水利水電工程滑坡穩定性研究及災害評價

陳世輝

(陸川縣水土保持站，537700)

水利水電工程滑坡穩定性研究及災害評價

陳世輝

(陸川縣水土保持站，537700)

在社會不斷發展的推動下，我國水利水電工程建設的發展速度不斷加快，水利水電工程建設規模不斷擴大。滑坡是多數水利水電工程建設過程中需要面對的一個嚴重問題。因此加強對滑坡穩定性進行研究，加強對滑坡所造成的災害進行評價具有極為重要的意義。

水利水電工程;滑坡穩定性;災害評價

滑坡是一種具有較大危害性的的地質災害，其發生率頻率高，分布范圍廣，是我國高度重視進行防治的重要地質災害之一。隨著經濟不斷快速發展，自然遭受破壞的程度在不斷加深，地質災害的發生率不斷上升[1]。滑坡的發生給水利水電工程帶來極為嚴重的危害，大大增加了國家經濟損失。因此必須加強對滑坡穩定性進行深入研究，并對災害進行正確評價，促進災害能夠得到有效防治。

1 滑坡形成機理分析

導致滑坡發生的原因主要包含內在因素和外在因素兩個方面。內在因素主要為地下水狀態、地質構造、原始應力狀態、巖土體性狀、巖體結構、滑坡形態等。外在因素主要為施工開挖或者施工回填所引起的荷載及應力調整，施工過程中爆破所引起的動力荷載及巖體損傷，地震導致的應力瞬時變化，水庫水位變化，水庫蓄水量、河流侵蝕、融雪、降雨等引起的地下水位變化等。

1.1 原始應力狀態

巖體節理裂隙發育及滑坡變形特征主要受地應力的影響和控制，因此地應力對對巖體的變形產生直接性的破壞作用。

1.2 地下水狀態

地下水對滑坡產生的作用主要體現為化學作用、物理作用和力學作用。①化學作用。當在滑坡體中存在含鹽的粘土質頁巖等易溶于水的礦物時，其受到水侵蝕后給予被軟化，部分礦物成分在受到水的浸泡后會出現膨脹，滑坡體含水量的改變會使巖石的風化作用不斷加劇。這些作用的存在均會對巖體的結構產生嚴重的破壞作用，最終導致滑坡使其穩定性，進而發生滑坡。②物理作用。地下水位的改變會使巖土體的容重也在不斷發生變化，進而導致滑坡應力狀態也在不斷改變。巖土體受到水的浸泡后其飽和度會不斷增加，當其飽和度達到完全飽和狀態時，內摩擦角、凝聚力均會出現一定程度的減小，進而降低巖體抗剪強度，最終導致滑坡的抗滑穩定安全系數不斷降低。部分軟弱砂巖和巖石，從非飽和狀態轉變為飽和狀態時，變形模量會不斷減小，進而導致滑坡體產生裂縫。在水流的作用下，存在于坡體裂縫中的相關填充物會不斷流失，進而導致坡體出現散浸、管涌等現象，最終導致坡體失去穩定性。③力學作用。滑坡體處在飽和狀態時，存在正孔隙壓力，有效應力不斷減小，當在滑坡內部存在較大面積的孔隙壓力時，坡體可能會失去穩定性。受水力梯度作用，存在于滑坡內部的水會出現浮托力、滲透力的滲流荷載。一般情況下，水滲透力方向均是與滑坡的方向保持一致性，浮托力的方向表現為向上，因此導致坡體的穩定性不斷降低。有隔水層存在于滑坡內部時，滲流荷載變成為直接對隔水層發生作用的靜水壓力，裂隙深度變大時，存在于裂隙內的相應靜水壓力也隨之不斷變大，進而導致水力劈裂發生，最終引發滑坡。滑坡內的裂隙不斷擴大時，水流速度會不斷加大，在這個過程中產生的動水壓力會直接降低滑坡穩定性。此外，巖土體性狀及巖體結構也是導致滑坡發生的重要因素。

