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库水位骤降时某堆积体边坡稳定性分析及治理措施
罗骞 邓华锋 郭靖 胡鹏 朱敏
摘要：库水位骤降时边坡稳定性对确保水库工程的正常运行十分重要。以某堆积体边坡为研究对象，根据地质资料给出的材料参数范围，对天然工况和暴雨工况下该边坡的最危险搜索滑带进行参数反演，综合选定合理的材料参数，进而通过极限平衡法分析了堆积体边坡在库水位骤降时的稳定性，验证了边坡在上述工况下的不利性，并提出了合理可行的治理加固措施。
关键词：参数反演；库水位骤降；边坡稳定分析；削坡减载 中图分类号：TU457 文献标志码：A Stability and Management Measures of Slope under Sudden Drawdown of Reservoir Water Level LUO Qian1，DENG Huafeng2，GUO Jing3，HU Peng2，ZHU Min2 Abstract：Slope stability with sudden drawdown of reservoir water level is very important to ensure the safety operation of reservoir project．Taking a stacked slope as research object，according to the material parameter range given by geological data，the most dangerous sliding zone＇s parameter inversion is implemented under the natural condition and rain storm condition．And reasonable material parameter is selected．Then the stacked slope stability under the condition of sudden drawdown of reservoir water level is analyzed by using limit equilibrium method．At the same time，the proposed method is verified．Finally，reasonable reinforcement measures are put forward．
Key words：parameter inversion；sudden drawdown of reservoir water level；slope stability analysis；cutting slope and reducing load 研究库水位骤降时库岸边坡的稳定性对水库工程的正常运行有着十分重大的意义。赵家成等［1］采用模型试验方法模拟了降雨和水库水位综合作用下的滑坡变形规律，通过倾斜加载方式分析了滑坡可能失稳破坏形式，获取了滑坡失稳后的运动特征；刘庆华等［2］提出了基于ANSYS的水位骤降时坝体渗流场模拟；魏东等［3］在水库水位骤降情况下通过折线法和复合滑动面法对坝体土工膜防渗结构进行准确的稳定分析；覃勤等［4］通过建立大位移变形块体有限元模型，分析在水位骤降条件下重庆市涪陵地区某大型土质滑坡的稳定性。这些研究均是基于库水位骤降时的模型试验研究及有限元的数值分析，但基于竖直条分法极限平衡分析的库水位骤降研究则较少。鉴此，本文对某堆积体滑带进行参数反演，确定参数后对边坡库水位骤降稳定性进行分析，并结合边坡的实际现状进行了削坡减载处理，计算结果表明治理后边坡的安全系数满足规范［5］要求。工程概况 某堆积体顺河向长约420m，宽790～800m，厚30～100m，后缘高程约2 640m，体积约1 539×104 m3（其中正常蓄水位以上约1 162×104 m3）。
平面上呈圈椅状，地形中部平缓，上下部较陡，岸坡坡角20°～40°，局部最大约50°，自然边坡稳定。
主要由黄色、棕红色粘土夹变质砂岩、板岩块、碎石构成，碎屑部分粒径10～50cm。坡面植被较茂密，多为灌木；覆盖层部位下伏基岩面卧坡坡角20°～40°，局部达50°，基岩为三叠系中统板岩夹变质砂岩。根据勘探结果，可将该堆积体岩土体分为四层：①层1。为崩坡积块碎石夹黄色粘土，厚25．0～60．0m，块碎石成分为变质砂岩、板岩，粒径0．1～1．0m；②层2。为灰黑色粘土夹少量碎石，有腐味，厚1．5～3．0m；③层3。为冲洪积粉细砂夹少量卵石，厚5．0～40．0m；④层4。为基岩，岩性为灰色变质砂岩夹板岩。该剖面死水位高程为2 220．0m，正常蓄水位高程为2 288．5m。正常蓄水时，该边坡2 288．5m以下高程均受到静水压力的作用。当库水位由正常蓄水位骤降到死水位，即从高程2 288．5m处降至2 220．0m处，静水压力消失，稳定性变差。地质剖面见图1。
