某水库库岸滑坡体滑速及涌浪估算

摘要：在长期自然营力后，大部分边坡都渐渐趋于稳定。但如果水文地质环境发生变化，稳定状态下的边坡也可能失稳。以水库为例，在正常蓄水运行后，库岸边坡浸水岩土体饱水软化；当水库水位骤降时，来不及排出坡体内部岩土体的一些孔隙水，会产生渗透作用。这两种情况都增加了库岸失稳破坏的可能性。失稳破坏后形成的滑坡体冲入库区，将严重影响水库大坝安全。计算滑坡体冲入库区的滑速和造成的涌浪高度，评估其对大坝的影响。

关键词：水库；滑坡体；滑速；涌浪

中图分类号：TV697.3 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）09-00-03

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Estimation of Landslide Velocity and Surge in a Reservoir Area

LIU Jun， FANG Yuxi

（Hunan Hongyu Engineering Group Co.， Ltd.， Changsha 410007， China）

Abstract： After long-term natural forces， most slopes gradually tend to stabilize. But when the hydrogeological environment changes， stable slopes may also become unstable. Taking a reservoir as an example， after normal water storage and operation， the saturated rock and soil on the reservoir bank slope soften; When the water level of the reservoir drops suddenly， some pore water in the rock and soil inside the slope cannot be discharged in time， resulting in infiltration. Both situations increase the possibility of instability and damage to the reservoir bank. If the landslide formed after instability and damage rushes into the reservoir area， it will have a serious impact on the safety of the reservoir dam. Calculate the sliding speed and surge height caused by the landslide body rushing into the reservoir area， and evaluate its impact on the dam.

Keywords： reservoir; landslide; sliding speed; surge

水库正常蓄水运行后，库岸边坡会受到浸水的影响，导致岩土体出现软化、崩解或沉陷等现象。这种变化会对边坡稳定性产生显著影响，因为岩土体的饱水软化会导致土颗粒间的摩阻系数减小。摩阻系数减小意味着土颗粒之间的摩擦力降低，这可能会加剧边坡的不稳定性。尤其在库水位突然下降时，潜在滑坡体内部岩体、土体中的孔隙水不能及时排出，孔隙水对潜在滑动面产生渗透作用，造成潜在滑坡体的抗滑力下降，增加了边坡失稳破坏的可能性[1-2]。某水库正常运行20多年后，库区内的一处古滑坡体逐渐复活。近年来，该滑坡体一直处于缓慢变形阶段，如失稳整体入库将造成巨大涌浪，对水库的安全运行造成不利影响[3-5]。基于此，估算该滑坡体冲入库区的滑速及造成的涌浪高度。

1 滑坡体基本特征

某水库位于湖南省江永县永明河支流古宅河上，于1993年9月动工修建，1999年12月完工，坝址坐落在江永县千家峒乡大畔村境内。2022年，对该水库进行安全评价时发现，距大坝约100 m的一处古滑坡体逐渐复活。2023年，对该古滑坡体进行了初步勘察，共布置5个机钻孔和1个槽探坑，共4条勘测线，初步查明滑坡体的基本特征。滑坡全貌如图1所示。

滑坡体位于库首左岸，滑坡体下游边缘距左侧大坝约100 m，为圈椅状斜坡，朝向南东，滑舌、后缘壁、侧壁、滑坡台阶等要素发育齐全。滑坡体前缘向河床鼓胀明显，高程约为383 m，滑坡的前缘宽约为250 m，呈舌状伸入河床，前缘山坡平均坡角为40°。后缘分布高程约为480 m，地形坡角为15°～25°，前后高差为97 m。滑坡主要为顺层滑坡，滑坡体长度接近240 m，其最大埋深为35 m，总体积约为88.3×104 m3。

1.1 滑坡体岩土特征

滑坡体表面分布有厚0.0～10.5 m的砾质黏土，为滑坡体表面的次生风化和坡积形成，粉粒、黏粒含量为50%～65%，呈可塑状，结构较密实，砾石成分为砂岩，多呈次圆、次棱角状，含量为30%～35%。下部为含黏土质碎石土，堆积杂乱，钻进时失水严重，无回水，局部存在掉钻现象，厚度为10～30 m。

1.2 滑带岩土特征

滑带为含砾粉质黏土，粉粒、黏粒含量为78%，呈可塑状，滑带物质结构较密实，室内试验渗透系数为3.55×10-5 cm/s，呈弱透水性。取小型环刀样室内试验测得黏聚力为18.2 kPa，内摩擦角为14.9°。

1.3 滑床岩土特征

滑床岩性为浅灰绿色中厚层状粉砂岩。基岩面呈强～弱风化状态，基岩呈弱透水性。现场调查发现在滑坡下游边界滑床呈上陡下缓趋势。

2 滑坡体滑速计算

滑坡体滑速计算是涌浪计算的前提，参照《建筑物的抗滑稳定和滑坡分析》中的方法计算滑速[1]。先将滑体等距竖直分条，取每条单宽∆L为20 m，共分为12个条块，将每条块视为刚体质点。滑坡体岩土体重度为23.3 kN/m3，计算时忽略滑块间的剪力作用，假定滑面上只存在摩擦力，滑坡体也不存在孔隙水压力。根据《建筑物的抗滑稳定和滑坡分析》中的滑坡体滑速估算相关分析过程，引用3个公式。

