庫水位驟降條件下土質邊坡滲流特性分析

劉歡歡

一、引言

土質邊坡迎水面在庫水位快速回落時，極易誘發滑坡地質災害，相關事故已經被大量報道。如1963年意大利Vajoint水庫，在庫水位驟降時發生了大規模的滑坡。在我國，河北省岳城水庫在1968年和1974年因庫水位下降，而在壩中段和南段各發生259m和210m長的大滑坡。庫水位驟降時，邊坡土體中孔隙水未能顯著排出，土體接近于“飽和”狀態，并形成了向邊坡外的滲流。在滲流力作用下，邊坡土體下滑力加大了，其滑坡風險較滿蓄時更高。因此，探討庫水位驟降條件下土質邊坡滲流特性對分析邊坡穩定性研究具有重要的理論意義和工程實用價值。

二、研究方法

三、邊坡滲流特性分析

1.計算模型

土質邊坡高度為10m，坡度為1∶2，如圖 1所示。計算區域總共劃分598個單元，654個節點。初始時，庫水位高程為16.0m，驟降后庫水位高程為6.0m。邊坡模型土體計算參數取值依據文獻中某邊坡實際工程，具體數值見表1。

圖1 邊坡剖面圖

表1 土體計算參數取值

2.水位驟降條件下邊坡滲流場特性

考慮庫水位按正常1m/d降落速度經歷10d降水，庫水位由高程16.0m降至6.0m時，計算得到的邊坡孔隙水壓力等值線圖如圖 2所示，邊坡土體中孔隙水壓力總體呈現出“右高左低”、向庫岸方向滲流的分布特征。其中，最右端遠離邊坡土體中的孔隙水壓力零壓線較庫水位滿蓄時，降低僅1m左右；而靠近庫邊土體中的水壓力基本接近庫水壓力，逸出點位于坡面庫水位以上6m的位置。

圖2 驟降10d后邊坡土體孔隙水壓力/kPa（降水速度1m/d）

3.最大水力坡的降敏感性因素分析

邊坡庫水位降落速度是關系到邊坡穩定性一個關鍵參數指標，計算不同庫水位降落速度1m/d、2m/d、3m/d、5m/d時最大滲透坡降如3所示，隨著庫水降落速度不斷增大，邊坡最大的水力坡降值也逐步上升，但增加幅度逐步放緩。其中，降落速度2m/d時較降落速度1m/d時最大水力坡降增加最為明顯。

圖 3 邊坡庫水位降落速度與最大水力坡降的關系

考慮不同邊坡土體滲透系數3×10-4m/s、3×10-5m/s、3×10-6m/s、3×10-7m/s、3×10-8m/s時最大滲透坡降隨著土體滲透系數不斷降低，邊坡最大的水力坡降值逐步上升，但增加幅度逐步放緩。其中，滲透系數3×10-5m/s時較，滲透系數3×10-4m/s時最大水力坡降增加最為明顯。同時，土體滲透系數越低，水位降落速度的影響越小。

四、結論

本文采用飽和-非飽和滲流理論，針對某一邊坡進行了滲流場有限元計算分析，重點探討了庫水位驟降條件下土質邊坡滲流特性，得出以下結論：

1.對于低滲透系數的土質邊坡，庫水位驟降后邊坡土體中孔隙水壓力消散將是一個長期、緩慢的過程。

2.庫水位驟降后，邊坡中土體水力坡降指向庫岸內，并且越接近坡腳的位置，水力坡降值越大，最大水力坡降出現邊坡坡面與水面線相交的位置，

3.隨著庫水降落速度不斷增大，邊坡最大的水力坡降值也逐步上升，但增加幅度逐步放緩。

4.隨著土體滲透系數不斷降低，邊坡最大的水力坡降值逐步上升，但增加幅度逐步放緩。同時，土體滲透系數越低，水位降落速度對最大水力坡降值的影響越小。