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。
     

库水位变化时陡倾软弱顺层岩质滑坡变形机制

研究库水位动态变化时陡倾软弱顺层岩质滑坡的变形机制,为库岸滑坡防治及库水调度提供帮助。以四川省大渡河某水电站开顶滑坡为例,通过野外调查资料、库水位及地面监测数据综合分析,研究滑坡结构及变形破坏特征;建立二维地质模型,利用离散元模拟蓄水前后陡倾顺层岩质滑坡变形响应过程,结合有限元进一步分析库水作用下岸坡稳定性变化规律。研究结果表明,岸坡特殊的地质构造和岩性是控制滑坡产生的主要因素,水库蓄水诱发了滑坡的变形,库水位变化进一步加速了变形进程。当库水位以4.8 m/d、3.84 m/d、1.92 m/d的速率上升时,坡体稳定性呈现先增后减的趋势;当以小于0.5 m/d的速率下降时,岸坡变形不明显,但稳定性急剧降低,极有可能增加变形速率,加剧变形,导致大范围失稳破坏。在水库调度过程中,为避免渗流作用对岸坡稳定性的影响,库水位变化应保持在较小的速率平稳运行。     

类土质岸坡雪崩式破坏机制研究——以三峡库区龚家方岸坡为例

【目的】水库岸坡破坏机制是库岸地质减灾的重要科学问题。【方法】以三峡库区龚家方岸坡为例,采用现场勘查和模型实验方法,探讨类土质岸坡破坏机制问题。【结果】现场勘查结果表明,类土质岸坡破坏的地质基础包括两方面:一是岸坡由灰岩、泥灰岩、白云岩、页岩、片麻岩、板岩等并富含蒙脱石和伊利石亲水性矿物的碎裂岩体组成;二是岸坡卸荷作用强烈,卸荷结构面岩桥区段是岸坡破坏的关键环节。模型实验结果表明,类土体渗透性良好,水库蓄水初期库水进入岸坡后地下水在类土体空隙内产生明显的紊流作用,孔隙水压力波动特征明显。【结论】水库蓄水浸泡条件下岸坡卸荷结构面岩桥区段抗剪强度参数劣化作用和水库蓄水初期岸坡内孔隙水压力波动作用是类土质岸坡发生雪崩式破坏的物 理机制。
     

三峡水库泄水期间类土质岸坡渗流驱动压剪破坏机制研究

基于水库水位降落期间渗流驱动力对类土质岸坡的压剪作用,建立了类土质岸坡渗流驱动压剪力学模型,改进了水库水位降落期间渗流驱动力的计算方法,提出了渗流驱动压剪破坏判据。以三峡水库青石岸坡为例,渗流驱动压剪破坏机制可以解释青石岸坡水位降落期间的破坏现象。此外还探讨了水库水位降落速度、时间以及初始水位高度对渗流驱动力与岸坡稳定性的影响,并得出如下结论:渗流驱动力随水库水位降落速度的增加而非线性增大;渗流驱动力随初始水位高度增加呈现为线性降低的趋势;青石岸坡稳定系数不随水位降落速度、水位降落时间的变化而变化。
     

三峡水库泄水期间类土质岸坡渗流驱动压剪破坏机制研究

基于水库水位降落期间渗流驱动力对类土质岸坡的压剪作用,建立了类土质岸坡渗流驱动压剪力学模型,改进了水库水位降落期间渗流驱动力的计算方法,提出了渗流驱动压剪破坏判据。以三峡水库青石岸坡为例,渗流驱动压剪破坏机制可以解释青石岸坡水位降落期间的破坏现象。此外还探讨了水库水位降落速度、时间以及初始水位高度对渗流驱动力与岸坡稳定性的影响,并得出如下结论:渗流驱动力随水库水位降落速度的增加而非线性增大;渗流驱动力随初始水位高度增加呈现为线性降低的趋势;青石岸坡稳定系数不随水位降落速度、水位降落时间的变化而变化。     

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.     

