三峡库区水位波动对库区边坡稳定性的影响

三峡库区水位波动对库区边坡稳定性的影响

杨洪林

宜昌顺安地矿工程技术有限公司湖北宜昌443000

摘要：三峡库区是我国滑坡等地质灾害多发地区，库区水位的升降波动是诱发水库库岸发生滑坡或不稳定的首要原因，笔者通过地质调查，运用工程地质分析原理和模型试验模拟库水位的变化，得出滑坡在库水位变化过程中破坏的一般规律。

关键词：水位波动；边坡稳定性；滑坡；模型试验

由于地质特性及库区蓄水的原因，三峡库区是地质滑坡及不稳定边坡等地质问题多发地带。据不完全统计，三峡库区在175m库水位影响的范围内共有大小滑坡2000余例，此外各类不稳定边坡的分布十分常见。自2003年135m蓄水开始，2006年水库蓄水达到156m以来，绝大多数滑坡在水位逐渐但缓慢上升和稳定蓄水状态下的长时间浸泡的考验并没再次活动。但三峡大坝基本完工后，三峡水库逐步开始正常且更高水位的蓄水运行，三峡大坝的坝前水位在较短时间内145m-175m之间升级波动，水位变化幅度达30m。研究发现，三峡库区水位的波动侵蚀了山体，降低了极大多数岩体强度，减轻了岩体有效重力，而且对库岸边坡内地下水位分布有很大影响，特别是水位升降波动过程容易使原己稳定的滑坡再度失稳。

三峡库区蓄水位高，库岸滑坡危害较大，例如：（1）在某些狭窄地带，大量的岩土体甚至山体滑入水库，直接减少了库容，还可能造成坝前坝，影响水资源利用；（2）若突发剧烈滑坡，滑体极速滑入水库，会造成巨大的涌浪，对大坝的安全及电站的运营、库区周边人民安全带来较大威胁。水库蓄水后会对库区存在的大量滑坡产生不利影响，所以研究库水位的变化对滑坡稳定性的影响有重要意义。

1库区水位波动对库岸滑坡的影响

水库蓄水或调度期间，水位相对来说是骤然升降，此时库容水位的变化将直接导致库岸边坡地下水动力场发生变化。

1.1水位上升期空隙水压力作用于库岸边坡

如图1在库水位还未上升之前库岸边坡情况，图2表示库水位上升之后库岸边坡情况。

图1库水位上升之前库岸边坡情况

图2库水位上升之后库岸边坡情况

由图1和图2可知，由于库水位的上升，增加了库岸边坡的浮重度区和饱和重度区。减小库岸坡体的抗滑稳定性，但一般而言库水位上升，库岸边坡的浮重度区增加较饱和重度区增加的多，加上库水对岸坡的压力作用，从力学关系上看，库水位的上升使库岸边坡的稳定性降低。在一些相对形态特殊的边坡，库水位的上升会降低库岸边坡的稳定性，如图3“靠椅状滑坡”。

图3靠椅状滑坡受水位影响的力学变化

由图可知，由于库水位的升高，使边坡潜在滑动面上的孔隙水水压力增高，由有效应力原理σ=σn-pw，使有效应力减小，边坡的莫尔强度圆向莫尔强度包络线靠近，降低了库岸稳定性。

1.2水库水位骤然下降期地下水渗透压和饱水加载作用于库岸边坡

如图4表示在库水位还未下降之前库岸边坡情况，图5表示库水位下降之后库岸边坡情况。

图4库水位下降之前库岸边坡情况

图5库水位下降之后库岸边坡情况

由图可知，在库水位下降之后，由于库岸边坡的渗透系数的影响，原来饱水的饱和重度区排水出现滞后，使得在库水位下降也滞后，库岸边坡依然部分保持饱水状态。这种现象的存在，使得这时边坡中所饱含的水对潜在滑动面有一个向外的渗透压力p=γw•i•S，降低了边坡的稳定性。同时由于这种滞后，在库水位下降之后增加边坡的荷载——饱水加载效应，发生滑坡现象。

2模型试验模拟水位波动变化对库岸边坡稳定性的影响

就三峡库区水位波动对库岸边坡稳定性的影响，按相似原理设计滑坡模型，研究水库水位的波动变化对滑坡体位移及内部孔隙水压力的影响。

实验模型水库的蓄水及泄水过程，在第10小时50分时135水位开始蓄水，在第13小时20分蓄至135水位。在第26小时30分时，又开始蓄水，在第28小时蓄至175水位。在第31小时开始泄水，第31小时30分至135水位。之后水位持续135水位，直至第53小时。在整个过程中滑坡体内孔隙水压力及位移的变化曲线如图6和图7所示。

图6孔隙水压力随时间变化曲线

图7位移随时间变化曲线

图6取的滑体前缘处孔隙水压力传感器所测得的数据，图7为滑体中部的位移变化情况。从图6和图7中可以清楚地看出在相应的时间点孔隙水压力和位移变化的情况。图6清楚地反映了库水位的变化过程。图7则反映了库水位变化时，相应的位移变化。从图7可以看出几次大的位移变化全部发生在库水的蓄水过程中，尤其是在135水位的蓄水过程中位移增量达到了12mm，占总位移量的69%左右。而在175水位的蓄水过程中位移增量只有4mm，占总位移量的20%左右。

经过实验研究，分析得出：

（1）库水的浸泡对滑体的影响

在实验中发现，在蓄水过程及水位保持过程中的下部、中部及上部的孔隙水压力变大，位移逐渐增大，但从滑体前缘至后缘位移逐渐减小。尤其是滑体的前缘，其在库水位浸泡下达到饱和状态，从而失去强度而发生破坏。

（2）库水位变化对滑体的影响

在蓄水过程中由于土体中含水量的增加，使土体中孔隙水压力增大，而抗剪强度相应降低。在放水过程中库水位以下的土体中孔隙水压力减小，而此处的土体由于处于饱和状态而失去抗剪强度。由于本次试验采用了渗透系数较大的细沙，故在水位下降过程中滑体中的孔隙水压力减小的速率较大，而滑体中部以上土体的位移则基本上没有发生变化。

3结束语

对三峡库区水位波动对库岸边坡稳定性的研究方法，还有许多前人作出了更多的研究，如利用非饱和土力学中渗流和抗剪强度理论等等。由于专业技术水平有限，本文是通过利用工程地质分析原理分析和模拟实验，发现库区蓄水使滑坡的前缘达到饱和而抗剪强度降低。在库水位上升阶段，坡体的浮重度区和饱和重度区增大，加之孔隙水压力作用，水库岸坡的抗滑稳定性降低；而在水位下降阶段，由于地下水的渗透压力作用和地下水的饱水加载作用使水库岸坡变得更加的不稳定。

参考文献：

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[2]韩东海.库水位波动对石佛寺水库滑坡体稳定性的影响[J]，水利规划与设计，2018（03）

[3]赵瑞欣，殷跃平，李滨，王文沛.库水波动下堆积层滑坡稳定性研究[J].水利学报，2017（04）