（水利工程专业论文）黄河李家峡水电站Ⅱ号滑坡稳定性分析研究.pdf

摘要 黄河李家峡水电站 i i 号滑坡稳定性分析研究 学科：水利工程 导师：李守义教授 陈永福高工 摘要 作者：廖元庆 答辩日期：2 0 0 2 3 李家峡水电站坝前i 【号滑坡属有蠕滑活动的老滑坡，体积为1 8 4 5 1 0 4m i ，为 预防滑坡涌浪危害，初期蓄水期间坝前设防高度1 5 m 。本课题对滑坡初期蓄水前 后实测蠕滑过程进行了分析证明滑坡在水位上升过程中经历了加速和减速过程， 水位稳定后进入减速蠕变状态。对滑坡滑带土进行剪切流变试验，得到长期强度 和进入加速蠕变的临界强度。以蠕变理论研究在库水位稳定一年半的条件下滑坡 的减速蠕变现象，证明滑带土粘滞系数随蠕滑过程不断增大，以对数曲线拟合滑 坡表部位移过程与实测值吻合较好。结合瓦依昂、界帕齐等水库滑坡实例，论证 水库滑坡从蠕滑转入剧滑的条件，而李家峡坝前滑坡则不具备这种条件。进行了 刚体极限平衡计算和有限元计算，证明i i 号滑坡的整体稳定系数在2 1 4 5 m 水位时 最低，在此水位以上，将随库水位升高而略增：但局部断面稳定系数有随库水位 升高而不断下降的情况。鉴于滑坡距坝太近，有一定风险，据此提山对i i 号滑坡 分别作局部开挖和局部促滑的处理方案。 关键词：滑坡蠕滑机制稳定性预测 西安理工大学工程硕士专业学位论文 m 呵a l y s i s & s t u d y0 ns t a b i l i t yo fn o 2la n d s l i d e f o rl i j i a x i ah y d r o p o w e rs t a t i o no ny e l l o wr i v e r m a j o r ：h y d r a u l i ce n g i n e e r i n g t u m t b ：p r o f e s s o rs h o u y il e e a u t h o r ：y u a n q i n gl i a o s e n i o re n g i n e e ry o n g f uc h e n n o 2l a n d s l i d el o c a t e da tt h eu p s t r e a mo fd a mo fl i j i a x i ah y d r o p o w e rs t a t i o n b e l o n g st oa n c i e n tl a n d s l i d ea c c o m p a n i e dw i t hc r e e pa c t i v i t i e s w h i c hv o l u n l ei s 1 8 4 5x1 0 6n 1 3 t h ed a mp r o t e c t e dh e i g h ti sd e t e m f i n e da s1 5 mh i g h e ra b o v e r e s e r v o i rw a t e rl e v e ld u r i n gi n i t i a lr e s e r v o i ri m p o u n d i n gp e r i o di no r d e rt o p r e v e n t i n gs u r g ed a m a g ec a u s e db yl a n & l i d e t 1 1 i sa r t i c l ed e a l sw i t ht h ea n a l v s i s c a r r i e do u ti na s s o c i a t i o nw i t hm e a s u r e dc r e e pp r o c e s sb e f o r ea n da f t e ri n i t i a ld a n a i m p o u n & n e n tw h e nl a n d s l i d eo c c u r s ，w h i c hs u g g e s t st h a tt h el a n d s l i d eu n d e r g o e s b o t ha c c e l e r a t i o na n dd e c e l e r a t i o np r o c e d u r e sa st h ew a t e rl e v e li n c r e a s e sa n de n d s u pw i t hr e t a r d