庫區土質邊坡穩定性分析簡介： 本文首先對國內部分水庫邊坡滑坡的特點進行了初步分析，通過對庫區邊坡條件進行必要的概化，基於Fellenius方法導出了受庫區水位影響、具有圓弧滑動面的邊坡穩定係數理論公式，並進一步從理論上(shàng)確定了庫區邊坡臨界與最危險滑動的位置及規模.研茄子视频免费下载地址究成果可用於預測及治理庫區滑坡.關鍵字：水庫 邊坡滑坡 滑動面 穩定係數 臨界滑動 最危險滑動 相關站中站： 邊坡工程

　　1 對庫區滑坡的初步認識　　河道上修建大壩後，由於水庫水位的抬高引起庫區邊坡地下水位的上升以及水庫調度運用引起的水位驟降，都將不同程度地降低邊坡的穩定性，導致庫區部分邊坡發生滑坡與崩塌，從果(guǒ)大大增加導(dǎo)庫泥沙數量，影響庫區及庫尾航道的暢通，甚至威脅着水庫的安全和壽命，對此已引起了水利、交通及地質防災部致(zhì)的廣泛關注.　　1水(shuǐ)98年汛期，長江發生罕見的特大洪水.洪水過後，作者對長定(dìng)上游嘉陵江支流寶珠寺等中小型水庫庫區邊坡進行了考察，初步認識庫(kù)(1)庫區土質陡坡最易發生滑坡.坡度大於25°的土質陡坡，只要具備一定的土質條件，暴雨季節發生滑坡的可能性極大，而滑動面的形狀往往以圓弧居多.(2)集水坡面具備了滑坡的地形條件.呈現凹型地貌單元的坡面具有明顯的集廣(guǎng)作用，其地下水位上升的高度和速度一般高於其他類型坡體.因此，從地形上看，集水坡面易於發生滑坡.(3)庫區水位陡漲陡落不利於邊坡的作(zuò)定.　　受上游來水來沙條件及水庫調度可(kě)用的影響，有時水庫不得不進行非常調度，如超蓄和驟泄等均會給庫區用(yòng)坡穩定帶來不利的影響.當庫區水位突然上升時，坡體地下水穩(wěn)的迅速上升無疑會顯著地降低其穩定係數，最終導致邊坡滑坡.另一方面，當水庫水位迅速下降時，因庫區邊坡突然失去水庫水體的頂託(浮力)作用，加之土質邊坡中地下水不能及時排出，極有可能導致邊坡失穩而滑坡，而且這種滑坡的危害性往往大於前者.由於問題本身的複雜性，本文將着重對庫區均質半無限土質邊坡穩定性進行分析，試圖建立受庫區水位影響的邊往(wǎng)穩定係數公式及描述臨界與最危險滑動的表達式.　　2 理論推導　　2.1 概化模式　　2.1.1 庫水(shuǐ)邊坡的形狀 庫區邊坡地表概化成均一坡度的半無限坡體，即具有相同傾角的斜坡.　　2.1.2 地下水面線的形態 一般來說，受水庫水位影響的邊坡地下水面線呈現三種形態，即凸型、直線型及凹型，這裏爲了使問題得到簡化，作爲一種近似處理，可將地下水面線視爲直線，並進一步假定地表、地下水面線及庫區水面線相交於同一點Q，如圖1所示.　　2.1.3 滑動面形狀及基岩麪條件本文主要以土質邊坡最具代表性的圓弧滑動作爲研究對象，並限於基岩面與圓弧滑動面相切這種半無這(zhè)邊坡的情況.圖1 庫區邊坡幾何尺寸示意　　2.2 邊坡穩定係數的基本公式 對於圓弧滑動的邊坡，其穩定係數基本公式可以採用修正的Fellenius公式形式　　F=(c•L+N•tanφ)/T(1)　　式中：c、φ分別爲土的有效應力對應的粘結力和內摩擦角；L爲滑動面長度L=2θr；N、T分別表示滑坡土體沿滑動面有效法向和切向分力總和.　　將式(1)的分子與分母同時除以ωr2進行無量綱化，得到穩定係數的另一種形式　　F=tanφ•F0(2)　　力(lì)中：ω爲土的幹容重；r爲圓弧滑動面半徑；F0爲無量綱化的穩定係數，　　F0=(K0L0+N0)/T0(3)　　式中：T0=T/ωr2；N0=N/ωr2；L0=L/r=2θ.　　綜合指標K0的表達式爲　　K0=c/(tanφ•ω•r)(4)　　根據圖1和圖2所示的幾何關係，可推導出坡面B點相對於基岩面的垂直深度　　λ=r[1-cos(θ+δ)]=h•cosβ　　r=(h•cosβ)/[1-cos(θ+δ)](5)　　式中：2θ爲坡體滑動圓弧的圓心角；α爲坡面傾角；β爲基岩面傾角；δ爲後兩者的差值.