库水位骤降条件下土质边坡渗流特性分析

刘欢欢

一、引言

土质边坡迎水面在库水位快速回落时，极易诱发滑坡地质灾害，相关事故已经被大量报道。如1963年意大利Vajoint水库，在库水位骤降时发生了大规模的滑坡。在我国，河北省岳城水库在1968年和1974年因库水位下降，而在坝中段和南段各发生259m和210m长的大滑坡。库水位骤降时，边坡土体中孔隙水未能显著排出，土体接近于“饱和”状态，并形成了向边坡外的渗流。在渗流力作用下，边坡土体下滑力加大了，其滑坡风险较满蓄时更高。因此，探讨库水位骤降条件下土质边坡渗流特性对分析边坡稳定性研究具有重要的理论意义和工程实用价值。

二、研究方法

三、边坡渗流特性分析

1.计算模型

土质边坡高度为10m，坡度为1∶2，如图 1所示。计算区域总共划分598个单元，654个节点。初始时，库水位高程为16.0m，骤降后库水位高程为6.0m。边坡模型土体计算参数取值依据文献中某边坡实际工程，具体数值见表1。

图1 边坡剖面图

表1 土体计算参数取值

2.水位骤降条件下边坡渗流场特性

考虑库水位按正常1m/d降落速度经历10d降水，库水位由高程16.0m降至6.0m时，计算得到的边坡孔隙水压力等值线图如图 2所示，边坡土体中孔隙水压力总体呈现出“右高左低”、向库岸方向渗流的分布特征。其中，最右端远离边坡土体中的孔隙水压力零压线较库水位满蓄时，降低仅1m左右；而靠近库边土体中的水压力基本接近库水压力，逸出点位于坡面库水位以上6m的位置。

图2 骤降10d后边坡土体孔隙水压力/kPa（降水速度1m/d）

3.最大水力坡的降敏感性因素分析

边坡库水位降落速度是关系到边坡稳定性一个关键参数指标，计算不同库水位降落速度1m/d、2m/d、3m/d、5m/d时最大渗透坡降如3所示，随着库水降落速度不断增大，边坡最大的水力坡降值也逐步上升，但增加幅度逐步放缓。其中，降落速度2m/d时较降落速度1m/d时最大水力坡降增加最为明显。

图 3 边坡库水位降落速度与最大水力坡降的关系

考虑不同边坡土体渗透系数3×10-4m/s、3×10-5m/s、3×10-6m/s、3×10-7m/s、3×10-8m/s时最大渗透坡降随着土体渗透系数不断降低，边坡最大的水力坡降值逐步上升，但增加幅度逐步放缓。其中，渗透系数3×10-5m/s时较，渗透系数3×10-4m/s时最大水力坡降增加最为明显。同时，土体渗透系数越低，水位降落速度的影响越小。

四、结论

本文采用饱和-非饱和渗流理论，针对某一边坡进行了渗流场有限元计算分析，重点探讨了库水位骤降条件下土质边坡渗流特性，得出以下结论：

1.对于低渗透系数的土质边坡，库水位骤降后边坡土体中孔隙水压力消散将是一个长期、缓慢的过程。

2.库水位骤降后，边坡中土体水力坡降指向库岸内，并且越接近坡脚的位置，水力坡降值越大，最大水力坡降出现边坡坡面与水面线相交的位置，

3.随着库水降落速度不断增大，边坡最大的水力坡降值也逐步上升，但增加幅度逐步放缓。

4.随着土体渗透系数不断降低，边坡最大的水力坡降值逐步上升，但增加幅度逐步放缓。同时，土体渗透系数越低，水位降落速度对最大水力坡降值的影响越小。