简析水利水电工程中滑坡的稳定性与灾害评价

2014-11-26叶萍舟江西省萍乡市水利水电勘察设计院

河南水利与南水北调 2014年20期

□叶萍舟（江西省萍乡市水利水电勘察设计院）

0 引言

滑坡是一种危害严重的地质灾害，它的分布范围十分广泛，且发生频率较高，是我国主要防治的地质灾害之一。近几年随着我国经济的高速发展，自然环境遭到了严重的破坏，滑坡灾害的发生，给水利水电工程带来了严重的危害，使我国经济损失严重，因此对滑坡的稳定性进行研究以及做出灾害评价是非常必要的。

1 滑坡的形成

形成滑坡的主要因素有外在因素和内在因素。外在因素主要是工程在建设过程中挖掘和回填引起了应力和荷载的调整，施工过程中的爆破对岩体造成损失导致岩体的承载力下降。库水位发生变化、融雪等自然现象使地下水位发生了变化，以及因为地震而导致的地质结构变化等。内在因素主要有原始应力状态、岩体结构、地下水状态等。

1.1 原始应力状态

岩体滑坡变形以及节理裂隙发育受到地应力的控制，地应力可直接破坏岩体而使岩体遭受到破坏。

1.2 岩体结构

岩体结构面是控制滑坡的一个主要因素。通常情况下，同向缓倾角的边坡要比反向边坡的稳定性差。对同向倾斜角来说，岩层的倾斜角越缓，稳定性越好。边坡面走向同结构面走向将会对边坡的自由程度产生一定影响。但倾斜不利的结构面同边坡面处于平行式，那么整个岩坡都将具有自由滑动的可能，这样会严重影响边坡的稳定性；倾斜不利结构如果与坡面之间具有较大的夹角，那么边坡就会处于一种相对稳定的状态。

1.3 地下水状态

滑坡受地下水作用的影响主要分为3种：物理作用、化学作用、力学作用。

1.3.1 物理作用

如果地下水的水位发生了改变，那么将会使岩体容重发生巨大的变化，从而使滑坡的应力发生变化。当岩体被水浸泡后，饱和度将有所提高，特别是当岩体达到饱和时岩体的内摩擦角以及凝聚力都将有所下降，这就降低了岩体的抗剪强度，提高了滑坡的发生概率。一些砂石和强度不高的岩石在逐渐进入饱和状态的过程中，岩石的变形模量将会逐渐减少，从而导致裂缝在滑坡体上出现；由于受渗透水流性影响，水流将会把裂缝中的一些填充物冲走，形成散浸、管涌等现象而致使滑坡失稳。

1.3.2 化学作用

若滑坡体中含有易溶于水的矿物质，这些矿物质溶于水后将会导致滑坡体软化；部分矿物质在水中浸泡后会发生一定的膨胀，岩体中含水量的变化将会加剧岩体的风化，破坏岩体的结构，使滑坡失稳。

1.3.3 力学作用

若滑坡体处于饱和状态，有效应力将会有所减小，而空隙之间的压力为正，若滑坡内的孔隙压力过大，那么滑坡将会失稳。受水力梯度的影响，水在滑坡内将会形成渗流荷载，主要包括浮托力和渗透力。托浮力是一个向上的力，它会导致坡体的稳定性降低，当有隔水层存在于滑坡内时，隔水层将会受到渗流荷载的净水压力作用，静水压力的大小随着裂隙深度的增大而增大，当力的大小达到一定程度时极可能造成梳理劈裂，从而导致滑坡发生；若滑坡内存在较大裂隙，那么水流的速度也会随之而变大，滑坡的稳定性也将会受到动水压力的影响。

2 利用有限单元法对滑坡的稳定性进行分析

2.1 有限单元法

有效单元法是一种数值分析法，主要用于研究复杂工程。有限单元法同传统的数值分析法相比具有的优点是：不用事先对遭受破坏面的形状及位置进行假设；可以对处于复杂地区的地貌、地质、地形的工程进行分析；可以利用计算机对工程中使用的各种材料以及工程中的载荷、本构关系、约束条件进行模拟。

2.2 基本原理

利用有限单元法可以将连续介质逐步转化成离散介质，有限各单元的组合体代替原理的连续介质，各单元通过结点互相连接，把结点位移作为基本未知量，通过充分原理或虚功原理建立求解结点位移的联立方程。可以利用函数插值来获取，再通过计算获得单元内应力和单元内应变革。单元的适应力随着函数阶次增高而增高，但在实际应用中并不是选取的阶次越高而越高，因为随着阶次的增高，计算也会变得更加复杂，因此选取合适的阶次对于缓坡的稳定性研究来说十分重要。

在运用时步增量时，第n时步的节点位移增加量为{Δσ}En与内部位移增加量{ΔX}n分别为：

根据节点位移增减量可以得到单元内部位移增加量，即：

依据弹性伦理，得到{Δσ}n={Δε}n=[S]

其中[S]=[D][B]

式中[S]代表应力矩阵；[D]代表弹性矩阵；[B]代表应变矩阵。

根据经理等效将体力、面力等外力合理的分配到相关结点上，即

式中{ΔV}、{Δq}、{Δp}分别表示体积、增加集中力的量、面力。在通过虚伪原理可以推出平衡方位为：

在将绕结点进行组合，就能得到全体结点荷载增加量同全体结点位移之间的对应关系，即：[K]{Δσ}n={ΔF}En

将以上的所有数据进行叠加处理后，便可以得到n时步时结构的位移量分别为（б）m、（σ）n、（ε）k。

3 水利水电工程滑坡灾害评价

3.1 灾害评价的概述

在对滑坡灾害进行评价时，必须要对引发灾害的主要因素进行确定，在依据主导因素确定指标时，最好针对滑坡灾害评价建立指标体系。

对于库岸滑坡的灾害评价主要包括危险性、破坏损失、防治工程效益等方面。进行危险性评价时，要对滑坡体的稳定性进行分析，对其稳定性做出正确的判断；危险性评价是破坏损失的评价前提，是对滑坡造成经济损失、人员伤亡及环境等进行评价；防治工程效益评价需要依据危险性评价来选取相应的工程加固措施，针对防治工程的可行性、合理性做出一个正确的判断，为防治工程优化提供合理方案。

3.2 主要工程措施

在对滑坡工程的灾害进行正确的评价后应当采取相应的治理措施有排水、抗滑挡墙、锚固支护、阻滑键等方式。

滑坡治理最常见的方式是地下排水和地表排水。采用地下排水时主要就是在滑体内安装排水盲洞、排水钻孔、排水平洞、支撑渗沟等方式。采用何种处理方式对滑体进行处理要根据滑体的实际情况进行选择。地表排水的处理主要采用的方式有截、排、防等。

截，主要是在滑体周围设置截水沟，使滑体周围的水不会进入到滑体内；排，指的是利用滑体周围天然的水沟或修建的排水沟，将地表的水引流到滑体的外围处，减少渗入；防，主要是采用合理的防渗措施对已经流到滑坡范围内的降雨或地表水进行处理，在处理过程中可采取对地表的裂缝用水泥浆封口或用黏土进行回填夯实，降低渗入滑体内部的水的速度，并尽快将水引到滑体外部。