辽宁省观音阁水库库岸滑坡稳定性及其灾害评价方法分析

栾春红

(辽宁省本溪市本溪县碱厂镇水利服务站，辽宁 本溪 117105)

辽宁省观音阁水库库岸滑坡稳定性及其灾害评价方法分析

栾春红

(辽宁省本溪市本溪县碱厂镇水利服务站，辽宁 本溪 117105)

[摘要]水利水电工程建设中的库岸滑坡灾害屡有发生，灾害所造成的损失也是不可估量的。在基本假定的基础上，以动力平衡方程和圣维南方程为基础对坡体的滑动速度和滑坡涌浪高度进行推导并应用于实际工程案例中，同时根据所推公式计算出的结果在很大程度上可以反映该库岸稳定性的基本情况，并给类似工程建设提供一个很好的参考和评价依据；对于库岸滑坡体，在满足假定条件的前提下，计算出滑坡的变形速度和过程，就可以得出涌浪过程，然后进一步对库岸的安全性做进一步的评价。

[关键词]观音阁水库；滑速估算；涌浪高度；滑坡稳定性

水利工程建设项目，在建设期间和建成投产后，库岸稳定性是评价水电工程稳定性的一个重要的安全指标。

徐青[1]在详细分析国内外滑坡研究现状的基础上，以有限单元法为主要研究方法，对滑坡的形成原因进行了深入研究，得出饱和度和孔隙水压力，相对渗透系数和饱和度之间的联系。唐川，JorgGrunert[2]以德国波恩地区为实际工程案例，根据GIS集成法，对岸坡稳定性和灾害等级作出评价并绘制出分区图，给类似工程施工和研究做出了非常好的代表。谢全敏[3]根据经济学、系统工程、以及可靠性理论等原理，对滑坡灾害做出了风险评价并提出了有效解决办法。孙军杰，王兰民，龙鹏伟等[4]在莫尔-库仑准则的基础上，结合地震惯性及地下水系数，能够推出在地震和降水作用下的滑坡灾害计算公式，为该类工程提供了一个很好的参考。

面对我国当前大规模水利工程建设，以及对地质环境的保护力度不够的现实，采用合理的计算方法对坡体滑速、滑坡涌浪高度进行估算并提出有效的灾害治理方案具有一定的紧迫性和现实意义。

1滑坡体滑速估算

坡体的滑动速度跟坡面倾角、坡面摩擦系数、滑动方向、底下水以及地震加速密切相关。根据能量守恒定律和动力平衡方程可推导出坡体的滑动速度,其基本假定如下[5]：

(1)全部计算内容在平面基础上.

(2)将坡体划分成垂直的条块单元，同时将该条块视为刚体。

(3)将条块之间的剪力视为零。

其中，第i个条块的受力分析如图1所示，动力方程为：

(1)

式中：Ei、Ei+1为条块间的水平推力；Xi、Xi+1为条块间的剪切力；Ni为条块底部的法向力；Ti为计算单元底部的剪切力；αi为条块底面的倾角；g为重力加速度。

图1　条块的受力分析

假定第i个条块以速度V0从一点临近的另一点所用时间为t，则：

(2)

即 ay≈axtgαi

(3)

(4)

式中：fi为摩擦系数；ci为凝聚力；li为长度。

在(t0，ti)时段，设加速度为ax0，则t=t1时的速度为：

(5)

坡体运动ΔL1的时间为：

则

t1=t0+Δt1

(6)

当t=ti时的波速和时间为：

(7)

(8)

由于坡体的滑动速度的影响因素较多，所以难以得出精确的坡体滑动速度计算公式，将计算结果与实际情况的对比，可知以上公式所得结果基本与实际情况相符，能够作为坡体滑动灾害评价和治理措施评价的依据[6]。

2滑坡涌浪高度估算

当库岸滑坡失稳，巨大的坡体涌入水库，所造成的冲击力和挤压力难以估量。涌浪对上游和临近建筑物的破坏极大，而评价涌浪的危害程度应当先对涌浪到达建筑物时的高度进行估算。

2.1单向水流中的滑坡涌浪分析

描述单向水流中发生涌浪时的圣维南方程为：

(9)

式中：A为过水断面面积；v为断面平均流速；η为涌浪高；B为水面宽度；h为水深；t为时间；sf为能线的坡度。通常情况下，式(9)没有明确的解析解，实际计算中常采用数值分析方法进行计算。

