某水庫庫岸滑坡體滑速及涌浪估算

摘要：在長期自然營力后，大部分邊坡都漸漸趨于穩(wěn)定。但如果水文地質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化，穩(wěn)定狀態(tài)下的邊坡也可能失穩(wěn)。以水庫為例，在正常蓄水運行后，庫岸邊坡浸水巖土體飽水軟化；當水庫水位驟降時，來不及排出坡體內(nèi)部巖土體的一些孔隙水，會產(chǎn)生滲透作用。這兩種情況都增加了庫岸失穩(wěn)破壞的可能性。失穩(wěn)破壞后形成的滑坡體沖入庫區(qū)，將嚴重影響水庫大壩安全。計算滑坡體沖入庫區(qū)的滑速和造成的涌浪高度，評估其對大壩的影響。

關鍵詞：水庫；滑坡體；滑速；涌浪

中圖分類號：TV697.3 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）09-00-03

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Estimation of Landslide Velocity and Surge in a Reservoir Area

LIU Jun， FANG Yuxi

（Hunan Hongyu Engineering Group Co.， Ltd.， Changsha 410007， China）

Abstract： After long-term natural forces， most slopes gradually tend to stabilize. But when the hydrogeological environment changes， stable slopes may also become unstable. Taking a reservoir as an example， after normal water storage and operation， the saturated rock and soil on the reservoir bank slope soften; When the water level of the reservoir drops suddenly， some pore water in the rock and soil inside the slope cannot be discharged in time， resulting in infiltration. Both situations increase the possibility of instability and damage to the reservoir bank. If the landslide formed after instability and damage rushes into the reservoir area， it will have a serious impact on the safety of the reservoir dam. Calculate the sliding speed and surge height caused by the landslide body rushing into the reservoir area， and evaluate its impact on the dam.

Keywords： reservoir; landslide; sliding speed; surge

水庫正常蓄水運行后，庫岸邊坡會受到浸水的影響，導致巖土體出現(xiàn)軟化、崩解或沉陷等現(xiàn)象。這種變化會對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響，因為巖土體的飽水軟化會導致土顆粒間的摩阻系數(shù)減小。摩阻系數(shù)減小意味著土顆粒之間的摩擦力降低，這可能會加劇邊坡的不穩(wěn)定性。尤其在庫水位突然下降時，潛在滑坡體內(nèi)部巖體、土體中的孔隙水不能及時排出，孔隙水對潛在滑動面產(chǎn)生滲透作用，造成潛在滑坡體的抗滑力下降，增加了邊坡失穩(wěn)破壞的可能性[1-2]。某水庫正常運行20多年后，庫區(qū)內(nèi)的一處古滑坡體逐漸復活。近年來，該滑坡體一直處于緩慢變形階段，如失穩(wěn)整體入庫將造成巨大涌浪，對水庫的安全運行造成不利影響[3-5]?；诖耍浪阍摶麦w沖入庫區(qū)的滑速及造成的涌浪高度。

1 滑坡體基本特征

某水庫位于湖南省江永縣永明河支流古宅河上，于1993年9月動工修建，1999年12月完工，壩址坐落在江永縣千家峒鄉(xiāng)大畔村境內(nèi)。2022年，對該水庫進行安全評價時發(fā)現(xiàn)，距大壩約100 m的一處古滑坡體逐漸復活。2023年，對該古滑坡體進行了初步勘察，共布置5個機鉆孔和1個槽探坑，共4條勘測線，初步查明滑坡體的基本特征?；氯踩鐖D1所示。

滑坡體位于庫首左岸，滑坡體下游邊緣距左側大壩約100 m，為圈椅狀斜坡，朝向南東，滑舌、后緣壁、側壁、滑坡臺階等要素發(fā)育齊全?；麦w前緣向河床鼓脹明顯，高程約為383 m，滑坡的前緣寬約為250 m，呈舌狀伸入河床，前緣山坡平均坡角為40°。后緣分布高程約為480 m，地形坡角為15°～25°，前后高差為97 m。滑坡主要為順層滑坡，滑坡體長度接近240 m，其最大埋深為35 m，總體積約為88.3×104 m3。

1.1 滑坡體巖土特征

滑坡體表面分布有厚0.0～10.5 m的礫質(zhì)黏土，為滑坡體表面的次生風化和坡積形成，粉粒、黏粒含量為50%～65%，呈可塑狀，結構較密實，礫石成分為砂巖，多呈次圓、次棱角狀，含量為30%～35%。下部為含黏土質(zhì)碎石土，堆積雜亂，鉆進時失水嚴重，無回水，局部存在掉鉆現(xiàn)象，厚度為10～30 m。

1.2 滑帶巖土特征

滑帶為含礫粉質(zhì)黏土，粉粒、黏粒含量為78%，呈可塑狀，滑帶物質(zhì)結構較密實，室內(nèi)試驗滲透系數(shù)為3.55×10-5 cm/s，呈弱透水性。取小型環(huán)刀樣室內(nèi)試驗測得黏聚力為18.2 kPa，內(nèi)摩擦角為14.9°。

1.3 滑床巖土特征

滑床巖性為淺灰綠色中厚層狀粉砂巖。基巖面呈強～弱風化狀態(tài)，基巖呈弱透水性?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)在滑坡下游邊界滑床呈上陡下緩趨勢。

