库水对边坡稳定影响研究

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1、库水对边坡稳定性影响研究摘要：库水位变化是导致库岸边坡失稳的重要外因之一，明确库水位涨落导致滑坡失稳的原因，选择有效的计算方法进行边坡稳定性计算是边坡稳定研究的基本思路。基于水岩相互作用机理，分析了库水涨落对滑坡岩土体的影响。同时介绍了极限平衡法、有限元强度折减法，非饱和渗流应力耦合分析等滑坡稳定性分析方法。在此基础上，指出了当前研究中所存在的主要问题。关键词：滑坡，水岩作用，渗流场，耦合，稳定性评价1引言边坡失稳是由内因与外应共同作用的，水的作用是一个重要的外在因素。Jones[1]等调查了Rooseveit湖附近地区在1941至1953期间年发生的一些滑坡

2、，其中有49%发生在蓄水初期，30%发生在水位骤降10-20m的情况下，其余为发生在其他时间的小型滑坡。在日本，大约60%的水库滑坡发生在库水位骤降时期，40%发生在水位上升时期，包括水库蓄水初期。三峡库区高程175m以下滑坡体、崩滑体等有1302处，总面积15115万m2，总体积万m3。崩塌体积大于500万m3的有127处[2]。因此了解与控制库水位涨落对滑坡稳定性的影响，就显得尤为重要。本文主要就滑坡岩土体的水岩作用机理、滑坡稳定性分析方法以及存在的问题等几方面展开论述。2库岸边坡的水岩作用机理2.1水岩的相互作用地下水普遍存在于岩土体之中，它与岩土体间的

3、相互作用主要可归为两个方面[1]：一是地下水与岩土体间发生物理、化学的相互作用，使岩土体和地下水的性质或状态发生不断的变化；二是地下水与岩土体间发生的力学方面的相互作用，它不断地改变着作用双方的力学状态和特性。2.1.1水对岩土体性质的影响水对边坡岩体的化学作用。岩体中常含有矿物成分，水的流动对碳酸盐类物质有溶蚀作用，若水中含有某些酸或碱的成分，能对岩石的某些介质形成腐蚀，含水量反复变化能加剧岩石的风化作用。受水化学作用产生的易溶矿物则容易随水流失，而难溶的矿物则残留在原地，结果必然导致岩土体中的孔隙增大，岩土体也因此而变得松散不稳。水对边坡岩体的物理作用。在

4、库水位升高或暴雨期间，库水或雨水入渗滑坡体，使浸泡部分滑坡体容重由天然容重提升到饱和容重。浸泡滑坡体在高库水位期间，因浸泡部分受到浮力作用而使滑动面上的有效自重减小；浸泡滑坡体在库位降落期间，浸泡部分滑坡体由于水的渗出会导致滑坡体失去稳定性。凝聚力和内摩擦角是决定岩土材料抗剪强度的重要参数。当饱和度增加，特别是达到饱和状态时，粘聚力和内摩擦角的值都要降低，这会大大减少边坡土体的抗剪强度，使边坡抗滑稳定安全系数显著减小。软弱岩石，包括一些砂岩在内，当由非饱和状态转入饱和状态后，其变形模量将有不同程度的降低[5]。2.1.2水对岩土体力学状态的影响对于岩土类介质，

5、其中的水会产生孔隙水压力，同时由于孔隙水压力的存在，总应力与有效应力有如下关系：（1)式中总应力与有效应力均以压应力为正。在非饱和状态下，孔隙压力为负值，有效应力将增大，对边坡有利。当介质达到饱和后，孔隙压力由负值转为正值，有效应力将减小，对边坡稳定不利。由于水力梯度的作用[5]，水在边坡内缓慢流动时会形成渗流场，从而产生渗流荷载。渗流荷载由两部分组成：与水力梯度成正比的渗透力和水下介质所受的浮托力。通常，渗透力方向与滑坡方向相同[6]，是使滑坡体沿滑面滑动的主要荷载，浮托力的方向向上。有些边坡滑面临近出口段坡度较缓，依靠其上部岩石自重来维持稳定。当地下水位上

6、升时，维持岩体稳定的那部分岩体由湿重减轻为浮重，边坡稳定性显著减小。2.2库水位涨落对边坡岩土体的影啊水库水位上升导致边坡岩体的材料性质发生改变。以前出露于地表的岩土体，库岸土坡或岩质边坡裂隙中的泥质或岩质岩层在干燥状态下强度较高，但在库水水位升高而受到浸湿时，就会软化、泥化，抗剪强度就会降低，从而导致老滑坡复活[2]，新滑坡产生。页岩、粘土岩、含有有机质的粘土等，亲水性很强，这种变化最为显著。岩石和土体经水的浸泡后，其强度普遍降低，且吸水性越强，强度降低越多。库区水位升高后，库岸被浸没的松散土层渐渐坍塌，因而将牵引库岸上的土层向库内蠕滑，最终导致滑坡。库水位

7、下降对边坡岩体的影响主要表现为渗透稳定性和力学作用的影响。(1渗透稳定性[3]。地下水的流动将带走土体中的微细颗粒，产生潜蚀作用，将使本来就较松散的土体形成较大空隙，从而使土体下沉陷落。加剧岸坡变形，导致产生滑移崩塌。国内外对退水塌岸现象的研究和报道已屡见不鲜。(2)力学作用[4]。由于库水水位的降低，库岸内地下水水位高于库水位，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。但是，如果滑坡体地下水排出较慢，地下水水位下降严重滞后于库水位，会形成较大的静水压力，也会增大下滑力，引起崩

8、塌和滑坡发生。地下水富集地段的岸坡，由