的六年前曾發(fā)生過同樣的護(hù)坡裂縫，主要裂縫亦有四條，最大縫寬50㎝，最大錯縫80㎝.

2 開挖檢查結(jié)果

為確切了解塊石護(hù)坡下土體的滑坡情況，曾對滑坡的上口進(jìn)行了開挖檢查（見圖1）。檢查發(fā)現(xiàn)，凡護(hù)坡表面有裂縫者，對應(yīng)土體就有下滑錯動，且滑裂面很明顯。上口破碎帶較寬，20～30㎝左右；挖深1m以下，破碎帶基本上都是硬片，無張開裂縫。

圖1  滑坡上口裂縫探坑剖面圖（樁號1+580上55） 

為確切了解滑裂面的情況，曾在滑坡段用鉆機打了三個勘探孔，開挖2×2m的豎井三個。經(jīng)查明，中段最大滑裂面深度為9m，南段最大滑裂面深度為7m，兩段均于120m高程附近有隆起現(xiàn)象?；麦w剖面的情況，如圖2所示。

3 滑坡原因分析

通過對庫水位消落情況的分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)裂縫和滑坡的年份都是庫水位消落幅度大的年份。如1968年消落幅度27.92m，出現(xiàn)南段滑坡；1969年消落幅度24.87m，出現(xiàn)中段裂縫；1974年消落幅度32.63m，兩段同時發(fā)生滑坡。1966年～1973年水庫水位消落及滑裂情況見表1。

圖2  中段滑坡體剖面圖（樁號1+570）

表1   水庫水位消落及滑裂情況統(tǒng)計表（1966～1973年）

年  份

（水文年）

最 高 水 位

最 低 水 位

消落

幅度

（m）

發(fā)生滑裂情況

m

時間

m

時間

年

月

日

年

月

日

1966

144.49

1966

9

24

125.11

1967

7

26

19.38

1967

145.97

1967

9

16

118.05

1968

7

8

27.92

南段滑坡

1968

148.14

1969

3

18

123.20

1969

7

19

24.87

中段滑坡

1969

145.34

1970

2

17

123.27

1970

6

30

22.14

1970

137.51

1970

9

23

121.57

1971

6

15

15.94

1971

149.08

1971

9

4

127.23

1972

7

6

21.85

1972

138.92

1973

2

21

124.85

1973

5

8

14.07

1973

149.05

1973

9

9

116.42

1974

7

18

32.63

兩段同時滑坡

表中記錄顯示，庫水位的大幅度降落，都是出現(xiàn)在春灌開始到汛前灌溉放水期間，并未出現(xiàn)過庫水位驟降的情況。庫水位的平均日降速度，1968年0.28m/d，1969年0.19m/d，1974年為0.24m/d。可見，產(chǎn)生滑坡的主要原因是該年庫水位的消落幅度較大，而不是因為庫水位的驟降。產(chǎn)生局部淺層滑坡主要原因，應(yīng)該是庫水位大幅度下降引起的滲流力。這一結(jié)論可以由試驗和計算結(jié)果得到證實。

4 計算驗證

根據(jù)壩軸線上游壩體孔隙水壓力測壓管資料和南京水利科學(xué)研究所所做的壩體滲流試驗結(jié)果，可以計算出不同條件下，上游壩坡的安全系數(shù)以及相應(yīng)的最危險滑弧位置。計算方法采用圓弧滑動法^[1]，采用如下公式：

                                                                            (1)

式中： K——安全系數(shù)；

Mr——滑動體內(nèi)各土條對圓弧中心的抗滑力矩之和；

       Ms——滑動體內(nèi)各土條對圓弧中心的滑動力矩之和；

其中，滲流力對安全系數(shù)K的影響，主要體現(xiàn)在滲流力將產(chǎn)生滑動力矩。滲流力的計算方法^[1]是：

1根據(jù)實測孔隙水壓力的資料和壩體滲流試驗結(jié)果，繪制流網(wǎng)圖；

2根據(jù)流網(wǎng)圖計算滲透力，其中單位體積土體上的滲流力計算公式為：

                                     (2)

式中： ——水的容重；

       J ——網(wǎng)格處平均滲透坡降，由流網(wǎng)圖查出。

不同條件下上游壩坡的安全系數(shù)的計算結(jié)果如下：

表1   上游壩坡安全系數(shù)計算結(jié)果

計  算  條  件

安  全  系  數(shù)

不考慮滲流力和地震

1.49～1.57

考慮庫水位下降引起的滲流力，不考慮地震

0.89～1.03

考慮滲流力和地震

0.67～0.85

不考慮滲流力，只考慮九度地震

0.92～0.93

以上計算結(jié)果表明，滲流力對安全系數(shù)的降低影響極大。目前庫水位下降的情況下，上游壩坡的穩(wěn)定，實際上處于臨界狀態(tài)而且偏于不安全。所以，在庫水位大幅度下降時，很容易發(fā)生滑坡。同時計算結(jié)果也表明，安全系數(shù)最小滑弧位置，也即最危險的滑弧位置，與1974年實際發(fā)生的滑弧位置基本一致。這就說明庫水位降落引起的滲流力導(dǎo)致的上游滑坡一般屬于淺層的。

因此，計算結(jié)果完全表明，本次淺層滑坡產(chǎn)生的主要原因是庫水位大幅度下降引起的滲流力。

5 結(jié)論

從以上對岳城水庫淺層滑坡的分析來看，庫水位大幅度消落導(dǎo)致的滲透力對土壩安全的影響是很大?？紤]滲透力對土壩壩坡穩(wěn)定的影響時，除考慮穩(wěn)定滲流期滲透力的影響外，還應(yīng)充分考慮庫水位大幅度消落時滲流力的影響。

同時，從以上的分析也再次表明，均質(zhì)土壩不宜過高。否則，水庫在運行期間將可能出現(xiàn)的較大幅度水位變化，很容易引起壩坡失穩(wěn)。而相對而言，分區(qū)土壩由于壩殼材料的透水性好，水位變幅對滑坡穩(wěn)定的影響就小得多。 

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬文英. 水工建筑物[M]. 鄭州：黃河水利出版社，2003.

[2] 鄭文新. 土壩工程觀測資料整理分析實例[M]. 華北水利水電學(xué)院，2000.