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摘要:水库在我们当今生活中起到了不菲的作用,比如:防洪、蓄水灌溉、供水、发电、养鱼等,其在造福人类的同时也会因为施工问题、环境问题等各方面的因素而发生滑坡、坍塌等严重的危险事故。本文笔者通过研究库水位下降对滑坡稳定性的影响,经分析过程中发现渗透力的影响是导致滑坡的主要原因。结合水库水位在下降期間由于不同的渗透系数产生不同的渗透场,通过运用专业知识与工作经验对其变化规律的分析、探讨,并进行不断地改进与检测。库水位下降对滑坡的影响是一个重大的工程应用课题,也是一个十分复杂的理论课题。对于滑坡稳定性的研究将是一个艰巨的任务。本文笔者结合各方面总结出解决的措施,希望最终可以达到很好的成效。
关键词:水位下降;滑坡;稳定性;渗透
1库水位下降对滑坡稳定性的影响分析
位于意大利北部的阿尔卑斯山地的瓦伊昂河谷中的瓦伊昂水库由于2亿多立方米山体的迅速滑落导致这座当年最高的双曲薄拱坝的严重的毁灭,以及法国马尔帕塞的薄拱坝拱体的破裂失事等一系列的滑坡事件给地质界带来一次巨大的震动,同时也给人们一个严重的警告。因此,充分的认识、了解、学习、分析、探索、总结是很有必要的。对于研究水库水位对滑坡稳定性的影响是刻不容缓的,无论是对地质界的研究还是生活方面或其他活动都是有重要的意义,同样对水利电力工程的正常运行也有重要的意义。
然而,由于水库滑坡产生的原因比较复杂,影响水库滑坡的因素众多。因此水库滑坡的普遍性、危害性、特殊性就更不言而喻了。其中水库水位的变化、库水对水库岸的冲击、库水对库岸的侵泡以及人类的活动或自然环境的影响都将是导致水库滑坡的重要原因之一。而经过调查发现,水库水位的突降是十分有可能引起水坡面出现滑坡事故。这是由于在水位突降的过程中,边坡内的空隙压力不能快速消失,这样就导致坡体内部将受到高度的剪切力,从而超出了坡体的受力范围,致使坡体破裂,滑坡形成。
在我国的水电工程建设中,一般的坡体建设都有一个承受压力的范围,一旦超过其最上限就将导致事故的发生。而我国的水库建成后一般采用“冬蓄夏泄”的方式来调节水库水位,而这恰恰导致蓄水水位和泄水水位的高度差值的变化可能达到30米,正是由于这种水位差值的降落变化直接干扰了两岸的渗流场,使渗流系数发生变化。一旦库水位快速的下降,这就导致高低水位之间存在一个向坡体外渗透的渗透压。而此渗透压正是造成水库坡体滑坡的罪魁祸首。因此面临这种渗透压对滑坡稳定性产生的不利影响必须得以正视,努力克服,为中国水电事业的安全、快速、蓬勃发展铺平道路。
红石包滑坡也是比较典型的代表,叠加与深层软弱带上,属于堆积层滑坡,位于三峡红石包滑坡的东北部,三峡水库蓄水后基本能够将滑坡浸没,所以三峡水库蓄水后对于滑坡稳定性的影响时最为严重的,滑体均为棕褐色以及黄褐色图块,根据相关调查研究得出,影响红石包滑坡稳定性的因素中,除了地层岩性以及地质结构以外,水位地质条件对滑坡稳定性的影响作用还是比较大的,尤其是在水库蓄水后出现的水位波动,将在很大程度上改变滑坡体内的水文地质条件,比如可能会出现暴雨,也可能出现地震,并且这两种地质灾害的可预见性都是很低的。但是回过头来说,虽然对滑坡稳定性有着一定程度的影响,但是红色包滑坡从形成之日起到现在,已经经历住了多次暴雨和地震的考验,并且形态已经趋于稳定,所以从这个角度来说,单纯的暴雨灾害或者是地震灾害,通常情况下不会对滑坡整体性造成严重的破坏。三峡水库进行蓄水操作后,水的软化作用就会降低斜坡岩土体以及滑动表面的物理性质,尤其是库水压力作用于滑动岩体,这样就会降低斜坡的稳定程度,从这个角度来说,影响红色包滑坡稳定性的重要因素是库水位下降。
2水位下降相关问题计算方法探究
2.1地下水的连续性方程式