2 滑坡體滑速計算

滑坡體滑速計算是涌浪計算的前提，參照《建筑物的抗滑穩(wěn)定和滑坡分析》中的方法計算滑速[1]。先將滑體等距豎直分條，取每條單寬?L為20 m，共分為12個條塊，將每條塊視為剛體質(zhì)點?；麦w巖土體重度為23.3 kN/m3，計算時忽略滑塊間的剪力作用，假定滑面上只存在摩擦力，滑坡體也不存在孔隙水壓力。根據(jù)《建筑物的抗滑穩(wěn)定和滑坡分析》中的滑坡體滑速估算相關分析過程，引用3個公式。

（1）

（2）

（3）

式中：αx表示滑體加速度；α0表示t0時刻的滑體加速度；Wi表示各分條自重；W表示滑體自重；Ui表示各分條低的孔隙水壓力；fi表示滑面上的摩擦系數(shù)；Ci表示各分條滑面上的內(nèi)聚力；αi表示各分條地面與水平面夾角；g表示重力加速度，取10 m/s2；表示滑體滑速。

α0和t1時刻初的滑體速度可以表示為

（4）

（5）

每次按滑體移動20 m距離計算，代入第1條塊的自重及其與水平面的夾角，可得α0為0.579 m/s2，為4.81 m/s。依次代入12個條塊的各參數(shù)后得出最大速度為7.2 m/s，坡面平均傾角取40°，水平運動速度為5.5 m/s，垂直運動速度為4.6 m/s，滑坡總歷時為14 s

3 涌浪計算

潘家錚提出的涌浪計算方法是在E.Noda方法的基礎上考慮涌浪的傳播特點，即涌浪產(chǎn)生后先向?qū)Π秱鞑ィ傧蛩闹軘U散[1]。計算過程中將整個涌浪過程視為一系列小波的線性疊加，并且假設每個小波都是孤立的，最后采用簡化的數(shù)學公式代替逐波疊加。

當岸坡以速度v'作垂直變形時，激起的初始浪高ξ0可以表示為

（6）

式中：ξ0為激起的初始涌浪高度；h為水庫平均深度；v'為岸坡水平運動速度；g為重力加速度。

當時，。當時，呈曲線變化。當時，。由可得，當岸坡發(fā)生垂直運動時，激起的初始涌浪高ξ0為7.34 m。

滑坡涌浪在河道中的傳播衰減主要用潘家錚提出的方法進行計算。假定兩岸為平行陡壁，庫區(qū)水面寬度為B，取值為140 m，滑坡范圍L內(nèi)的斷面尺寸一致，岸坡變形率為常數(shù)（即滑速為常數(shù)）。滑坡體對岸為山體，較為陡峭，無建筑物，岸坡變形基本上屬垂直變形，故計算時主要考慮涌浪對大壩的影響。

滑坡涌浪傳至右岸壩址A'（由于左右岸方向不同，該點據(jù)滑坡體邊緣約150 m）點產(chǎn)生的最大涌浪高度為

（7）

式中：?h為A'點產(chǎn)生的最大涌浪高度；CK為波的反射系數(shù)；x0為滑坡至A'的距離，本工程根據(jù)測量及調(diào)查滑坡距壩址距離取值為275 m；L為滑坡體的寬度，取250 m；n為級數(shù)應取的次數(shù)；θn為第n次入射線與岸坡法線的夾角，B為庫區(qū)水面寬度。

波速c可以表示為

（8）

根據(jù)《建筑物的抗滑穩(wěn)定和滑坡分析》[1]中的滑坡涌浪估算過程，首先計算（x0-L）/B、x0/B。帶入數(shù)據(jù)可得（x0-L）/B為0.179，x0/B為1.964。由0.179、1.964在圖2中的橫坐標依次定為a、b兩點，并由此二點引垂線與“0”波線相交，分別得到a'、b'兩點，再從a'、b'兩點開始，向上量取時段T/?t。經(jīng)過計算，得到滑坡總歷時T為14 s，ξ0/H為0.288，c為19.4，?t為7.2，T/?t為1.94，觀察在這段垂直范圍內(nèi)所含的負波個數(shù)，就是式（6）中級數(shù)應該取的項數(shù)。由《建筑物的抗滑穩(wěn)定和滑坡分析》[1]可知，級數(shù)只取1項。級數(shù)只取1項表明壩址A'點的最高涌浪基本完全取決于初始浪高，反射波對其影響不大。代入數(shù)值后經(jīng)計算得?h為6 m。

4 結論

采用潘家錚提出的涌浪計算方法估算水庫的潛在滑坡體滑速和由滑坡激起的初始浪高，并且初步計算了傳至壩址A'點的最高涌浪。計算結果表明，該滑坡最大滑速為7.2 m/s，在滑坡對岸引起的初始浪高為7.3 m，由于該滑坡體距離大壩很近，僅150 m，計算得出傳至壩址A'點的最大浪高接近6 m。由計算結果可知，如果該滑坡體滑塌，產(chǎn)生的涌浪會危及大壩安全。因此，建議治理該滑坡體，以保障大壩安全。

參考文獻

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