近坝库岸古滑坡体稳定性及其对大坝安全的影响研究

张 燚，印振华，张根全，彭森良

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051)

0 引 言

2018年7月底，老挝南部Xe-Pian Xe-Namnoy水电站发生溃坝事故，造成上百人死亡及重大经济损失，当地政府通过多方总结，吸取经验教训，决定对老挝全境的150多座水电站开展大坝安全检查工作。南欧江六级水电站在已发电的水电工程中属较大规模电站，为复合土工膜面板堆石坝，水库库容4.09×108m3，最大坝高85 m。在距离大坝600～800 m右岸的H4滑坡体约80万m3，一旦失稳，可能会危及大坝安全，造成重大事故。应老挝政府的要求，对其稳定性及其对大坝安全影响进行研究和评价。

本文通过定性评价、定量分析手段，建立起一套针对库岸滑坡体失稳对大坝安全影响研究的工作模式，得到了业主和老挝政府的肯定，在当地具有一定借鉴意义。

1 H4滑坡基本地质条件

滑坡体距大坝600～800 m，滑坡分布高程485～603 m，宽约140 m，长约300 m。滑坡上、下游边界为冲沟，地貌沿坡向约分布有3个平台，高程分别为590～595、545～550 m和500～505 m，原公路内侧(高程570 m)有季节性泉水出露，物质组成较杂乱，滑坡体内发育2条小的冲沟，有季节性流水[1]。

图1 滑坡体分布示意

图2 滑坡体地质剖面

滑坡体厚度为17～20 m，滑坡体总方量约80×104m3，按滑坡体厚度和体积划分，属中层滑坡和中型滑坡[2]。滑坡体示意见图1。滑坡体地质剖面见图2。

2 滑坡体稳定性评价

2.1 滑坡体稳定的影响因素

2.1.1水的作用

(1)岩(土)体与水的相互作用造成的岩(土)体强度软化效应。水库蓄水后，滑坡体前缘位于水下，岩土体在长期浸润条件下，含水性提高，强度降低，尤其滑带物质的粘聚力和内摩擦角对水的敏感性较强，从而对滑坡体稳定性产生影响[3- 4]。

(2)悬浮减重作用。水库蓄水时，滑坡体下部被淹没，淹没部分会产生浮力作用抵抗滑坡体的质量，使得坡脚部分有效质量减少，造成整个滑坡体的抵抗力变小，从而改变滑坡体的稳定性态[3- 4]。

(3)水压力作用。大约60%的水库滑坡发生在库水位骤降时期[5]，水位骤降引起坡体稳定性的降低主要是由于坡体内的渗透水压力增大。库水位骤然下降时，由于库水位的突然降低，库岸内地下水位高于库水位，地下水由滑坡体排出，较大的水深和水力梯度形成较大的动水压力，加大了沿地下渗流方向的滑动力，从而引起老滑坡的复活和新滑坡的产生。如果滑坡体地下水排出较慢，地下水位下降严重滞后于库水位，会形成较大的动水压力也会增大下滑力，引起滑坡发生[6]。对地下水富集地段的岸坡，由于水位的突然下降，一部分地下水排出，库岸所受到的浮托力突然减小，致使库岸陷落压密，可能激发很高的超孔隙水压力，使压密带抗剪强度急剧降低而导致岸坡失稳。

2.1.2地震作用

地震对坡体稳定性的影响表现为地震惯性力和孔隙水压力。由于地震动作用引起的滑坡岩土体塑性破坏、孔隙水压力累积上升及诱发滑坡体的软弱层触变软化是导致滑坡地震失稳的重要原因[7]。

3.2.2 不适宜处方。1）不适宜遴选药品：例1患者女，44岁。诊断卵巢囊肿，附件炎，宫颈炎。处方：丹黄祛瘀胶囊1.2 g，一日三次，口服。康妇消炎栓2.8 g，一日一次，肛塞。甘霖洗剂20 ml，一日一次，外洗。舒康凝胶剂5 g，一日一次，外用。分析甘霖洗剂只适用于外阴阴道炎，诊断疾病遴选药不适合；2）用法、用量不适宜的例1患儿男，3岁。处方：蒲地蓝消炎口服液10 ml，一日三次，口服。分析处方剂量为成人量，2岁儿童剂量偏大；3）重复给药患儿女5岁，诊断咽炎处方：四季抗病毒口服液+金振口服液+小儿肺热咳喘口服液+蒲地蓝消炎口服液。分析相同成分药品重复给药。

2.2 蓄水后滑坡体变形失稳模式预测

(1)滑坡体整体失稳可能性评价。滑坡体分布地段岸坡平缓，分布有多级平台，组成物质为散体结构，易发生解体；滑坡体下部老滑动带岩土体处于天然饱水状态，多呈塑性，其峰值强度和残余强度相差小，水库蓄水后，滑坡体沿底界面产生整体高速滑动的可能性很小。