从质量守恒定律可以得出地下水的连续性方程式,即渗流场中的水在某一个单元体系中,单位时间内速率的增减等于进出该单元体系的流量速率的差值,通过达西定律可以得出:当水库的睡=水流过坡体的时候,有一部的水要驻留在坡体的缝隙之中。而驻留的水量与空隙的压力和土体的结构存在一定的函数关系。通过对渗流施压的分析,可以得到土—水特性曲线预测渗透系数的方法。而渗透系数的确定,首先必须根据从土木工程标准规范中岩土体的渗透等级中,选择一个合适的渗透系数数量等级。通过切丁不同的渗透系数,分别进行数据分析,而从中的得出渗透系数对滑坡稳定性的影响。
2.2稳定性计算理论
一般,我们采用极限平衡法中的摩根斯坦—普赖斯法来计算边坡的稳定性。而摩根斯坦—普赖斯法却是通过假设法来确定条间正应力和剪应力之间的函数关系。计算过程中,将渗流场中的水头值输入到专用软件中,通过该软件使用条分发将滑动体的稳定性系数计算出来,这样的话,就将动态的渗流场与极限平衡法紧密的结合起来了。通过一些比较理论的计算数据,经过整理总结并进行分析后,我们可以更容易的看出,滑坡稳定行的变化趋势与滑坡体的渗透系数关系密切。无论运用什么样的材料建造坡体,他们的渗透系数如果一样的话,那么气水位下降的同时安全系数也会下降,而如果稳定系数的变化趋势相同而水位下降速度不同时,会不因为水位的下降而安全系数降低。从建筑材料来看,随着滑坡建筑材料渗透系数的增大,其安全系数就相应的要减小。
3水位下降引起滑坡的具体解决措施
水库水位急速下降对滑坡稳定性的研究对确保水利电力工程的顺利运行有重大的意义。水库库岸发生滑坡的原因有很多,主要因素为长期浸泡导致土质松软、水浪过于猛烈的冲刷、库水水位的急剧下降、坡岸固定不好、坡岸承受压力没有达到规定标准等。另外,对于滑坡影响所分析出的不利因素是出现水位高低差导致的渗透问题,由于高低水位的不同,而导致两边渗透压不平衡,最终在城破案的坍塌或滑坡出现严重后果。所以,人类应对各类水利水电工程建设中足够重视滑坡问题,避免不必要的伤害与损失,运用我们的专业知识与工作经验使水利工程可以更好地造福人类。 3.1强化堤岸防护功能
经过笔者的简单介绍与分析得知水库水位下降而影响滑坡的稳定性最终导致滑坡。滑坡稳定性一般从其地质模型到力学模型,然后计算器各个部分最终得出一份有效的分析结果而进行評价,即可得知滑坡的稳定性情况,根据现场所出现的状况和平时的工作经验,及专业的知识,对其进行一定的处理措施。因为会滑坡所以应该及时的加固坡岸巩固坡岸防止滑坡,及时的排水防止积水过多是的土质松软而影响其质量,还应该在坡岸上做好防滑拦保护坡岸,或者可以用挡墙来固定坡岸,防止下滑变形等情况的发生。经过上文的叙述,我们已经知道不论运用什么样的材料建造坡体,他们的渗透系数如果一样的话,那么气水位下降的同时安全系数也会下降,而如果稳定系数的变化趋势相同而水位下降速度不同时,会不因为水位的下降而安全系数降低。从建筑材料来看,随着滑坡建筑材料渗透系数的增大,其安全系数就相应的要减小。所以建筑材料的选用也是一个很重要的因素。
3.2及时平衡渗透压
水库水位大幅度的下降速度太快,而导致水库内外的水位无法及时达到平衡,因为水位下降的过快两边的水位不可能及时的达到平衡就会导致高低水位的出现,进而影响了高低水位两边的出现渗透压(渗透压是用半透膜把两种不同浓度的溶液隔开时发生渗透现象,到达平衡时半透膜两侧溶液产生的位能差。),渗透压的不同造成其两边的差值出现而造成了滑坡对其造成不必要的伤害与损失。由于渗透压的不平衡,才会引起滑坡的现象出现,所以在出现水位急剧下降时,应及时打开水闸使的两边水位达到平衡,避免出现高低水位出现渗透压的情况而导致坡体滑落发生事故,而且应当在建筑时就避免过高的土坝也可以减小滑坡出现的概率,减小事故的发生率。