三峽大壩蓄水后古滑體的生成及影響

三峽大壩蓄水后古滑體的生成及影響

三峽位于四川和湖北交界處的山區(qū)峽谷區(qū)。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，山多坡陡，降水豐富，有時(shí)下雨。特別是三峽谷水旁克項(xiàng)目建成后，庫流水位從10米上升到175米，庫水水位每年調(diào)整為145m和175m。隨著岸壁上大量舊滑邊體、外部負(fù)荷和其他環(huán)境因素的影響，以及每年產(chǎn)生的新滑邊體，應(yīng)在水下和長期周期性的流水侵蝕、浮力下降、靜動(dòng)水壓、泡沫軟化和高、低水位變化的影響下觀察和影響。古滑邊灘的恢復(fù)和新滑邊灘的出現(xiàn)，無疑會(huì)對(duì)未來的三峽谷水庫、住宅用地和交通管理產(chǎn)生一定影響。因此,有必要針對(duì)三峽庫區(qū)的實(shí)際情況,探索岸坡滑體穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)的方法,為確定岸坡滑體整治工程措施提供理論依據(jù)。1作用在岸坡滑體上的合力針對(duì)三峽庫區(qū)特殊的地質(zhì)環(huán)境,作用在岸坡滑體上的力(P),除了必須考慮滑體自重(W)、滑面摩擦阻力(R)和地表建筑物等作用在滑體上的附加載荷(F)之外,還應(yīng)充分考慮由于庫水位的升降、暴雨、地下水和地震等因素的變化所引起的作用在滑體上的動(dòng)水壓力(Pd)、靜水壓力(Ps)和地震力(Pz),以及處于庫水位以下部分的滑體所受到的浮托力(S)等,即作用在岸坡滑體上的合力應(yīng)為:P=W+R+F+Pd+Ps+Pz+S(1)Ρ=W+R+F+Ρd+Ρs+Ρz+S(1)2不同計(jì)算工況對(duì)滑體穩(wěn)定性分析的影響當(dāng)滑體處于旱季(天然狀態(tài))、雨季(暴雨或長期降雨?duì)顟B(tài))、175m庫水位、地震以及庫水位由175m下降至145m等不同的情況下,作用在其上的荷載是截然不同的,應(yīng)加以區(qū)別對(duì)待。因此,在對(duì)岸坡滑體進(jìn)行穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)中,應(yīng)充分考慮上述各種不同情況對(duì)滑體穩(wěn)定性的影響,并歸納總結(jié)出了10種不同計(jì)算工況及其作用荷載(見表1)。不同的滑體在不同狀態(tài)下,由于其滑移面形態(tài)與貫通狀況、滑帶土成分與厚度以及滑帶土中的含水量等的不同,致使滑帶土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)——內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角φ較為離散,如何合理有效地確定滑體上滑帶土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo),一直都是工程上未能很好解決的問題?；谏鲜?筆者認(rèn)為,滑體上滑帶土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的取值應(yīng)該依據(jù)滑體上滑帶土的室內(nèi)與現(xiàn)場剪切實(shí)驗(yàn)、反演分析、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)類比3方面的資料予以綜合確定。3第1條滑體穩(wěn)定性驗(yàn)算關(guān)于滑體穩(wěn)定性分析的方法有極限平衡法、極限分析法、滑移線場法、有限單元法、有限差分法、離散單元法等。但基于目前的現(xiàn)狀和工程實(shí)際情況,岸坡滑體穩(wěn)定性分析計(jì)算仍以極限平衡法為主,不僅計(jì)算方法簡單,而且能基本反映滑體的穩(wěn)定性狀況,對(duì)于其條塊的劃分是以其滑體上、下部邊界線轉(zhuǎn)折處為界,相應(yīng)的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)Fs可采用式(2)計(jì)算:Fs=∑i=1n?1(RiΠj=in?1Ψj)+Rn∑i=1n?1(TiΠj=in1Ψj)+Tn(2)Fs=∑i=1n-1(RiΠj=in-1Ψj)+Rn∑i=1n-1(ΤiΠj=in1Ψj)+Τn(2)其中Ψj為第j條塊滑體的剩余下滑力傳遞至第j+1條塊滑體時(shí)的傳遞系數(shù):Ψj=con(αi-αi-1)-sin(αi-αi-1)·tgφi+1;Ri為作用于第i條塊滑體的抗滑力(kN/m),Ri=Ni·tgφi+CiLi;Ni為作用于第i條塊滑體的法向分力(kN/m):Ni=Wi·conαi-Psi·sinαi-Pzi·sinαi-Si·conαi;Ti為第i條塊滑體切向分力(kN/m):Ti=Wi·sinαi+Psi·conαi+Pzi·conαi+Pdi-Si·sinαi;Wi為第i條塊滑體的重力(kN/m),Pdi為作用于第i條塊滑體的動(dòng)水壓力:Pdi=Aoi·ni·rw·I·CW;Psi為作用于第i條塊滑體的靜水壓力:Psi=12rwh2iΡsi=12rwhi2;Pzi為作用于第i條塊滑體的地震力:Pzi=αhg?WiΡzi=αhg?Wi;Si為作用于第i條塊滑體的浮托力:Si=Aoi·rw;αi為第i條塊滑體的滑面傾角,(°);Li為第i條塊滑體的長度,m;Ci為第i條塊滑體的滑帶土內(nèi)聚力,kN/m2;φi為第i條塊滑體的滑面內(nèi)摩擦角,(°);rw為水容重,kN/m3;Cw為飽水系數(shù);hi為飽水厚度,m;αh為地震水平加速度m/s2,重慶地區(qū)按6度地震設(shè)防,其值為0.45~0.89,由于缺少實(shí)測數(shù)據(jù),這里擬取其平均值0.49。