水库岸坡地质灾害研究现状与趋势

水库岸坡地质灾害防灾减灾是库区生态环境尤其是地质环境保护的重要科学问题,通过对国内外研究文献的查阅分析并结合多年在三峡库区的研究实践,将水库岸坡地质灾害研究现状概化为水库岸坡稳定性变化、破坏机制、库岸再造预测方法等3方面,系统梳理了每个方面的研究情况。结果发现国内外学者高度重视库水位降落对岸坡稳定性与变形破坏特性的影响机制研究,基于卡秋金法提出了多个库岸再造预测新方法,但在库水位多旋回变动对岸坡作用、库水位周期性浸泡劣化岩土物理力学特性、类土质岸坡等方面研究不多。指出了水库岸坡地质灾害进一步研究应予以高度重视的3个方向,即水库岸坡地质环境效应、类土质岸坡变形与破坏和库岸地质灾害治理新技术新方法。
     

水库岸坡地质灾害研究现状与趋势

水库岸坡地质灾害防灾减灾是库区生态环境尤其是地质环境保护的重要科学问题,通过对国内外研究文献的查阅分析并结合多年在三峡库区的研究实践,将水库岸坡地质灾害研究现状概化为水库岸坡稳定性变化、破坏机制、库岸再造预测方法等3方面,系统梳理了每个方面的研究情况。结果发现国内外学者高度重视库水位降落对岸坡稳定性与变形破坏特性的影响机制研究,基于卡秋金法提出了多个库岸再造预测新方法,但在库水位多旋回变动对岸坡作用、库水位周期性浸泡劣化岩土物理力学特性、类土质岸坡等方面研究不多。指出了水库岸坡地质灾害进一步研究应予以高度重视的3个方向,即水库岸坡地质环境效应、类土质岸坡变形与破坏和库岸地质灾害治理新技术新方法。     

暂态水位变化对库岸边坡稳定性影响的研究

受库水位变动及降雨等条件的影响,库岸边坡坡体内暂态上层滞水位和暂态潜水位会产生相应变化,从而引发岸坡出现各种地质灾害。为了得出暂态水位变化对库岸边坡稳定性的影响,以苗尾水电站大溜槽岸坡在暂态水位变化作用下的变形为例,在充分总结岸坡区域工程地质条件和坡体结构特征的基础上,利用三维有限元数值模拟方法开展研究。结果表明：库水位突降情况下,岸坡暂态水位的稳定明显滞后于库水位,其暂态水压力为暂态潜水位与稳态水位间的静水压力。汛期常规降雨强度作用下,岸坡表面形成一层水膜,渗透障的深度为5m左右;降雨强度加强后渗透障向下转移,暂态饱和区的厚度增大。降雨停止前后的暂态水压力可分别简化为作用于岸坡岩土体条块上的均布荷载与折减后的静水荷载,均布荷载和折减系数的大小与降雨强度、降雨持时和土水特性相关。研究成果对于类似水电边坡稳定性分析具有较强的参考价值。     

库水位循环下岸坡-桥梁桩基相互作用致损机理

库水位循环作用下，库岸边坡岩土体物理力学性质劣化，引起岸坡变形、滑移，将对桥梁基础、桥墩及上部结构产生不同程度损伤，甚至会导致桥梁上部结构落梁、垮塌。针对重庆万州长江二桥库岸边坡失稳致灾问题，采用FEM-SPH(finite element method-smoothed particle hydrodynamics)转换耦合算法建立了岸坡-桥梁三维有限元模型，结合桥位处地质勘测数据模拟了变动水位条件下岸坡变形、滑移、失稳全过程，揭示了岸坡滑移与桥梁桩基相互作用机理，研究了桥墩偏位规律及下部结构失效模式。结果表明：以滑动带有限元网格悉数转换为SPH(smoothed particle hydrodynamics)粒子作为岸坡失稳判据，FEM-SPH转换耦合算法能够更直观、准确地模拟库岸边坡从变形、滑移至失稳全过程；桥位处岸坡将在第16、20次水位升降循环过程中发生失稳破坏；随着岸坡变形、滑移、失稳演化，桥墩偏位呈“缓增-激增”的变化趋势；岸坡发生第2次失稳时，桩基础在土-岩交界面上部发生剪切破坏，破坏面与水平面夹角约为60°。     