根据《水电水利工程边坡设计规范》［5］，该边坡属于B类Ⅰ级边坡，其持久工况（天然工况）和短暂工况（暴雨工况和库水位骤降工况）下的安全系数分别不应低于1．
25、1．15。计算模型和参数
根据现场地质踏勘及现有资料，建立该堆积体剖面模型见图2。通过对该堆积体的浅层、深层进行滑带搜索并比较其安全系数可知，该堆积体最不稳定滑带是覆盖层的浅层滑动。因此本文以分析覆盖层参数为主。
根据地质资料，覆盖层相关材料参数见表１。参数反演
通过调整滑带所在岩土层的抗剪力学参数，使最不利剖面在天然工况下处于极限平衡状态，此时的参数即为滑带所在的岩土层的抗剪力学参数的下限值。本文采用综合确定法，比较参数反演得到的暴雨工况和天然工况下的岩层参数，以选择合适的参数。根据对该堆积体的长期现场勘测可知，堆积体在天然和暴雨工况下的安全系数有一定裕度，根据水电水利工程边坡设计安全系数规定和堆积体现状，在参数反演分析中，天然工况安全系数取1．05，暴雨工况安全系数取1．00。
本文选取搜索的最危险浅层滑带为对象进行参数反演，对反演参数进行线性拟合，天然工况和暴雨工况下的滑带K—c关系曲线见图3。通过反演得到满足岩层安全系数的不同c值和φ值见表2。
结合试验范围值和以上分析，综合得出该剖面覆盖层（即层1）的参数见表3。库水位骤降工况下滑坡稳定性分析
库水位骤降在工程中十分常见，因此水位骤降是工程边坡稳定分析中必须考虑的一种不利工况。该边坡库水位骤降工况为从正常蓄水位高程2 288．5m骤降至2 220．0m，降幅达68．5m，下降速度为2．0m／d，骤降工况下的模型图见图4。
利用极限平衡法，计算出该堆积体最危险滑带在库水位骤降工况下的安全系数K 值为0．992，低于规范［5］中的安全系数，这是由于水体浸泡对边坡覆盖层材料的弱化，及库水位的骤降使堆积体内的超孔隙水压力无法迅速消散，形成边坡表面处的反向渗流而导致边坡稳定性变差。可见水位骤降确实对边坡稳定有不利影响，该工况下安全系数见图5。图中滑带高程范围为2 200．0～2 340．0m，最厚处约为20．0m。堆积体边坡治理
由于该边坡在库水位骤降工况下存在不利于稳定的滑带，因此需采取加固措施。根据上述滑带搜索及比较安全系数可知，该堆积体滑带属于覆盖层浅层滑带，最厚处约为20．0m，其滑动范围均在覆盖层处。因此选择处理方案为上部削坡方案，堆积体覆盖层的削坡坡比1∶1．5，每20．0m高程预留2．0m宽马道，开挖范围内采用浆砌石护坡，该堆积体高程2 360．0m至2 240．0m处共7级平台，每级平台高20．0m，处2 240．0m处平台宽7．0m，其余平台均宽2．0m，见图6。
对削坡后后的边坡进行极限平衡计算，可得其安全系数K 为1．152，满足短暂工况下的安全要求。结语
a．采用综合确定法，比较反演参数得到的暴雨工况下的岩层参数和天然工况下的岩层参数，得到覆盖层材料参数天然工况下的反演结果为c=50．8kPa，φ=33°。b．利用SLIDE建模，且选用水位骤降模块对边坡进行水位骤降模拟，计算得出水位骤降工况对于位置较为靠近正常蓄水位处的边坡稳定性存在较为明显的不利影响，安全系数K 值为0．992，低于规范中的安全系数。
c．对该边坡采取坡比为1∶1．5的上部削坡方案，每20．0m高程预留2．0m宽马道，开挖范围内采用浆砌石护坡；削坡后该边坡在库水位骤降工况下的安全系数K 为1．152，满足短暂工况下的安全要求，证明此措施有效可行，可为相关边坡工程提供一定的参考价值。
参考文献：
［1］赵家成，吴剑，晏华斌．白家包滑坡变形机制的模型试验研究［J］．水电能源科学，2012，30（4）：70-72，82．
［2］刘庆华，刘纯祥，薛克敏．基于ANSYS的水位骤降坝体渗流场模拟［J］．山东水利，2010（4）：17-18，25．
［3］魏东，孙晓林，侍克斌，等．库水位骤降情况下坝体土工膜防渗结构的稳定分析［J］．水利科技与经济，2008，14（4）：267-268，271．
［4］覃勤，梁莉，向鹏，等．水位骤降条件下某滑坡的稳定性分析［J］．大连交通大学学报，2011，32（2）：46-49． ［5］中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院．水电水利工程边坡设计规范（DL／T5353-2006）［S］．北京：中国电力出版社，2007．
作者简介：罗骞（1989-），女，硕士研究生，研究方向为边坡稳定。
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