根據(jù)上述公式計(jì)算得出的岸坡滑體穩(wěn)定性系數(shù)Fs,筆者認(rèn)為,當(dāng)其大于1.05時(shí),滑體處于穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)其介于0.95~1.05之間時(shí),滑體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)其小于0.95時(shí),滑體處于暫時(shí)穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)。4滑體上各條塊滑坡推力當(dāng)某滑體處于非穩(wěn)定狀態(tài),并對(duì)滑體周圍居民的人民生命財(cái)產(chǎn)安全及交通安全有一定的威脅時(shí),就必須要對(duì)其加以整治,但在滑體整治過程中,首先必須通過對(duì)不同條塊上滑坡推力的分析計(jì)算,才能有針對(duì)性地確定岸坡滑體的合理整治措施。筆者認(rèn)為,滑坡推力按傳遞系數(shù)法計(jì)算是既簡單又合理的,即滑體上第i條塊的滑坡推力可按式(3)進(jìn)行計(jì)算Ei=Ei?1?Ψ+K?Ti?Di?tgφi?CiLi(3)Ei=Ei-1?Ψ+Κ?Τi-Di?tgφi-CiLi(3)其中:K為設(shè)計(jì)安全系數(shù);其余參數(shù)同上。5滑坡變形名山滑坡位于重慶市豐都縣名山風(fēng)景區(qū),該滑體自70年代中期以來就出現(xiàn)了種種變形破壞跡象,部分區(qū)段的表層土體發(fā)生了蠕滑,形成大量醉漢林,近來,滑體變形加劇,蠕滑速度加快,局部區(qū)段出現(xiàn)失穩(wěn),部分建筑物遭到破壞,嚴(yán)重威脅著名山風(fēng)景區(qū)和坡腳居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)重慶市地勘總公司208水文地質(zhì)與工程地質(zhì)隊(duì)的地質(zhì)勘察資料,該滑坡滑面形態(tài)似箭弓狀,橫寬260~430m,縱長110~150m,滑體厚度為1.60~5.10m,前緣高程約158~176m,后緣高程約215~244m,滑坡分布面積43910m2,體積約21ⅹ104m3,屬中型淺層土質(zhì)滑坡。圖1為其中一剖面及其條塊劃分情況,表2為該滑體上滑帶土的在枯季(天然)、雨季及飽水狀態(tài)下的容重以及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C、φ值,表3為根據(jù)式(2)計(jì)算出的各種不同工況下滑體的穩(wěn)定系數(shù)Fs,表4為根據(jù)式(3)計(jì)算出的其中4-4剖面在不同工況下的滑坡推力Ei值。由表3計(jì)算結(jié)果不難看出,當(dāng)岸坡滑體處于天然狀態(tài)時(shí),其最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.55,滑體顯然是處于穩(wěn)定狀態(tài);但當(dāng)滑體在暴雨或長期降雨的影響下,其最小穩(wěn)定性系數(shù)降低至0.91,滑體將處于不穩(wěn)定或臨界穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)庫水位蓄水至175m庫水位之后,且滑體同時(shí)受到暴雨或長期降雨的影響時(shí),其最小穩(wěn)定性系數(shù)降為0.89,滑體將處于不穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)在庫水位由175m調(diào)節(jié)下降至145m過程中,滑體同時(shí)又受到暴雨或長期降雨的影響時(shí),其最小穩(wěn)定性系數(shù)為0.86,滑體也將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。由表4計(jì)算結(jié)果不難看出,該滑體在暴雨或長期降雨的影響下,4-4剖面的推力累計(jì)值873kN/m,其中以10號(hào)條塊的推力為最大(1099kN/m),這一結(jié)果與地質(zhì)勘察中所發(fā)現(xiàn)的該區(qū)段變形最強(qiáng)烈的結(jié)論是一致的;在三峽水庫蓄水至175m庫水位之后,滑體中部分土體處于庫水位以下,其前緣土體將受到庫水浮托力作用,抗滑力減小,其中4-4剖面的推力累計(jì)值為934kN/m(其值比雨季時(shí)大61kN/m),該剖面中的推力仍以10號(hào)條塊的為最大(但其值比雨季時(shí)增加62kN/m);又當(dāng)庫水位由175m調(diào)節(jié)下降至145m時(shí),滑體中將出現(xiàn)較大的靜、動(dòng)水壓力,使其受到的下滑力增大,其4-4剖面的推力累計(jì)值比雨季時(shí)大了71kN/m,該剖面中的推力仍以10號(hào)條塊的為最大(但其值比雨季時(shí)增加了77kN/m)。6滑體穩(wěn)定性分析1)針對(duì)三峽庫區(qū)的具體情況,在分析作用在岸坡滑體上的力時(shí),不但考慮了滑體自重、滑面摩擦阻力和地表建筑物等作用在滑體上的附加載荷、而且還考慮了由于庫水位的升降、暴雨、地下水和地震等因素的變化所引起的作用在滑體上的動(dòng)水壓力、靜水壓力和地震力,以及處于庫水位以下部分的滑體所受到的浮托力等。2)在對(duì)岸坡滑體穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)時(shí),通過對(duì)滑體處于旱季(天然狀態(tài))、