e dc r e e ps t a t ea f t e rt h ew a t e rl e v e li si ns t a b i l i z e ds t a t u s t h es h e a ra n d r h e o l o s i ct e s t sr e l a t e dt os l i d i n gs o i lw i t h i nl a n d s l i d ez o n e sa r e c o n d u c t e da n d l o n g t e r n ls t r e n g t h “w e l la sc r i t i c a ls t r e n g t ho fa c c e l e r a t i o nc r e e pa r eo b t a i n e d a c c o r d i n g l y t h es t u d yo nr e t a r d e dc r e e pb e h a v i o ru s i n gc r e e pt h e o r yu n d e r c o n d i t i o no fr e s e r v o i rw a t e rl e v e ri ns t a b i l i z e ds t a t u sf o ro n ea n dah a l fy e a r d e m o n s t r a t e st h a tt h ev i s c o u sc o e 伍c i e n to fs l i d i n ss o i ls h a l li n c r e z s ea sc r e e p p r o c e d u r ec o n t i n u e s 。m e a n w h i l e t h ed i s p l a c e m e n tp r o c e s so f l a n d s l i d es u r f a c ea r e a f i t t e db yl o g a r i t h n f i cc u r v em a t c h e sc l o s e l yw i t hm e a s u r e dv a l u e s t h ec o n d i t i o n r e g a r d i n gt m n s f o m l a t i o nf r o mc r e e pi n t oi n t e n s i v es l i d i n go fr e s e r v o i rl a n d s l i d eh a s b e e ne l a b o r a t e dt a k i n gt h ee x a m p l e so fl a n & h d et a k e np l a c ei nw a y i o n gr e s e r v o i r a n d j e p a c h ir e s e r v o i ri n t oc o n s i d e r a t i o n ，w h i l et h el a n & l i d eo f l i j i a x i ah y d r o p o w e r s t a t i o nh a sn os u c hc o n d i t i o n t h er i 西d1 i n f i te q u i l i b r i u mc o m p u t a t i o na n df i n i t e e l e m e n tc o m p u t a t i o nh a v eb e e np e r f o r m e dw h i c hc o n c l u d e dt h a tt h ei n t e g r a l s t a b i l i t yc o e f f i c i e n to f n o 2l a n & f i d es h a l lb et h em i n i m u mv a l u ew h e nw a r e rl e v e l i s2 1 4 5 ma s 1 ，t h e nt h ec o e 伍c i e n ti n c r e a s e ss l i g h t l ya st h er e s e r v o i rw a t e rl e v e lr i s e s u p ，d l e r ee x i s t s ，h o