我国关于库水位下降对滑坡稳定性的影响问题探究的主要对象是三峡水库,现阶段对于三峡水库的滑坡稳定性的研究都是以饱和土假设的基础上来进行的,部分工程的设计利用的是对暂态饱和区以及暂态水压力进行假定。对于渗透压的平衡问题的研究,笔者建议先从数据模拟开始进行,通过建立非饱和渗透的相关方程,来分析不同降雨速度以及降雨条件对滑坡稳定性造成的影响大小。目前根据不完全数据统计,三峡水库在一百七十五米的水位范围内共有大小的滑坡数量一千二百个,各类变形体的数量更是多的惊人。在三峡水库的正常运营中,水位会在一百四十五米至一百七十五米之间来回波动,从而影响水库哭泣崩溃体的稳定性,大量的数据表明,至少有百分之九十的边坡失稳与水有关,并且在边坡失去原有稳定性的过程中,水的作用是非常重要的,根据以往的处理经验来说,百分之五十的蓄水初期,都出现了一定程度的滑坡,百分之三十的滑坡发生在水位迅速下降的过程中。我们邻国日本,每年大约有百分之六十的水库滑坡发生在库水位出现骤降期间,从三峡这个实际例子来看,滑坡和边坡的稳定性下降是造成三峡水库水位下降的主要因素。
4总结语
本文笔者通过收集整理资料并运用专业的知识分析判断水库水位下降而引起的滑坡问题的原因,只要是因为水位下降急速而导致两边水位出现高低差,不能及时达到水位持平而引起的两边渗透压不平衡,最终都会导致滑坡的出现。通过分析与了解不仅发现问题,而且找到了解决问题的方法,也希望可以运用自己的专业知识与工作经验在库水位急速下降对滑坡稳定性影响的这一课题上做出自己的见解,并可以运用到实际中,更好地解决滑坡这个问题。最后笔者希望水利工程可以在专业领域上得道更好的突破,并且可以越来越好的为我们人类服务。
参考文献:
[1] 马文英;水工建筑物[M];郑州;黄河水利出版社,2003.
[2] 郑文新;土坝工程观测资料整理分析实例[M];华北水利水电学院,2000.
[3] Fredlund D G,Rahardjo H;非饱和土土力学,陈仲颐等译[M];北京:中国建筑工业出版,1997.
[4] 安民;库水位升降对某均质土坝坝坡稳定影响分析[J];武汉:中国农村水利水电,2008.
[5]刘新喜、夏元友、张先书、郭润清.库水位下降对滑坡稳定性的影响[J].武汉理工大学土木工程与建筑学院.2010
关键词:水位下降;滑坡;稳定性;渗透
1库水位下降对滑坡稳定性的影响分析
位于意大利北部的阿尔卑斯山地的瓦伊昂河谷中的瓦伊昂水库由于2亿多立方米山体的迅速滑落导致这座当年最高的双曲薄拱坝的严重的毁灭,以及法国马尔帕塞的薄拱坝拱体的破裂失事等一系列的滑坡事件给地质界带来一次巨大的震动,同时也给人们一个严重的警告。因此,充分的认识、了解、学习、分析、探索、总结是很有必要的。对于研究水库水位对滑坡稳定性的影响是刻不容缓的,无论是对地质界的研究还是生活方面或其他活动都是有重要的意义,同样对水利电力工程的正常运行也有重要的意义。
然而,由于水库滑坡产生的原因比较复杂,影响水库滑坡的因素众多。因此水库滑坡的普遍性、危害性、特殊性就更不言而喻了。其中水库水位的变化、库水对水库岸的冲击、库水对库岸的侵泡以及人类的活动或自然环境的影响都将是导致水库滑坡的重要原因之一。而经过调查发现,水库水位的突降是十分有可能引起水坡面出现滑坡事故。这是由于在水位突降的过程中,边坡内的空隙压力不能快速消失,这样就导致坡体内部将受到高度的剪切力,从而超出了坡体的受力范围,致使坡体破裂,滑坡形成。
在我国的水电工程建设中,一般的坡体建设都有一个承受压力的范围,一旦超过其最上限就将导致事故的发生。而我国的水库建成后一般采用“冬蓄夏泄”的方式来调节水库水位,而这恰恰导致蓄水水位和泄水水位的高度差值的变化可能达到30米,正是由于这种水位差值的降落变化直接干扰了两岸的渗流场,使渗流系数发生变化。一旦库水位快速的下降,这就导致高低水位之间存在一个向坡体外渗透的渗透压。而此渗透压正是造成水库坡体滑坡的罪魁祸首。因此面临这种渗透压对滑坡稳定性产生的不利影响必须得以正视,努力克服,为中国水电事业的安全、快速、蓬勃发展铺平道路。
