基于極限平衡法的水庫滑坡穩(wěn)定性分析

基于極限平衡法的水庫滑坡穩(wěn)定性分析

1基于極限平衡法的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)在水庫運(yùn)行過程中，水庫上游的洪水站不僅受到水庫調(diào)節(jié)水位的影響，而且上游浸泡在水中的部分成為水滴水體，其失穩(wěn)概率在一定程度上增加，這不僅是因?yàn)榛瑒?dòng)帶的巖石參數(shù)減少，水壓上升，還因?yàn)榛瑒?dòng)帶的巖石壓力系統(tǒng)在傾斜滑動(dòng)的山坡上浸泡。如長(zhǎng)江支流青干河上千將坪滑坡(2003年7月13日)發(fā)生在三峽水庫蓄水43d后;2007年6月15日,當(dāng)清江水布埡水庫蓄水至342m,庫區(qū)巴東縣清太平鎮(zhèn)發(fā)生了大堰塘滑坡。三峽水庫就有大量的涉水崩塌滑坡,其穩(wěn)定性的變化與水下巖土體受力體系和穩(wěn)定性的變化緊密相關(guān)。水對(duì)滑坡穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在3個(gè)方面,物理作用、化學(xué)作用以及力學(xué)作用(包括靜水壓力和動(dòng)水壓力作用),這些作用導(dǎo)致巖土體的力學(xué)性質(zhì)的改變和受力體系的改變,其中針對(duì)涉水滑坡的力學(xué)作用而言,主要為重力、動(dòng)水壓力及靜水壓力的改變,水壓力及滲透力的考慮方面已有很多的研究成果。丁秀麗、莫偉偉等指出:周邊水壓力與滲透力之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系交待不清,既考慮靜水壓力,又考慮滲透力,造成靜水壓力的重復(fù)計(jì)算是極限平衡法進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)存在的主要問題之一。極限平衡法中在水壓力的考慮方面可以概括為兩種方法:一種是把滑動(dòng)土體中的土骨架作為研究對(duì)象,分析滑動(dòng)土體中土骨架的力的平衡時(shí)考慮滲透力,重力采用浮重度計(jì)算;另一種是把土體(包括土骨架和孔隙中的流體)作為整體,對(duì)于每一個(gè)條塊考慮3邊(兩側(cè)及底邊)的靜水壓力,重力采用飽和重度計(jì)算。兩種計(jì)算方法的結(jié)果是等效的,滲透壓力(或動(dòng)水壓力)與土條中的水重和周邊的靜水壓力是一對(duì)平衡力。以上這些成果基本上都是針對(duì)庫水位之上滑坡巖土體內(nèi)存在浸潤(rùn)線的情況,但對(duì)于滑坡巖土體位于庫水位以下,即水下滑體的水壓力計(jì)算探討較少。水庫庫岸涉水滑坡在水庫蓄水時(shí)總會(huì)有部分滑體或全部滑體浸沒在水下,水下滑體的水壓力計(jì)算是穩(wěn)定性分析的重要組成部分。本文在分析極限平衡法中水上巖土體水壓力及滲透力計(jì)算研究成果的基礎(chǔ)上,通過水下滑體土條周邊水壓力分析,探討了傳力系數(shù)法中位于水下土條的抗滑力、下滑力及穩(wěn)定性的計(jì)算方法。2土壤周圍水壓力分析2.1水下三角形土條在采用傳力系數(shù)法進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí),條分后條塊的形狀一般為四邊形,當(dāng)對(duì)于滑坡最前緣的條塊和最后緣的條塊,其形狀往往為三角形,水下三角形土條的受力見圖1,以dc邊為滑面,以水平方面為x軸,以豎直方向?yàn)閔軸,將土條周邊的水壓力沿豎直于dc方向進(jìn)行分解,合力為S1:式中:rw為水的重度。上式經(jīng)變形和幾何關(guān)系的轉(zhuǎn)化,可以得出:即:將土條周邊的水壓力沿平行于dc方向進(jìn)行分解,合力為S2:上式經(jīng)變形和幾何關(guān)系的轉(zhuǎn)化,可以得出:即:2.2土條周邊的水壓力和合水下四邊形土條的受力見圖2,以dc邊為滑面,以水平方面為x軸,以豎直方向?yàn)閔軸,將土條周邊的水壓力沿豎直于dc方向進(jìn)行分解,合力為S1:上式經(jīng)變形和幾何關(guān)系的轉(zhuǎn)化,可以得出:即:將土條周邊的水壓力沿平行于dc方向進(jìn)行分解,合力為S2:上式經(jīng)變形和幾何關(guān)系的轉(zhuǎn)化,可以得出:即:3浮重力和滑面傾角對(duì)于水下滑體,不管是三角形土條,還是四邊形土條,以dc邊為滑面,以水平方面為x軸,以豎直方向?yàn)閔軸,將作用在土條上的力沿豎直于dc和平行于dc方向進(jìn)行分解:豎直于dc方向:平行于dc方向:上兩式中:W1為土條的飽和重力;N為dc面上的正壓力;T為dc面上的下滑力。根據(jù)式(4)、式(12)和式(17):根據(jù)式(8)、式(16)和式(18):式中:W2為土條浮重力(飽和重力與浮力之差)。根據(jù)式(19)和式(20),水下塊體受到的垂直于滑面方向的力和平行于滑面方向的力只與塊體浮重力和滑面傾角有關(guān)系,和塊體在水下的位置、庫水位的深淺及水壓力的大小沒有關(guān)系,只要其位于水位以下,所受合力不隨浸沒在水下深度的變化而變化。根據(jù)式(19),土條的抗滑力為:滑坡穩(wěn)定性計(jì)算的傳力系數(shù)法穩(wěn)定系數(shù)可表示為對(duì)于水下條塊,Ri和Ti可以分別用式(20)和式(21)來表示,其動(dòng)水壓力為0,采用式(20)和式(21)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)大大簡(jiǎn)化了水壓力的計(jì)算。綜合以上計(jì)算,對(duì)于水下滑體或滑坡的水下部分,在利用傳力系數(shù)法求解穩(wěn)定性計(jì)算中抗滑力和下滑力時(shí),只需要將重力采用浮重度計(jì)算即可,不需要考慮頂面、底面和兩側(cè)面的靜水壓力或土條內(nèi)的動(dòng)水壓力。4重力和水下滑體模型(1)水庫庫岸涉水滑坡水庫運(yùn)營(yíng)過程中,會(huì)有部分滑體或全部滑體浸沒在水下,在采用傳力系數(shù)法進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí),水下土條的抗滑力和下滑力可以采用周邊水壓力進(jìn)行計(jì)算,即三角形條塊要計(jì)算3邊水壓力,四邊形條塊要計(jì)算4邊水壓力,但此時(shí)必須將重力采用飽和重度進(jìn)行計(jì)算,這種方法直觀明了,但計(jì)算過程非常復(fù)雜;另外一種方法只須將重力采用浮重度進(jìn)行計(jì)算即可,無須考慮任何水壓力,這種方法非常簡(jiǎn)單,建議在傳力系數(shù)法計(jì)算穩(wěn)定性采用此法。兩種方法是完全等效的。(2)水下滑體抗滑力和下滑力計(jì)算結(jié)果與庫水位的深淺沒有關(guān)系,只要其位于水位以下,則抗滑力和下滑力不隨浸沒在水下深度的變化而變化。(3)針對(duì)水下三角形和四邊