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。
     

水库岸坡岩体渗透变形的预测预报方法——自适应时间序列研究

研究了库岸边坡岩体渗透变形的动力学机制,并根据多参数的随机变化规律,建立了非线性ＣＡＲ模型,通过分析实例,提出了库水位影响下水库岸坡岩体渗透变形的自适应时间序列控制原理和预测预报方法     

库岸边坡地基-桩基-上部结构共同作用变形特性分析

库岸边坡作为建筑地基由于受库水作用,其变形机理和变形特性对岸坡建筑变形有重要的影响。基于地基一基础一上部结构共同作用分析方法,分析了岸坡地基变形对结构系统变形特性的影响,分析表明,库水位下降速度对库岸建筑结构变形有显著影响,库水位下降速度越快,对结构变形越不利。本文研究成果对已有建筑物的安全评价、新建筑物设计及库区移民规划具有一定的参考意义。     

漭街渡大桥边坡稳定性及基础方案的设计与分析

为确定处于超深、超高水库淹没区的漭街渡大桥基础方案,在系统分析桥位岸坡变形失稳机制的基础上,通过对因为水位升降导致不同工况条件下的岸坡稳定性分析评价,对大桥的基础设计提出了原则建议.经漭街渡大桥的工程实例表明:详细准确地分析淹没区桥位岸坡在水位升降变动条件下的稳定性,应成为确定库岸梁桥基础设计的主要依据.     

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.     

某水电站库岸稳定性评价及塌岸预测

通过对库岸地质的研究,主要分析了库区倾倒变形体的成因机制及稳定性评价。由于水库区出露地层为两河口下、中段(T3lh1、2)砂、板岩,两岸岸坡陡峻,岸坡岩体裂隙发育,受结构面、风化、卸荷、岩体倾倒变形等因素影响易产生崩塌,所以由此对近坝库岸稳定性也作出了初步评价。最后对该库岸作出了塌岸面积的预测,对下一步的工作提供了很大参考。     

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。     

西部地区深卸荷边坡稳定性分析与评价

为研究西部地区岩质边坡的稳定性,以青海浪加水库库区的一个库岸为例,运用二维刚体极限平衡分析方法对库岸边坡进行稳定性分析,并分析水位平均变化速率对岸坡稳定的响应,以及进行平面滑动岩坡稳定性分析,评价结果较为客观地反映了工程实际情况,对该类地区岩质边坡稳定性进行分析预测具有一定的指导意义和参考实用价值.     

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。     

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。     

水库蓄水土质岸坡拉剪断裂破坏机制研究

基于土体结构特征从土体宏微观变化、岸坡变形、掏空等方面解释了水库蓄水期间土体浸泡软化机制。采用断裂力学方法推导求证了土质岸坡浸泡软化拉剪断裂破坏机制,并将土质岸坡浸泡软化拉剪断裂破坏进一步分为基座软化拉剪破坏模式和基座掏空拉剪破坏模式,给出了两种破坏模式的地貌演绎过程。通过建立两种破坏模式的物理模型和力学模型,从断裂力学角度推导出了潜在坍塌体裂缝尖端应力强度因子表达式。算例分析表明,土质岸坡破坏表现为显著的浸泡拉剪断裂破坏模式,并讨论了潜在坍塌体长度、高度、裂缝角度以及裂缝垂直长度对应力强度因子的影响。土体断裂韧度较小,导致岸坡坍塌体规模不大,土质岸坡的浸泡软化整体滑移破坏往往是滞后的,通常岸坡先局部软化,基座变形后发生塌岸破坏,后续上覆岸坡失去支撑发生整体式滑移。     

水库蓄水土质岸坡拉剪断裂破坏机制研究

基于土体结构特征从土体宏微观变化、岸坡变形、掏空等方面解释了水库蓄水期间土体浸泡软化机制。采用断裂力学方法推导求证了土质岸坡浸泡软化拉剪断裂破坏机制,并将土质岸坡浸泡软化拉剪断裂破坏进一步分为基座软化拉剪破坏模式和基座掏空拉剪破坏模式,给出了两种破坏模式的地貌演绎过程。通过建立两种破坏模式的物理模型和力学模型,从断裂力学角度推导出了潜在坍塌体裂缝尖端应力强度因子表达式。算例分析表明,土质岸坡破坏表现为显著的浸泡拉剪断裂破坏模式,并讨论了潜在坍塌体长度、高度、裂缝角度以及裂缝垂直长度对应力强度因子的影响。土体断裂韧度较小,导致岸坡坍塌体规模不大,土质岸坡的浸泡软化整体滑移破坏往往是滞后的,通常岸坡先局部软化,基座变形后发生塌岸破坏,后续上覆岸坡失去支撑发生整体式滑移。