2 應用有限單元法對滑坡穩定性進行分析

2.1 有限單元法概述

有限單元法（FEM）為一種主要應用于對具有復雜性的工程結構進行研究的一種重要的數值分析方法，其在本質上被歸納于質力學理論范疇[2]。與傳統極限平衡法等相關結構分析方法相互比較，有限單元法在應用過程中主要表現出以下優點：①可有效地地貌、地形、地質條件存在復雜性的工程結構進行有效分析。②無需事先對破壞面的位置或者形狀進行假定。③在進行計算的過程中可同時對各種存在復雜性的材料本構關系、約束條件、荷載進行模擬。如可對巖體中存在的滲流、混凝土不均勻溫度場、初始地應力場等進行有效模擬。④該種方法對變形協調條件、本構關系已經進行考慮，因此在應用過程中無需再引入初始地應力場假定條件，保證理論體系具有更好的嚴密性。

2.2 有限單元法基本原理

有限單元法將存在連續性的介質轉化為離散介質(單元)的組合，使用有限的多個單元組合體來代替原理具有連續性的介質[3]。各個單元主要是通過結點來實現相互間的連接。結點位移主要作為基本的未知量存在，通過虛功原理或者變分原理建立起對結點位移進行求解的聯立方程，由結點位移用形函數插值獲得單元內位移，然后再對單元內應變、單元內應力進行計算。在計算過程中，形函數的階次越高，單元所表現出來的適應能力就越強，但同時剛度矩陣的運算復雜性也大大增加。所以對形函數的階次進行合理選擇具有極為重要的意義。

3 水利水電工程滑坡災害評價及應對措施

3.1 滑坡災害評價

在對水利水電工程滑坡災害進行評估的過程中，首先要對導致災害發生的主要因素進行明確。以具有主導作用的因素對指標進行明確時，最好能夠建立起一個局域針對性的滑坡災害評價指標體系。

對滑坡災害進行評價時，評價的內容主要包含有破壞損失、危險性、防治工程效益等諸多方面。對存在的危險性進行評價時，首先需要對坡體具有的穩定性進行全面分析，然后對其具體穩定性進行正確判斷。危險性評價是進行破壞損失評估的前提條件，具體指的是對滑坡所造成的人員傷亡、經濟損失、環境破壞等進行評估。防治工程效益評價需以危險性評價結果作為依據，制定或選取相應的措施對工程進行加固，并對防治工程的合理性、可行性等 進行正確判斷，促進防治工程不斷得到優化，提高防治方案的可行性和科學性。

3.3 滑坡防治措施

對水利水電工程的滑坡災害進行全面、正確地評估之后應采取相應措施進行治理。在滑坡治理過程中通常會應用到排水、抗滑擋墻、錨固支護、阻滑等措施。

在滑坡治理過程中，較為常用的方式主要為地表排水和地下排水。采用地下排水措施時，需要在滑體內部安裝排水鉆孔、排水盲洞、排水平洞、支撐滲溝等。在滑坡治理過程中，以滑體的實際情況作為根據對使用的具體處理方式進行合理選擇。采用地表排水措施時，滑體處理時應用的方式主要有排、截、防等諸多種。

截指的是在滑體周圍進行截水溝設置，通過截水溝使存在于滑體周圍的水不能進入到滑體內部。排指的是利用存在于滑體附近的天然水溝或者人為修建的排水溝，將存在于地表的水引流，使其流到滑體外圍，最大限度地避免地表水流入滑體內部。防指的是應用合理的防滲措施對已經進入滑坡范圍的水進行有效處理。在處理過程中主要應用黏土回填夯實或使用水泥漿將地表裂縫進行封口的方式來對水的速度進行控制，最大限度的降低水流向滑體內部的速度，并及時采取有效措施將水引向滑體外部。

4 結束語

在工程建設過程中，地質環境中的滑坡成為一個備受關注的問題。水利水電工程滑坡問題的存在會對工程運作質量產生嚴重影響，給國家造成嚴重的經濟損失。對水利水電工程滑坡問題進行研究時會涉及到巖石力學、環境地質學、地理學等諸多學科。因此，應加強對水利水電工程滑坡穩定性進行深入研究，并加強對災害進行科學評價，促進滑坡得到有效治理，保證水利水電工程健康發展。

[1]唐輝明,羅紅明,章廣成,等.庫水位漲落對庫岸滑坡穩定性的影響[J].地球科學(中國地質大學學報),2013,9(26)∶506-507.

[2]張常亮,蔣秀玲.峽水庫水位變動下的庫岸滑坡穩定性評價[J].水文地質工程地質,2012,4(33)∶418-419.

[3]曾耀,何忠澤,呂坤,等.滑床滲透性對超覆型庫岸老滑坡穩定性的影響[J].地質科技情報,2012,02(11)∶538-539.

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1007-6344（2015）06-0035-01