（1）

（2）

（3）

式中：αx表示滑体加速度；α0表示t0时刻的滑体加速度；Wi表示各分条自重；W表示滑体自重；Ui表示各分条低的孔隙水压力；fi表示滑面上的摩擦系数；Ci表示各分条滑面上的内聚力；αi表示各分条地面与水平面夹角；g表示重力加速度，取10 m/s2；表示滑体滑速。

α0和t1时刻初的滑体速度可以表示为

（4）

（5）

每次按滑体移动20 m距离计算，代入第1条块的自重及其与水平面的夹角，可得α0为0.579 m/s2，为4.81 m/s。依次代入12个条块的各参数后得出最大速度为7.2 m/s，坡面平均倾角取40°，水平运动速度为5.5 m/s，垂直运动速度为4.6 m/s，滑坡总历时为14 s

3 涌浪计算

潘家铮提出的涌浪计算方法是在E.Noda方法的基础上考虑涌浪的传播特点，即涌浪产生后先向对岸传播，再向四周扩散[1]。计算过程中将整个涌浪过程视为一系列小波的线性叠加，并且假设每个小波都是孤立的，最后采用简化的数学公式代替逐波叠加。

当岸坡以速度v'作垂直变形时，激起的初始浪高ξ0可以表示为

（6）

式中：ξ0为激起的初始涌浪高度；h为水库平均深度；v'为岸坡水平运动速度；g为重力加速度。

当时，。当时，呈曲线变化。当时，。由可得，当岸坡发生垂直运动时，激起的初始涌浪高ξ0为7.34 m。

滑坡涌浪在河道中的传播衰减主要用潘家铮提出的方法进行计算。假定两岸为平行陡壁，库区水面宽度为B，取值为140 m，滑坡范围L内的断面尺寸一致，岸坡变形率为常数（即滑速为常数）。滑坡体对岸为山体，较为陡峭，无建筑物，岸坡变形基本上属垂直变形，故计算时主要考虑涌浪对大坝的影响。

滑坡涌浪传至右岸坝址A'（由于左右岸方向不同，该点据滑坡体边缘约150 m）点产生的最大涌浪高度为

（7）

式中：∆h为A'点产生的最大涌浪高度；CK为波的反射系数；x0为滑坡至A'的距离，本工程根据测量及调查滑坡距坝址距离取值为275 m；L为滑坡体的宽度，取250 m；n为级数应取的次数；θn为第n次入射线与岸坡法线的夹角，B为库区水面宽度。

波速c可以表示为

（8）

根据《建筑物的抗滑稳定和滑坡分析》[1]中的滑坡涌浪估算过程，首先计算（x0-L）/B、x0/B。带入数据可得（x0-L）/B为0.179，x0/B为1.964。由0.179、1.964在图2中的横坐标依次定为a、b两点，并由此二点引垂线与“0”波线相交，分别得到a'、b'两点，再从a'、b'两点开始，向上量取时段T/∆t。经过计算，得到滑坡总历时T为14 s，ξ0/H为0.288，c为19.4，∆t为7.2，T/∆t为1.94，观察在这段垂直范围内所含的负波个数，就是式（6）中级数应该取的项数。由《建筑物的抗滑稳定和滑坡分析》[1]可知，级数只取1项。级数只取1项表明坝址A'点的最高涌浪基本完全取决于初始浪高，反射波对其影响不大。代入数值后经计算得∆h为6 m。

4 结论

采用潘家铮提出的涌浪计算方法估算水库的潜在滑坡体滑速和由滑坡激起的初始浪高，并且初步计算了传至坝址A'点的最高涌浪。计算结果表明，该滑坡最大滑速为7.2 m/s，在滑坡对岸引起的初始浪高为7.3 m，由于该滑坡体距离大坝很近，仅150 m，计算得出传至坝址A'点的最大浪高接近6 m。由计算结果可知，如果该滑坡体滑塌，产生的涌浪会危及大坝安全。因此，建议治理该滑坡体，以保障大坝安全。

参考文献

1 潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析[M].北京：水利出版社，1980：34.

2 代云霞，殷坤龙，汪 洋.滑坡速度计算及涌浪预测方法探讨[J].岩土力学，2008（增刊1）：407-411.

3 黄锦林，张 婷，李嘉琳.库岸滑坡涌浪经验估算方法对比分析[J].岩土力学，2014（增刊1）：133-140.

4 王家成，王乐华，陈 星.基于潘家铮滑速和涌浪算法的楞古水电站滑坡涌浪计算[J].水电能源科学，2010（9）：95-97.

5 包 祎，唐兴君.某水电站库区滑坡滑速涌浪计算[J].地质灾害与环境保护，2011（1）：36-40.