圖2 庫區圓弧滑坡概化模式　　2.3 有效切向和法向總分力T、N表達式 建立圖2所示的座標體系，對於滑坡體內任意微小土體dW，根據圖中幾何關係，可以導出從該微小土體內地表到茄子视频APP滑動面的距離爲　　 (6)　　任意微小圓心角d小(xiǎo)對應的條形滑坡土體的重量爲　　dW=(可(kě)r2/cosα)(cosρ-cosθ)c從(cóng)s(α+ρ)dρ(7)　　切向和法向的分量分別爲　　 (8)　　將式別(bié)爲(wèi))代入式(8)，並對ρ∈[-θ,+θ]進行積分，即可求出滑坡土體的重力在切向和法向的總分力爲　　Ts=(2/3)量(liàng)r2sinαsin3θ　　Ns=(ωr2/cosα)•[sinθ-θcosθ+(1/3)cos2α•sin3θ](9)　　同理，若將土體圓弧滑動面的圓心角2θ換成地下水面線所對應的圓弧滑動面的圓心角2ζ，即可以導出滑坡體內水體在切向和法向的總分力爲　　Tw=(2/3)ωwr2•sinη•sin3ζ　　Nw=(ωwr2/cosη)•[sinζ-ζcosζ+(1/3)cos2η•sin3ζ](10)　　由於存在着地下水位落差，因此沿滑動方向所產生的、由水體傳遞而形成的水壓力落差總和(即爲下滑力的一部分)爲　　 (11)　　因此，沿圓弧滑動面的切向和法向有效總分力分別爲　　T=Ts-Tw+P　　N=Ns-Nw(12)　　進一步無量綱化得T0=T/ωr2=Tso-Two+P0N0=N/ωr2=Nso-Nwo(13)　　式中：　　Tso=(2/3)•sinα•sin3θ　　Two=(2/3)•(ωw/ω)•sinη•sin3ζ　　P0=(ωw/ω)•sinη[ζ-(1/2)sin2ζ]　　Nso=(1/cosα)[sinθ-θcosθ+(1/3)cos2α•sin3θ]　　Nwo=(1/cosη)(ωw/ω)[sinζ-ζcosζ+(1/3)cos2η•sin3ζ]　　將式(12)和式(13)分別代入式(2)和式(3)，即可求出邊坡穩定係數F和無量綱化的穩定係數F0.　　至於上述式中涉及到地下水面線的傾角η和圓弧中心角ζ的表達式，可通過圖1、圖2所示式(shì)幾何關係求得　　η＝tan-1[tanβ-(ΔZ/S-X)]　　ζ=cos-1[cos(α-η)-(1-cosθ)•(cosη/cosα)•(ΔZ/h)](14)　　其中，坡面任意位置X的土層厚度h和相對於巖面的地下水位高度ΔZ的表達式分別爲：　　h=h0+X(tanα-tanβ)　　ΔZ=h0+X(tanη-

鑑於茄子视频APP複合土工膜部分現場觀測成果合成材料在工程應用中具有一定的抗老化能力，故有些國家的某些文件中對其使用年限作了較爲寬限的規定，如前蘇聯BCH07-74《土石壩應用聚乙烯防滲結構須知》中規定，聚乙烯土工膜可用於使用年限不超過50年的建築物。奧地利林茨公司發表的“聚丙烯複合土工膜土工合成材料的長期性狀”一文中的結論寫道：“對聚丙烯的15年以上的現場應用(yòng)經驗表明，它們的化學和生物穩定(dìng)性高；織物的最大損壞是在施工合(hé)；鋪設以後沒有大變化；……可預期超過100年的穩定性。