(2)滑坡体局部变形失稳模式预测。水库蓄水后，滑坡前缘(现堆渣体至剪出口段)位于水下，由于岸坡水文地质条件变化、水与土体相互作用等，前缘稳定条件将变差，受水浪淘蚀等作用，会产生冲蚀型和塌岸型库岸再造现象，前缘变形破坏临空后，滑坡体失去支撑可能产生向滑坡体后部发展的牵引渐进式破坏，从而有可能引起滑坡体的局部变形失稳。

2.3 滑坡体稳定性计算

2.3.1计算模型

分别采用有限元强度折减法和安全系数法对边坡稳定进行计算，并开展对比分析。其中，强度折减法采用ABAQUS软件建立模型，通过对粘聚力和内摩擦角的折减计算安全系数。安全系数法则采用Rocscience.Slide软件，稳定分析方法为摩根斯坦-普莱斯法，本构模型为摩尔库伦准则，采用沿原滑动面的失稳分析评价整体稳定性，采用搜索滑面法来计算边坡局部稳定安全系数。计算模型见图3。

图3 计算模型

2.3.2计算方法

坡体的稳定性计算选择在Ⅰ-Ⅰ剖面进行，其平面位置图和剖面图分别见图1、2。蓄水后对滑坡体稳定产生的不利作用主要是水下部分的浮容重降低了滑坡体的自重，导致坡体稳定性的改变。稳定性分析主要按以下工况考虑：①基本组合(天然状况)、②蓄水工况、③特殊组合1(蓄水工况+特大暴雨)、④特殊组合2(蓄水工况+地震工况)，根据这4种工况建立计算模型。考虑古滑坡体在自然工况下整体稳定，按安全系数1.1进行参数反演，边坡计算参数见表1。

2.3.3边坡稳定控制标准

本工程等别为二等大(2)型。主要建筑物(挡水、泄洪、放空和引水发电建筑物)级别为2级，次要建筑物级别为3级。按DL/T 5353—2006《水电水利工程边坡设计规范》，该水库边坡属B类Ⅱ级边坡，其设计安全系数见表2。

表1 边坡计算参数

表2 边坡设计安全系数

根据反演结果计算Ⅰ-Ⅰ′剖面的滑面在各种工况条件下的稳定性。计算分析结果见表3。从表3可知：

表3 滑坡体稳定计算分析结果

(1)各种工况下，滑坡体整体处于稳定。

(2)蓄水+暴雨工况下，滑坡体局部安全系数略低，最危险滑面分布于高程508～545 m，估算方量约18万m3。

(3)蓄水+地震工况下，滑坡体局部不稳定，最危险滑面分布于高程485～548 m，估算方量约25万m3。

(4)采用强度折减法和安全系数法计算所得安全系数基本接近。

2.4 涌浪估算

滑坡体变形破坏后，滑体滑入水库撞击水体可能产生巨大涌浪，从而威胁水工建筑物和人员安全。由于滑坡体分布地段及其前缘地形较平缓，总体“临空高度”不大，产生整体高速滑动的可能性很小，其变形以牵引渐进式破坏为主，且水库正常蓄水条件下，前缘已位于水下，因此判断涌浪不至于过大。

按中国水利水电科学研究院经验公式[8]，水库滑坡的滑速和滑体的体积是影响涌浪高度的主要因素，其关系大致为

式中，ν为滑速；Vm为滑体体积；n、K1为参数，n=1.3～1.5，取1.4，K1取0.35。

根据计算成果，短暂及偶然工况条件下稳定系数较低，因此对其涌浪进行了分析。分别推算蓄水+暴雨和蓄水+地震工况下滑坡体局部变形产生涌浪引起的坝上浪高。计算结果见表4。

表4 推算坝上浪高成果

从表4可知，蓄水+暴雨工况下，当滑速为3、5 m/s时，产生涌浪引起的坝上浪高分别为0.35、0.72 m；而蓄水+地震条件下滑坡体局部变形，产生涌浪引起的坝上浪高分别为0.42、0.87 m。根据涌浪分析结果，滑坡体局部失稳产生的涌浪较低，远小于大坝的安全超高值，不会对坝体造成为危害。

3 结 语

在水库蓄水过程中，库区岸坡岩体地下水位会迅速抬高，水文地质条件较天然情况也会有很大变化。笔者通过对南欧江六级水电站近坝库岸H4滑坡体蓄水后的稳定性分析，得出以下结论：

(1)滑坡体在天然状态下处于稳定状态。

(2)水库蓄水后，滑坡体沿底界面产生整体高速滑动的可能性很小；水库蓄水古滑坡体前缘受水浪淘蚀等作用，会产生冲蚀型和塌岸型库岸再造现象，滑坡体前缘变形破坏后，有可能产生向滑坡体后部发展的牵引渐进式破坏，从而引起滑坡体的局部变形失稳。

(3)各种工况下，滑坡体整体处于稳定。在蓄水+暴雨和蓄水+地震工况下，滑坡体局部安全系数略低，滑坡体局部变形滑速总体较低，引起的坝上涌浪较低，不会对坝体造成危害。

(4)建议布置监测仪器加强蓄水和运行期间的巡视和观测。对500～515 m高程弃渣前缘已变形的部分，建议适当修整坡形或清除。