暂态水位变化对库岸边坡稳定性的影响

受库水位变动及降雨等条件的影响,库岸边坡坡体内暂态上层滞水位和暂态潜水位会产生相应变化,从而引发岸坡出现各种地质灾害。为了得出暂态水位变化对库岸边坡稳定性的影响,以苗尾水电站大溜槽岸坡在暂态水位变化作用下的变形为例,在充分总结岸坡区域工程地质条件和坡体结构特征的基础上,利用三维有限元数值模拟方法开展研究。结果表明:库水位突降情况下,岸坡暂态水位的稳定明显滞后于库水位,其暂态水压力为暂态潜水位与稳态水位间的静水压力。汛期常规降雨强度作用下,岸坡表面形成一层水膜,渗透障的深度为5 m左右;降雨强度加强后渗透障向下转移,暂态饱和区的厚度增大。降雨停止前后的暂态水压力可分别简化为作用于岸坡岩土体条块上的均布荷载与折减后的静水荷载,均布荷载和折减系数的大小与降雨强度、降雨持时和土水特性相关。研究成果对于类似水电边坡稳定性分析具有较强的参考价值。     

库区碎石土边坡稳定性及其参数敏感性分析

本文以某库区碎石土岸坡为背景,建立了二维饱和-非饱和边坡渗流及稳定性计算模型。基于极限平衡法,分析库区蓄水-稳定运行-放水全过程以及不同水位升-降速度、碎石土渗透性和抗剪强度下的岸坡稳定性变化规律。结果表明:蓄水阶段,浸润线为"下凹"形,而放水阶段浸润线为"上凸"形。库水位上升或下降,安全系数均出现先减小后增大的变化规律,且水位升、降过程都存在一个最不利水位值。相较于水位上升,水位下降阶段对岸坡稳定性更加不利。稳定运行阶段,安全系数单调减小,但变化幅值不大。适当增加蓄水速度有利于岸坡稳定性,而放水速度越快,不利于岸坡稳定性,且水位骤降时,有产生滑坡的风险。碎石土渗透性越强、抗剪强度越大对岸坡稳定性越有利,内摩擦角对岸坡稳定性的影响程度要大于黏聚力。因此,建议关注最不利水位时的岸坡稳定性,严格控制水位下降速度。所得结论可为库岸边坡稳定性评价及灾害防治提供科学依据。     

库水位升降变化对巫山宁江岛造地型护岸工程稳定性影响的数值模拟研究

宁江岛是一个以库岸防护为主兼顾土地资源开发利用并具有重要景观价值的水库护岸工程,其稳定性受库水位升降影响较大,研究运用Geo-studio数值分析软件进行了4种不同速率下的水位升降影响下的渗流场及稳定性变化规律模拟,模拟结果表明:随着库水位的上升,岸坡稳定性有所增强,当水位上升速度从0.5m/d增加至6m/d时,其稳定系数也相应地从1.264增至1.702;相反水位下降时,随着下降速度的增加,稳定系数从0.849降至0.604,岸坡越容易发生失稳。同时,库水位升降过程中,岸坡体内浸润线总要滞后于库水位,且涨落速度越大时,这种滞后效应越明显。数值模拟结果科学地揭示了不同水位升降情况下对岸坡稳定性及渗流面的影响规律,模拟结果与实际相吻合。     

水电工程库水响应下滑坡时空演化特征分析

伴随西部地区水电工程的蓬勃建设,水电站建成投运改变了岸坡原始的地质条件,库水位变化引起岸坡内动水压力与静水压力的变化,从而影响岸坡的稳定性。以往水库蓄水对岸坡作用往往通过野外地质调查及相应的工程地质分析进行,缺乏蓄水前与蓄水后的定量对比分析。本文采用多源信息观测手段,分析大渡河流域黄草坪变形体蓄水前、初蓄期及正常运行期各阶段斜坡变形破坏特征,研究成果表明：（1）黄草坪变形体为一处砂页岩倾倒变形体,并将变形体区域分为强变形Ⅰ区、弱变形Ⅱ、Ⅲ区;（2）黄草坪变形体于2015年10月水库蓄水后开始变形,Ⅰ区变形显著,每年汛期加剧变形,而汛期后监测点曲线变形速率减小,且库水位下降的历时曲线与变形曲线的波峰基本对应,但由于地下水相对库水下降滞后性,变形曲线的波峰相对汛期库水位下降的历时曲线有所延后。（3）黄草坪变形体的形成可概括为①岩体卸荷—倾倒变形发展阶段;②垂直层面的张裂隙扩展阶段;③蓄水过程坡前水位抬升,局部裂隙贯通破坏阶段;④水库运行过程中坡体宏观变形破坏阶段。本文研究成果可对类似水电工程地质灾害防治具有指导意义。     