w e v e r ，af a c tt h a tt h es t a b i l i t yc o e 伍c i e n to fl o c a ls e c t i o nm a y t e n dt od e c r e a s ec o n t i n u o u s l ya l o n gw i t ht h er i s eo fr e s e r v o i rw a t e rl e v e l b e c a u s e t h el o c a t i o no f l a n d s i d ei st o oc l o s et ot h ed a mw h i c h p r e s e n t sr i s k st os o m ee x t e n t ， d l et r e a t m e n tm e t h o d o l o g yi n v o l v e di nl o c a le x c a v a t i o na n d1 0 c a ls l i d ep r o m o t i o n f o rn o 2l a n d s l i d eh a sb e e np r o p o s e d k e yw o r d s ：l a n d s l i d e ；c r e e pm e c h a n i s n l ；s t a b i l i t y ；f o r e c a s t 1 前言 1 前言 1 1课题的由来 近坝库岸滑坡在蓄水后的稳定性预测，是涉及到电站安全运行和充 分发挥电站经济效益的重要技术问题。6 0 年代初期国内外一些灾害性水 库滑坡引起人们的重视。特别是坝前滑坡，受其稳定性的控制和涌浪危 害，水库不得不分期蓄水和限制水位运行，严重影响电站效益。 李家峡水电站位于黄河上游青海省境内，坝型为混凝土双曲拱坝， 最大坝高1 5 5 m ，坝顶高程2 l8 5 m ，正常蓄水位2 1 8 0 m ，总库容 1 6 5 x 1 0 9 m 3 ，坝后式双排机发电厂房，总装机容量5 4 0 0 m w 。1 9 9 6 年1 2 月下闸蓄水，1 9 9 7 年2 月第一台机组发电，2 0 0 0 年6 月库水位已蓄至 2 1 7 0 m 。 李家峡i i 号滑坡坝前位于左岸坝轴线前8 3 0 - - 2 0 9 0 m ，方量为1 8 4 5 x 1 0 4 m 3 。为顺层滑移溃曲破坏、有现代活动的古滑坡。水库蓄水前，滑 坡处于匀速蠕滑的临界稳定状态。1 9 9 6 年下闸蓄水以后，滑坡表部开裂 变形，产生小位移滑动，位移量为0 5 3 5 m ，无明显涌浪。1 9 9 9 年7 8 月，库水位达到2 1 6 0 m ，滑坡位移速率未发生明显变化，在缓慢减 速的同时，解体变形的差异性也在逐渐减小，滑动有向深部滑面转移的 趋势。分析其安全系数的余度，对比其他工程实例，仍不能排除危及大 坝安全的涌浪危害。 随着大坝工程的竣工，电站将及早进入正常水位运行。为了确保大 坝安全，尽早发挥电站效益。为此，结合生产实际选择本课题做专题 研究，论证i i 号滑坡今后的稳定状况，提出有效治理方案，彻底解除坝 前滑坡的威胁。 西安j e s - 大学工程硕士专业学位论文 1 2 水库滑坡的国内外研究情况 水库滑坡是较常见的灾害地质现象，然而真正产生灾害性后果的比 较少见。六十年代初期国内外一些灾害性水库滑坡引起人们的重视。首 先是1 9 6 1 年3 月6 日我国柘溪水库1 6 5 万m 3 的塘岩光滑坡，引起我国 工程地质界的重视。该滑坡是在砂岩夹板岩层内沿顺坡的破碎夹层产生 的首次滑坡，剪切蠕动使滑面逐渐贯穿。滑面强度从峰值突然降低到残 余值和平直的滑面是产生高速滑动并引起涌浪翻坝的主要原因。1 9 6 3 年 1 0 月9 日意大利瓦依昂水库滑坡方量达2 7 5 亿m 3 ，使1 9 2 5 人丧生，水 库报废，令世人震惊。该滑坡是古滑坡，水库于1 9 6 0 年2 月蓄水，在 发生剧滑前该滑坡曾有3 年多的蠕滑过程，两次水位升高引起蠕滑的加 速都曾以降低水位的方法得到控制，但是在第三次降低水位时，滑坡从 蠕滑进入剧滑，酿成涌浪翻坝的灾难。从蠕滑进入剧滑的机理分析仍有 不同看法。 奥地利界帕齐水库于1 9 6 4 年开始蓄水。坝前一体积约2 0 0 0 万m 3 的 滑坡发生缓慢滑动。该滑坡为沿冰碛土滑动的堆积物老滑坡。经对该冰 碛土蠕变特性进行研究，证明其粘滞系数有很强的再生特性，其剪切试 样在剪应力维持不变或略有降低时，其剪切速率即逐渐降低到o 。