簡析水利水電工程中滑坡的穩定性與災害評價

□葉萍舟（江西省萍鄉市水利水電勘察設計院）

0 引言

滑坡是一種危害嚴重的地質災害，它的分布范圍十分廣泛，且發生頻率較高，是我國主要防治的地質災害之一。近幾年隨著我國經濟的高速發展，自然環境遭到了嚴重的破壞，滑坡災害的發生，給水利水電工程帶來了嚴重的危害，使我國經濟損失嚴重，因此對滑坡的穩定性進行研究以及做出災害評價是非常必要的。

1 滑坡的形成

形成滑坡的主要因素有外在因素和內在因素。外在因素主要是工程在建設過程中挖掘和回填引起了應力和荷載的調整，施工過程中的爆破對巖體造成損失導致巖體的承載力下降。庫水位發生變化、融雪等自然現象使地下水位發生了變化，以及因為地震而導致的地質結構變化等。內在因素主要有原始應力狀態、巖體結構、地下水狀態等。

1.1 原始應力狀態

巖體滑坡變形以及節理裂隙發育受到地應力的控制，地應力可直接破壞巖體而使巖體遭受到破壞。

1.2 巖體結構

巖體結構面是控制滑坡的一個主要因素。通常情況下，同向緩傾角的邊坡要比反向邊坡的穩定性差。對同向傾斜角來說，巖層的傾斜角越緩，穩定性越好。邊坡面走向同結構面走向將會對邊坡的自由程度產生一定影響。但傾斜不利的結構面同邊坡面處于平行式，那么整個巖坡都將具有自由滑動的可能，這樣會嚴重影響邊坡的穩定性；傾斜不利結構如果與坡面之間具有較大的夾角，那么邊坡就會處于一種相對穩定的狀態。

1.3 地下水狀態

滑坡受地下水作用的影響主要分為3種：物理作用、化學作用、力學作用。

1.3.1 物理作用

如果地下水的水位發生了改變，那么將會使巖體容重發生巨大的變化，從而使滑坡的應力發生變化。當巖體被水浸泡后，飽和度將有所提高，特別是當巖體達到飽和時巖體的內摩擦角以及凝聚力都將有所下降，這就降低了巖體的抗剪強度，提高了滑坡的發生概率。一些砂石和強度不高的巖石在逐漸進入飽和狀態的過程中，巖石的變形模量將會逐漸減少，從而導致裂縫在滑坡體上出現；由于受滲透水流性影響，水流將會把裂縫中的一些填充物沖走，形成散浸、管涌等現象而致使滑坡失穩。

1.3.2 化學作用

若滑坡體中含有易溶于水的礦物質，這些礦物質溶于水后將會導致滑坡體軟化；部分礦物質在水中浸泡后會發生一定的膨脹，巖體中含水量的變化將會加劇巖體的風化，破壞巖體的結構，使滑坡失穩。

1.3.3 力學作用

若滑坡體處于飽和狀態，有效應力將會有所減小，而空隙之間的壓力為正，若滑坡內的孔隙壓力過大，那么滑坡將會失穩。受水力梯度的影響，水在滑坡內將會形成滲流荷載，主要包括浮托力和滲透力。托浮力是一個向上的力，它會導致坡體的穩定性降低，當有隔水層存在于滑坡內時，隔水層將會受到滲流荷載的凈水壓力作用，靜水壓力的大小隨著裂隙深度的增大而增大，當力的大小達到一定程度時極可能造成梳理劈裂，從而導致滑坡發生；若滑坡內存在較大裂隙，那么水流的速度也會隨之而變大，滑坡的穩定性也將會受到動水壓力的影響。

2 利用有限單元法對滑坡的穩定性進行分析

2.1 有限單元法

有效單元法是一種數值分析法，主要用于研究復雜工程。有限單元法同傳統的數值分析法相比具有的優點是：不用事先對遭受破壞面的形狀及位置進行假設；可以對處于復雜地區的地貌、地質、地形的工程進行分析；可以利用計算機對工程中使用的各種材料以及工程中的載荷、本構關系、約束條件進行模擬。

2.2 基本原理

利用有限單元法可以將連續介質逐步轉化成離散介質，有限各單元的組合體代替原理的連續介質，各單元通過結點互相連接，把結點位移作為基本未知量，通過充分原理或虛功原理建立求解結點位移的聯立方程。可以利用函數插值來獲取，再通過計算獲得單元內應力和單元內應變革。單元的適應力隨著函數階次增高而增高，但在實際應用中并不是選取的階次越高而越高，因為隨著階次的增高，計算也會變得更加復雜，因此選取合適的階次對于緩坡的穩定性研究來說十分重要。

在運用時步增量時，第n時步的節點位移增加量為{Δσ}En與內部位移增加量{ΔX}n分別為：

根據節點位移增減量可以得到單元內部位移增加量，即：

依據彈性倫理，得到{Δσ}n={Δε}n=[S]

其中[S]=[D][B]

式中[S]代表應力矩陣；[D]代表彈性矩陣；[B]代表應變矩陣。

根據經理等效將體力、面力等外力合理的分配到相關結點上，即

式中{ΔV}、{Δq}、{Δp}分別表示體積、增加集中力的量、面力。在通過虛偽原理可以推出平衡方位為：

在將繞結點進行組合，就能得到全體結點荷載增加量同全體結點位移之間的對應關系，即：[K]{Δσ}n={ΔF}En

將以上的所有數據進行疊加處理后，便可以得到n時步時結構的位移量分別為（б）m、（σ）n、（ε）k。

3 水利水電工程滑坡災害評價

3.1 災害評價的概述

在對滑坡災害進行評價時，必須要對引發災害的主要因素進行確定，在依據主導因素確定指標時，最好針對滑坡災害評價建立指標體系。

對于庫岸滑坡的災害評價主要包括危險性、破壞損失、防治工程效益等方面。進行危險性評價時，要對滑坡體的穩定性進行分析，對其穩定性做出正確的判斷；危險性評價是破壞損失的評價前提，是對滑坡造成經濟損失、人員傷亡及環境等進行評價；防治工程效益評價需要依據危險性評價來選取相應的工程加固措施，針對防治工程的可行性、合理性做出一個正確的判斷，為防治工程優化提供合理方案。

3.2 主要工程措施

在對滑坡工程的災害進行正確的評價后應當采取相應的治理措施有排水、抗滑擋墻、錨固支護、阻滑鍵等方式。

滑坡治理最常見的方式是地下排水和地表排水。采用地下排水時主要就是在滑體內安裝排水盲洞、排水鉆孔、排水平洞、支撐滲溝等方式。采用何種處理方式對滑體進行處理要根據滑體的實際情況進行選擇。地表排水的處理主要采用的方式有截、排、防等。

截，主要是在滑體周圍設置截水溝，使滑體周圍的水不會進入到滑體內；排，指的是利用滑體周圍天然的水溝或修建的排水溝，將地表的水引流到滑體的外圍處，減少滲入；防，主要是采用合理的防滲措施對已經流到滑坡范圍內的降雨或地表水進行處理，在處理過程中可采取對地表的裂縫用水泥漿封口或用黏土進行回填夯實，降低滲入滑體內部的水的速度，并盡快將水引到滑體外部。

4 結語

隨著工程建設、能源開發的快速發展，水環境、生態環境、地質環境成了目前最突出的問題，其中地質環境中的滑坡問題在全球范圍內造成了較為嚴重的影響。水利水電工程的滑坡問題研究涉及到許多學科，如地理學、巖石力學、環境地質學等，對水利水電工程滑坡問題進行研究將會推動水利水電工程的健康發展。

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