基于极限平衡法的水库滑坡稳定性分析

基于极限平衡法的水库滑坡稳定性分析

1基于极限平衡法的稳定性评价在水库运行过程中，水库上游的洪水站不仅受到水库调节水位的影响，而且上游浸泡在水中的部分成为水滴水体，其失稳概率在一定程度上增加，这不仅是因为滑动带的岩石参数减少，水压上升，还因为滑动带的岩石压力系统在倾斜滑动的山坡上浸泡。如长江支流青干河上千将坪滑坡(2003年7月13日)发生在三峡水库蓄水43d后;2007年6月15日,当清江水布垭水库蓄水至342m,库区巴东县清太平镇发生了大堰塘滑坡。三峡水库就有大量的涉水崩塌滑坡,其稳定性的变化与水下岩土体受力体系和稳定性的变化紧密相关。水对滑坡稳定性主要体现在3个方面,物理作用、化学作用以及力学作用(包括静水压力和动水压力作用),这些作用导致岩土体的力学性质的改变和受力体系的改变,其中针对涉水滑坡的力学作用而言,主要为重力、动水压力及静水压力的改变,水压力及渗透力的考虑方面已有很多的研究成果。丁秀丽、莫伟伟等指出:周边水压力与渗透力之间的转换关系交待不清,既考虑静水压力,又考虑渗透力,造成静水压力的重复计算是极限平衡法进行稳定性评价时存在的主要问题之一。极限平衡法中在水压力的考虑方面可以概括为两种方法:一种是把滑动土体中的土骨架作为研究对象,分析滑动土体中土骨架的力的平衡时考虑渗透力,重力采用浮重度计算;另一种是把土体(包括土骨架和孔隙中的流体)作为整体,对于每一个条块考虑3边(两侧及底边)的静水压力,重力采用饱和重度计算。两种计算方法的结果是等效的,渗透压力(或动水压力)与土条中的水重和周边的静水压力是一对平衡力。以上这些成果基本上都是针对库水位之上滑坡岩土体内存在浸润线的情况,但对于滑坡岩土体位于库水位以下,即水下滑体的水压力计算探讨较少。水库库岸涉水滑坡在水库蓄水时总会有部分滑体或全部滑体浸没在水下,水下滑体的水压力计算是稳定性分析的重要组成部分。本文在分析极限平衡法中水上岩土体水压力及渗透力计算研究成果的基础上,通过水下滑体土条周边水压力分析,探讨了传力系数法中位于水下土条的抗滑力、下滑力及稳定性的计算方法。2土壤周围水压力分析2.1水下三角形土条在采用传力系数法进行滑坡稳定性计算时,条分后条块的形状一般为四边形,当对于滑坡最前缘的条块和最后缘的条块,其形状往往为三角形,水下三角形土条的受力见图1,以dc边为滑面,以水平方面为x轴,以竖直方向为h轴,将土条周边的水压力沿竖直于dc方向进行分解,合力为S1:式中:rw为水的重度。上式经变形和几何关系的转化,可以得出:即:将土条周边的水压力沿平行于dc方向进行分解,合力为S2:上式经变形和几何关系的转化,可以得出:即:2.2土条周边的水压力和合水下四边形土条的受力见图2,以dc边为滑面,以水平方面为x轴,以竖直方向为h轴,将土条周边的水压力沿竖直于dc方向进行分解,合力为S1:上式经变形和几何关系的转化,可以得出:即:将土条周边的水压力沿平行于dc方向进行分解,合力为S2:上式经变形和几何关系的转化,可以得出:即:3浮重力和滑面倾角对于水下滑体,不管是三角形土条,还是四边形土条,以dc边为滑面,以水平方面为x轴,以竖直方向为h轴,将作用在土条上的力沿竖直于dc和平行于dc方向进行分解:竖直于dc方向:平行于dc方向:上两式中:W1为土条的饱和重力;N为dc面上的正压力;T为dc面上的下滑力。根据式(4)、式(12)和式(17):根据式(8)、式(16)和式(18):式中:W2为土条浮重力(饱和重力与浮力之差)。根据式(19)和式(20),水下块体受到的垂直于滑面方向的力和平行于滑面方向的力只与块体浮重力和滑面倾角有关系,和块体在水下的位置、库水位的深浅及水压力的大小没有关系,只要其位于水位以下,所受合力不随浸没在水下深度的变化而变化。根据式(19),土条的抗滑力为:滑坡稳定性计算的传力系数法稳定系数可表示为对于水下条块,Ri和Ti可以分别用式(20)和式(21)来表示,其动水压力为0,采用式(20)和式(21)进行稳定性计算时大大简化了水压力的计算。综合以上计算,对于水下滑体或滑坡的水下部分,在利用传力系数法求解稳定性计算中抗滑力和下滑力时,只需要将重力采用浮重度计算即可,不需要考虑顶面、底面和两侧面的静水压力或土条内的动水压力。4重力和水下滑体模型(1)水库库岸涉水滑坡水库运营过程中,会有部分滑体或全部滑体浸没在水下,在采用传力系数法进行滑坡稳定性计算时,水下土条的抗滑力和下滑力可以采用周边水压力进行计算,即三角形条块要计算3边水压力,四边形条块要计算4边水压力,但此时必须将重力采用饱和重度进行计算,这种方法直观明了,但计算过程非常复杂;另外一种方法只须将重力采用浮重度进行计算即可,无须考虑任何水压力,这种方法非常简单,建议在传力系数法计算稳定性采用此法。两种方法是完全等效的。(2)水下滑体抗滑力和下滑力计算结果与库水位的深浅没有关系,只要其位于水位以下,则抗滑力和下滑力不随浸没在水下深度的变化而变化。(3)针对水下三角形和四边