红石包滑坡也是比较典型的代表,叠加与深层软弱带上,属于堆积层滑坡,位于三峡红石包滑坡的东北部,三峡水库蓄水后基本能够将滑坡浸没,所以三峡水库蓄水后对于滑坡稳定性的影响时最为严重的,滑体均为棕褐色以及黄褐色图块,根据相关调查研究得出,影响红石包滑坡稳定性的因素中,除了地层岩性以及地质结构以外,水位地质条件对滑坡稳定性的影响作用还是比较大的,尤其是在水库蓄水后出现的水位波动,将在很大程度上改变滑坡体内的水文地质条件,比如可能会出现暴雨,也可能出现地震,并且这两种地质灾害的可预见性都是很低的。但是回过头来说,虽然对滑坡稳定性有着一定程度的影响,但是红色包滑坡从形成之日起到现在,已经经历住了多次暴雨和地震的考验,并且形态已经趋于稳定,所以从这个角度来说,单纯的暴雨灾害或者是地震灾害,通常情况下不会对滑坡整体性造成严重的破坏。三峡水库进行蓄水操作后,水的软化作用就会降低斜坡岩土体以及滑动表面的物理性质,尤其是库水压力作用于滑动岩体,这样就会降低斜坡的稳定程度,从这个角度来说,影响红色包滑坡稳定性的重要因素是库水位下降。
2水位下降相关问题计算方法探究
2.1地下水的连续性方程式
从质量守恒定律可以得出地下水的连续性方程式,即渗流场中的水在某一个单元体系中,单位时间内速率的增减等于进出该单元体系的流量速率的差值,通过达西定律可以得出:当水库的睡=水流过坡体的时候,有一部的水要驻留在坡体的缝隙之中。而驻留的水量与空隙的压力和土体的结构存在一定的函数关系。通过对渗流施压的分析,可以得到土—水特性曲线预测渗透系数的方法。而渗透系数的确定,首先必须根据从土木工程标准规范中岩土体的渗透等级中,选择一个合适的渗透系数数量等级。通过切丁不同的渗透系数,分别进行数据分析,而从中的得出渗透系数对滑坡稳定性的影响。
2.2稳定性计算理论
一般,我们采用极限平衡法中的摩根斯坦—普赖斯法来计算边坡的稳定性。而摩根斯坦—普赖斯法却是通过假设法来确定条间正应力和剪应力之间的函数关系。计算过程中,将渗流场中的水头值输入到专用软件中,通过该软件使用条分发将滑动体的稳定性系数计算出来,这样的话,就将动态的渗流场与极限平衡法紧密的结合起来了。通过一些比较理论的计算数据,经过整理总结并进行分析后,我们可以更容易的看出,滑坡稳定行的变化趋势与滑坡体的渗透系数关系密切。无论运用什么样的材料建造坡体,他们的渗透系数如果一样的话,那么气水位下降的同时安全系数也会下降,而如果稳定系数的变化趋势相同而水位下降速度不同时,会不因为水位的下降而安全系数降低。从建筑材料来看,随着滑坡建筑材料渗透系数的增大,其安全系数就相应的要减小。
3水位下降引起滑坡的具体解决措施
水库水位急速下降对滑坡稳定性的研究对确保水利电力工程的顺利运行有重大的意义。水库库岸发生滑坡的原因有很多,主要因素为长期浸泡导致土质松软、水浪过于猛烈的冲刷、库水水位的急剧下降、坡岸固定不好、坡岸承受压力没有达到规定标准等。另外,对于滑坡影响所分析出的不利因素是出现水位高低差导致的渗透问题,由于高低水位的不同,而导致两边渗透压不平衡,最终在城破案的坍塌或滑坡出现严重后果。所以,人类应对各类水利水电工程建设中足够重视滑坡问题,避免不必要的伤害与损失,运用我们的专业知识与工作经验使水利工程可以更好地造福人类。 3.1强化堤岸防护功能