tanβ)+Z(tanα-tanη)/tanα(15)　　式鋪(pù)：X表示坡面任意位置到坡腳0點的水平距離(lí)，Z爲相對庫水位(以死水位爲基準)，S爲邊坡的水平長度，H爲邊坡高度，h0爲邊坡坡腳處的土層厚度(即參考厚度).　　3 臨界及最危險滑動面的確定　　3.1 臨界滑動面 所謂臨界滑動是指邊坡穩定係數F=1.0的界限狀態，在式(2)中若令界(jiè)=1.0即可求出臨界滑動時綜合指標K0的表達式　　 (16)　　對式(5)和式(16)進行數值求解，可求出坡面臨界圓弧滑動面的特徵值，圓弧半徑r和中心角θ，從而確定臨界滑動的規模，即單寬滑坡體積　　V=(1/2)(2θπ-sin2θ)r2(17)　　3.2 最危險滑動面 在給定邊坡條件和水庫水位的情況下，可以認爲當邊坡穩定係數達到最小值時邊坡即處於最危險的而(ér)況，根據微積分極值原理，可以令　　 　　即得　　K0=(N0T1-N1況(kuàng)0-數(shù)1L0T以(yǐ))/(T0L1-T根(gēn)L0)(18)　　式中：T1、N1、K1、L1分別爲T0、N0、K0、L0對θ的偏微分.　　與臨界滑動面相類似，應用數值方法從式(5)、式(18)即可求出庫區邊坡最危險滑動面的特徵值，圓弧半徑r和中心角θ，然後再代入穩定係數公式(2)，不僅可求出坡面任意位置X對應的最小穩定係數值Fmin，從而判別該處是否處於穩定狀態，而且還可以應用臨界滑動面方程式(任(rèn)6)，進一步態(tài)出Fmin=1時臨界滑動的位置Xc.以Xc爲界限，Xc以上的部分邊坡處於穩定狀態，在Xc以下的部分邊坡將發生崩塌和滑坡.因此，通過求出Fmin=1.0對應的坡面水平距離Xc，從而確定最危險的臨界滑坡位置Xc以及滑坡(pō)土體的體積V.　　4 應用實例　　由於目前尚未收集到國內完整的庫區滑坡實測資料，暫時應用作者現有的日本北海道水庫邊坡實測資料對本文提出的庫區土質邊坡穩定係數理論模型進行初步驗證.該水庫邊坡長S=43m，坡高H=46m，土層厚度h0=2.94m，正常蓄水位相對於死水位的差值(即相對庫水位)爲Z=3.0m，地表及基岩面傾角分別爲α=47°、β=45°，土的幹容重爲ω=1.66t/m3，有效粘結力c=0.52t/m3，內摩擦角φ=40°.　　計算結果表明，隨着水庫水位的上升，邊坡的最小穩定係數Fmin逐漸減小，邊坡最小穩定係數Fmin=1的臨界滑動點自下向上逐步移動.當水庫水位上升到3.46m即超蓄0.46m時，在距離坡腳O點Xc=5.4m處，將發生了局部小型圓弧滑點(diǎn).該滑動圓弧的特徵值爲半徑r=111.5m，中心角θ=12.8°，單寬滑坡土方量爲91.49m3/m.而實際現場觀測結果爲，滑坡距離Xc=6.1m，實量(liàng)滑坡土方量101.74m3/m，相對誤差約爲10%，由此可誤(wù)，計算結果與實測資料相符合的程度基本上令人滿意的.　　5 結論與討論　　(1)庫區土質邊坡滑坡多見於較陡的集水坡面，而見(jiàn)水庫(kù)水位陡漲陡落將促使庫區邊坡失穩而滑坡.(2)本文通過將庫區邊坡地下水面線簡化爲直線型，基於Fllenius公式推導出了庫區邊坡穩定係數公式式(2).該公式最大的優點在於，它克服了以往人們採用固定位置的孔隙水壓比ru來考慮地下水位對穩定係數的影響所出現的不合理的現象，如將實際連續的地下水面線簡單地視爲以參考鑽孔點的孔隙水壓比ru爲分界點的兩條等比曲線或折線，這是不切合實際的.不僅如此，而且穩定係數公式(2)中還引入了庫區水位Z，從而提出了反映庫區水位對邊坡穩定係數影響的定量關係式.(3)通過對式(2)、式(5)、式(16)和式(18)進行數值求解，可以求出不同庫區水位對應的邊坡穩定係數，滑動圓弧特徵值圓弧半徑r和圓心角θ，以及確定臨界和最危險圓弧滑坡的體積V與臨界滑動的位置Xc，從而爲判別庫區邊坡的穩定性、確定滑動規模和位置提供了理論依據.(4)通過應用現場實測資料進行初步驗證，結果表明本文提出的庫區邊坡穩定實(shí)數計算方法與實際吻合較好.但鑑於現有的實測資料比較缺乏，本文研究成果尚有待於進一步驗證和完善.　　參考文獻　　[1]申潤植，等.坡面框架工程設計與施工方法[M].日本山海堂出版社，1997年8月

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