三峡库区类土质岸坡破坏机制研究——以巫山县江东寺岸坡为例

2015年6月24日,重庆市巫山县发生江东寺岸坡垮塌事件,造成人员伤亡、财产损失,社会影响较大。针对江东寺类土质岸坡垮塌事件,介绍了岸坡灾情,解译了江东寺滑坡破坏的库水位上升浸泡软化、库水位下降渗流驱动力、降雨入渗劣化等3个诱发机制。结果显示:库水位上升浸泡软化降低了滑体、滑面物理力学参数,在岸坡坡脚形成软化区;库水位下降渗流驱动力增加了顺坡向的下滑力;降雨入渗进一步降低滑体、滑面物理力学参数,增大渗透力和浮托力。3种诱发机制的联合作用是导致江东寺岸坡垮塌的原因。采用PFC2D对江东寺岸坡进行数值模拟发现,库水位上升对类土质土体具有劣化作用;145m水位处的滑坡破坏运动速度最大,达0.59m·s-1,岸坡破坏具有突发性。数值模拟破坏过程与现场监测数据吻合。     

三峡库区类土质岸坡破坏机制研究——以巫山县江东寺岸坡为例

2015年6月24日，重庆市巫山县发生江东寺岸坡垮塌事件，造成人员伤亡、财产损失，社会影响较大。针对江东寺类土质岸坡垮塌事件，介绍了岸坡灾情，解译了江东寺滑坡破坏的库水位上升浸泡软化、库水位下降渗流驱动力、降雨入渗劣化等3个诱发机制。结果显示：库水位上升浸泡软化降低了滑体、滑面物理力学参数，在岸坡坡脚形成软化区；库水位下降渗流驱动力增加了顺坡向的下滑力；降雨入渗进一步降低滑体、滑面物理力学参数，增大渗透力和浮托力。3种诱发机制的联合作用是导致江东寺岸坡垮塌的原因。采用PFC2D对江东寺岸坡进行数值模拟发现，库水位上升对类土质土体具有劣化作用；145 m水位处的滑坡破坏运动速度最大，达0.59 m·s-1，岸坡破坏具有突发性。数值模拟破坏过程与现场监测数据吻合。
     

基于非连续变形分析的黄河上游某电站库岸边坡稳定性分析

为深入研究黄河上游某电站库岸边坡倾倒变形的诱发因素和破坏机理，通过建立库岸边坡的二维非连续变形分析（DDA）概化分析模型，对比分析了水位变动导致的瞬时变形和蠕变作用产生的时效变形对库岸边坡整体变形的影响，模拟库岸边坡整体和细部的变形形态，并采用校验模型将计算结果与实测变形进行对比，验证了应用DDA数值模拟方法的合理性。研究结果表明：库岸边坡倾倒变形的诱发因素是蓄水作用，变形与水位变动具有明显的相关性；该库岸边坡变形主要为时效变形，由于蓄水扰动引起的直接变形较小，在研究变形中必须考虑蠕变作用；DDA模拟岸坡整体和细部的变形形态与真实情况较为吻合，持续的倾倒变形致使局部块体失稳，但对库岸边坡整体变形的影响较小。     

白鹤滩水库初次蓄水对双河段岸坡稳定性的影响预测分析

以白鹤滩库区巧家县双河左岸土质岸坡为研究对象,通过野外详细调查、现场钻孔剪切试验以及SEEP&SLOPE模块耦合分析,针对该岸坡在未来蓄水后的稳定性问题进行预测分析.研究发现:双河左岸土质岸坡主要由残坡积角砾土组成,其对水敏感性较强,饱水后角砾土内聚力降低60.65％,内摩擦角降低40.0％,内聚力受影响程度大于内摩擦角.当水位由当前状态先升至765 m,再升至825 m时,渗流场反应明显,坡体稳定性系数由1.238降至1.098,再降至1.010,降幅先大后小,坡体由稳定状态过渡欠稳定状态后处于失稳临界状态.岸坡土体在库水作用下发生的结构损伤、强度衰减是岸坡稳定性恶化的主要原因,其变形趋势将由蠕滑变形向整体失稳破坏发展;在此过程中,库水的反压作用对于岸坡水下部分具有有利作用,促使岸坡受影响,高程段缩减.     