经过笔者的简单介绍与分析得知水库水位下降而影响滑坡的稳定性最终导致滑坡。滑坡稳定性一般从其地质模型到力学模型,然后计算器各个部分最终得出一份有效的分析结果而进行評价,即可得知滑坡的稳定性情况,根据现场所出现的状况和平时的工作经验,及专业的知识,对其进行一定的处理措施。因为会滑坡所以应该及时的加固坡岸巩固坡岸防止滑坡,及时的排水防止积水过多是的土质松软而影响其质量,还应该在坡岸上做好防滑拦保护坡岸,或者可以用挡墙来固定坡岸,防止下滑变形等情况的发生。经过上文的叙述,我们已经知道不论运用什么样的材料建造坡体,他们的渗透系数如果一样的话,那么气水位下降的同时安全系数也会下降,而如果稳定系数的变化趋势相同而水位下降速度不同时,会不因为水位的下降而安全系数降低。从建筑材料来看,随着滑坡建筑材料渗透系数的增大,其安全系数就相应的要减小。所以建筑材料的选用也是一个很重要的因素。
3.2及时平衡渗透压
水库水位大幅度的下降速度太快,而导致水库内外的水位无法及时达到平衡,因为水位下降的过快两边的水位不可能及时的达到平衡就会导致高低水位的出现,进而影响了高低水位两边的出现渗透压(渗透压是用半透膜把两种不同浓度的溶液隔开时发生渗透现象,到达平衡时半透膜两侧溶液产生的位能差。),渗透压的不同造成其两边的差值出现而造成了滑坡对其造成不必要的伤害与损失。由于渗透压的不平衡,才会引起滑坡的现象出现,所以在出现水位急剧下降时,应及时打开水闸使的两边水位达到平衡,避免出现高低水位出现渗透压的情况而导致坡体滑落发生事故,而且应当在建筑时就避免过高的土坝也可以减小滑坡出现的概率,减小事故的发生率。我国关于库水位下降对滑坡稳定性的影响问题探究的主要对象是三峡水库,现阶段对于三峡水库的滑坡稳定性的研究都是以饱和土假设的基础上来进行的,部分工程的设计利用的是对暂态饱和区以及暂态水压力进行假定。对于渗透压的平衡问题的研究,笔者建议先从数据模拟开始进行,通过建立非饱和渗透的相关方程,来分析不同降雨速度以及降雨条件对滑坡稳定性造成的影响大小。目前根据不完全数据统计,三峡水库在一百七十五米的水位范围内共有大小的滑坡数量一千二百个,各类变形体的数量更是多的惊人。在三峡水库的正常运营中,水位会在一百四十五米至一百七十五米之间来回波动,从而影响水库哭泣崩溃体的稳定性,大量的数据表明,至少有百分之九十的边坡失稳与水有关,并且在边坡失去原有稳定性的过程中,水的作用是非常重要的,根据以往的处理经验来说,百分之五十的蓄水初期,都出现了一定程度的滑坡,百分之三十的滑坡发生在水位迅速下降的过程中。我们邻国日本,每年大约有百分之六十的水库滑坡发生在库水位出现骤降期间,从三峡这个实际例子来看,滑坡和边坡的稳定性下降是造成三峡水库水位下降的主要因素。
4总结语
本文笔者通过收集整理资料并运用专业的知识分析判断水库水位下降而引起的滑坡问题的原因,只要是因为水位下降急速而导致两边水位出现高低差,不能及时达到水位持平而引起的两边渗透压不平衡,最终都会导致滑坡的出现。通过分析与了解不仅发现问题,而且找到了解决问题的方法,也希望可以运用自己的专业知识与工作经验在库水位急速下降对滑坡稳定性影响的这一课题上做出自己的见解,并可以运用到实际中,更好地解决滑坡这个问题。最后笔者希望水利工程可以在专业领域上得道更好的突破,并且可以越来越好的为我们人类服务。
参考文献:
[1] 马文英;水工建筑物[M];郑州;黄河水利出版社,2003.
[2] 郑文新;土坝工程观测资料整理分析实例[M];华北水利水电学院,2000.
[3] Fredlund D G,Rahardjo H;非饱和土土力学,陈仲颐等译[M];北京:中国建筑工业出版,1997.
[4] 安民;库水位升降对某均质土坝坝坡稳定影响分析[J];武汉:中国农村水利水电,2008.
[5]刘新喜、夏元友、张先书、郭润清.库水位下降对滑坡稳定性的影响[J].武汉理工大学土木工程与建筑学院.2010