2.2滑坡涌浪的近似估算

涌浪的高度与坡体的厚度、滑动速度、距离、水深相关同时也与坡体的长度、河宽等因素相关[7]。

基本假定：

(1)假定涌浪在传播过程中的损耗已知。

(2)不计边界条件的非线性影响，假设整个涌浪过程为源点出发出的波的叠加。

(3)假定涌浪的反射系数已知。

(4)坡体滑动过程中条块侧面为垂直面。

对于各类滑坡，在以上假定的基础上，仅需确定坡体的变形速率和反射特征，便可得出涌浪过程。

(10)

式中：k为波的反射系数，0

滑坡斜对岸A′点的最高涌浪高度为：

(11)

其中

式中：θn为涌浪传至A′点时第n次入射线与岸坡法线之间的夹角；x0为滑坡体最远点与A′点所在断面的距离。

通过式11可计算出涌浪高度。假如涌浪到达A′点后受阻，涌浪将在反射作用下增加高度；如果涌浪在A′点释放，之后会形成一个付波，向着与之前传播方向相反的方向传播，并在水面形成反复震荡[8]。

3工程案例

3.1工程概况

观音阁水库的滑坡体位于进水口右岸的V号冲沟的支沟内。其高程347.0～685.0 m，厚6.8～46.4 m，总体积约为56万 m3。滑坡体主要位于高程为520.0～680.0 m的区域，体积约为58万 m3。滑坡所处的地形坡度在4°～43°之间。滑坡体中包含较多的巨型块石、碎石，块径在0.85～3.5 m的范围内。

3.2危险性评价

(1)滑坡稳定安全系数计算

观音阁水库在各种工况下安全系数的取值如表1所示，各工况主滑面的稳定安全系数算结果如表2所示。

表1　各工况下安全系数取值标准

表2　各工况主滑面计算安全系数

综合表1和表2，可知在自然状态下，坡体基本稳定，其安全系数在允许值以下，坡体处于失稳状态，所以水库蓄水前应对其进行坡体进行加固，同时在施工和运营期间对其进行监测。

(2)坡体滑动速度和浪高的计算。借助上述计算公式的计算得出坡体滑动速度的最值为16.31 m/s；整个滑动过程时间为60.24 s。涌浪用18.91 s传到对岸。涌浪高度计算结果如表3所示。

表3　涌浪高度计算结果　m

由表3可以得到以下结论：

(1)涌浪传对岸时，浪高0.865 m，此时

涌浪对坡体稳定性影响较小。

(2)坝体附近浪高0.349 m，此时滑坡涌浪对坝体影响较小。

(3)涌浪传至500 m、1 050 m附近的高度分别为0.357 m、0.332 m，这种情况下的过往船只是安全的。

4结语

库岸滑坡灾害评价的主要考虑滑坡对水库的使用寿命，水库容量，临近建筑物以及航运和周边环境的影响。根据上述的研究成果对观音阁水库的坡体进行危险评价，自然情况下，坡体基本稳定，但是在允许蓄水高度和允许蓄水位并遭受地震以及水库水位骤降的条件下，库岸坡体的安全系数在允许安全系数以下，为失稳状态。所以，应当采取有效措施，在水库正常蓄水前对库岸坡体进行加固，以免遇到不必要的灾害，危及附近居民的安全造成巨大损失，同时在施工和运营期间实时监测。

参考文献

[1]徐青.水利水电工程滑坡稳定性研究及灾害评价[D].河海大学.2005.

[2]唐川，JorgGrunert. 滑坡灾害评价原理和方法研究[J].地理学报.2010，S1:149-157.

[3]谢全敏. 滑坡灾害风险评价及其治理决策方法研究[D].武汉理工大学.2004.

[4]孙军杰，王兰民，龙鹏伟，等.地震与降雨耦合作用下区域滑坡灾害评价方法[J].岩石力学与工程学报.2011，04:752-760.

[5]杨洋. 水利工程施工现场危险源管理研究[J].水利规划与设计.2015,07, 64-67.

[6]王占林. APN技术在辽宁省水情自动测报系统中的应用[J].水利技术监督.2015,05:14+77.

[7]武玉峰. 基于向量的河流岸别判定方法[J].水利技术监督.2015,05:49-52.

[8]张志.浅谈水利工程混凝土施工的质量控制[J].水利技术监督.2015,05:25-27.

[收稿日期]2015-11-12

[作者简介]栾春红(1967-)，女，辽宁本溪人，工程师，主要从事水土保持与荒漠化防治、山洪灾害防治、水田灌溉和高效节水灌溉方面的研究工作。

[中图分类号]P642.22

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)03-0206-02