前缘塌岸对三峡库区淹锅沙坝滑坡变形影响分析

三峡水库长期运行后,库水作用使土质岸坡变形破坏加剧,甚至导致滑坡复活。受库水位变动影响和波浪作用,秭归淹锅沙坝滑坡前缘不断发生塌岸,且滑坡变形对前缘塌岸响应较为明显。因此以该滑坡为例,基于地表宏观变形、全球定位系统(global positioning system, GPS)位移数据,深部位移监测等数据,分析淹锅沙坝滑坡的变形机制。为进一步探索前缘塌岸对滑坡变形的影响机理。采用GeoStudio软件,基于生死单元技术实现不同坡面形态的淹锅沙坝滑坡的数值模拟,分析原始形态、当前坡形、塌岸发展后等不同坡面形态滑坡渗流场,应力场,位移场的变化规律。结果表明：淹锅沙坝滑坡左侧整体变形较大;受库水作用影响,滑坡前缘发生塌岸,塌岸侧中前部的GPS监测点位移量随之增大,因而塌岸对滑坡整体稳定性有一定影响。数值模拟结果表明：淹锅沙坝滑坡是动水压力型滑坡;不同坡形渗流场结果变化较小;滑坡前缘的水平向应力分布会随坡形变化而变化,进而影响滑坡的位移变形和整体稳定性;当前坡形发生塌岸后,前缘的水平方向应力值增大,位移量随之增大,滑坡整体稳定性下降;数值模拟结果与实际变形情况一致。GeoStudio软件可以较...     

库水作用下三峡库区某库岸堆积体稳定性研究

三峡库区某库岸堆积体被认为是库水作用下的潜在滑坡之一．采用了GEO—seep、GEO—sigma及GEO—slope通用计算程序，对三峡水库水位升降的一系列工况下该堆积体的饱和一非饱和渗流场的变化、变形破坏机理及稳定安全系数进行了计算分析．计算结果表明，随着水库蓄水位的增加，该堆积体的稳定性会相应降低，库水骤降为其稳定性最为不利的工况．由计算分析推断该堆积体为一潜在水库新生型堆积体滑坡．     

新建车村水库岸坡类型及塌岸预测

随着库水位的持续上升,水库区临水岸坡可能发生塌岸,危害沿岸人员和建（构）筑安全,增加库区的淤积量,影响水库的正常运行。本文以陕西省引汉济渭鲸鱼沟调蓄工程的新建车村水库为例,通过野外的地质勘察对库区内的岸坡类型进行分类,并选用卡丘金法和岸坡结构法相结合的方式对库区内不同岸坡类型进行塌岸预测。计算结果表明,库区两岸预测的总塌岸量为567.5 万m3,其中入库量为230.3 万m3,塌岸量的大小与库区两岸的岸坡类型及坡度密切相关,古滑坡和黄土直立岸坡附近更容易产生塌岸,且塌岸量大。库区内的新建车村水库坝址附近、鲸鱼沟景区、伯坊村是塌岸量最大的剖面段,对水库运行影响较大。     

库水位骤降情况下均质库岸边坡稳定性分析

大坝建成蓄水之后,由于水位的抬高,引起边坡地下水渗流状态发生较大的改变,并有可能引发滑坡等岩土工程失稳现象的发生。本文采用GEO-SLOPE及SEEP/W耦合分析了岸坡在水位骤降情况下岸坡内的渗流场分布以及安全系数的变化。结果表明:在水位骤降的过程中,岸坡体产生了向临空面渗透;库水位骤降过程中,安全系数快速减小,当水位下降到最低水位保持不变时,上游岸坡安全系数出现了随时间逐渐增加的趋势。     

龙羊峡近坝库岸滑坡群稳定性分析及预警技术研究

通过对龙羊峡水库蓄水前后边坡地质环境的长期监测,将库岸变形破坏分为完整地层岸坡和滑坡堆积体岸坡的破坏形式,对高库水位条件下的库岸稳定性进行了计算.在计算分析的基础上,对汛限水位抬高至2594m后岸坡的可能的失稳方式、下滑量和潜在失稳边坡涌浪高度进行了评价.结果表明:在2594 m库水位时,可能失稳的为龙西边坡;在2600 m库水位时,可能失稳的为龙西和农场边坡;可以龙西和农场边坡300万m3下滑量作为坝库岸滑坡涌浪高度的评价标准,在此期间确定汛期运行水位时可预留3~4 m的涌浪高度.     

溪洛渡库区河口滑坡变形特征和形成机制

溪洛渡库区河口滑坡位于金沙江下游溪洛渡水电站东南岸坡上,永善县城至大兴集镇、莲峰镇公路横穿滑坡。滑坡一旦失稳将切断两个镇的生命线,甚至对库区形成危害。论文在现场地质测绘、勘察和数值模拟的基础上,对河口滑坡的变形特征和形成机制进行了研究。研究表明:河口滑坡是一个大型深层岩质滑坡;变形特征上可分为强变形区、弱变形区和松弛区;破坏模式上可分为前缘倾倒破坏模式和中后部滑移破坏模式;滑坡整体变形模式为倾倒-滑移-拉裂-剪断模式。滑坡主要影响因素有库水作用、地质构造、卸荷作用;河口滑坡若继续在库水作用和卸荷作用的影响下将继续变形。