加之 滑面前缘变缓并略有反翘，滑坡下滑使稳定性逐渐增高。采用分期蓄水， 该滑坡在发生减速且缓慢下滑水平位移1 1 1 5 m 后，水库于1 9 6 6 年9 月 已蓄水到设计正常蓄水位。 新西兰克莱得水库内有1 6 个蠕滑或静止的老滑坡，其体积一般3 0 0 万3 到8 0 0 0 万m 3 ，最大在1 0 亿m 3 以上。由于滑坡数量多，体积巨大， 预测蓄水后各滑坡稳定系数将下降2 2 0 ，风险巨大，决定采用增稳 措施。其处理原则是抵消蓄水效应并使失稳风险降低到可以接受的程 度，治理措施是以兼作勘探的排水洞为基础，结合公路建设做压脚，共 花费投资2 5 亿美元。处理工程于1 9 9 2 年4 月完工，同时水库开始蓄水， 1 前言 1 9 9 6 年6 月达到正常蓄水位，各滑坡未发生明显加速迹象。 我国许多水库滑坡有蠕滑迹象，由于失稳风险较小多未进行深入研 究。以蠕变理论的观点研究李家峡坝前滑坡从蠕滑进入剧滑的机理，预 测滑坡的失稳和运动方式，是富有实用性和创造性的工作。 1 3 课题研究的主要内容 在李家峡水电站的施工过程中，对i i 号滑坡进行了大量的勘测、试 验、监测和专题研究。在收集和分析已有成果的基础上，本课题拟开展 如下内容的研究工作： ( 1 ) i i 号滑坡的发育特征和监测手段 ( 2 ) 初期蓄水前i i 号滑坡的变形与运动特征 ( 3 ) 蓄水前l i 号滑坡的稳定性评价及涌浪预测 ( 4 ) 初期蓄水过程滑坡的动态特征 ( 5 ) 滑坡的蠕滑机制研究 ( 6 ) 初期蓄水后滑坡稳定性预测 ( 7 ) 滑坡工程处理方案 1 4 课题研究的指导思想 ( 1 ) 蓄水过程中的水库滑坡评价和预测应考虑滑坡动力学和运动学特 征。 在i i 号滑坡以往的专题研究中，对滑坡的失稳水位、解体形式、运 动方式以及涌浪的可能性等都做出了预测，其结论与初期蓄水过程中的 实际观测结果是一致的，判断是正确的。然而，在研究中采用国内外常 用的刚体极限平衡法和有限元、离散元等分析方法评价滑坡的静态稳定 性，为安全计仍以一般基于块体动力学的常规方法计算了一旦失稳后的 最大滑速。这一计算成果与实际相差甚远，实际只发生了较原来大的蠕 滑速率。说明基于质点动力学的常规计算方法不适用于滑坡的动力学分 3 西安理工大学2 i - 程硕士专业学位论文 析。为此，必须引进蠕滑体的力学概念进行滑坡动态分析。 ( 2 ) 以系统的原形监测资料分析滑坡体的蠕滑机制。 按固体蠕变理论，当应力大于长期强度而小于固体进入加速蠕变的 临界强度时，固体在初期蠕变之后只发生等速蠕变，其蠕变速率与应力 成正比。李家峡坝前滑坡长期处于蠕滑状态，其蠕滑速率与降水、河水 位等因素有关，可以认为它是一个蠕滑体。以实际监测资料对其蠕滑特 性、机制研究是最直接可靠的方法。目前，滑坡监测中最方便可行、最 常用的地表监测所得到的滑坡地表位移，既包含底部滑床的位移，又包 括滑体本身的变形。因此，可以把滑坡体统称为蠕滑体，对其在蓄水前 后水位基本不变的恒定荷载条件下，以及在蓄水期间荷载不断变化条件 下的实测位移进行分析研究，了解其蠕变特性。研究的关键在于论证其 是否有转化到加速蠕变的可能。 ( 3 ) 用典型剖面计算分析初期蓄水后不同水位下滑体的稳定性及滑面 的应力分布。对于经历蓄水后地形发生变化的各滑坡典型剖面，以刚体 极限平衡法和平面有限元法，计算不同水位下滑体的稳定性和滑面上的 应力分布，并与滑带土的蠕变力学强度进行对比分析，预测未来正常运 行水位下滑体的稳定性及其蠕滑形式。 1 5 课题研究的方法和步骤 ( 1 ) 收集初期蓄水后i i 号滑坡的地形、地质资料，校核、确定滑体边 界、块体结构、体积及依存关系，论证表部次滑体下滑引起坡脚地形的 演变过程和其阻滑作用。 ( 2 ) 对长期监测资料进行多因素相关分析，求得滑体变形和位移速率 与库水位、持续时间、地形变化、岩土强度的关系。 ( 3 ) 收集地下水位观测资料，论证地下水对滑体稳定性的影响。 ( 4 ) 收集、分析滑坡主、次滑带土现场物理力学指标测试资料和专门 性蠕滑试验资料。 4 1 前言 ( 5 ) 采用不同方法，在不同边界条件和参数组合下，对滑坡进行分析 和反分析，与实际变形和位移相互验证，预测滑坡在库水位上升和长期 运行条件下的动态变化，论证是否有产生突滑和剧滑的可能。 ( 6 ) 根据分析计算结果，提出滑坡治理的必要性和建议方案。 1 6 课题研究预期的主要成果 ( 1 ) 研究在初期蓄水过程中滑坡体浅表层发生塌滑破坏机制和主、 次滑体的滑移破坏机制。 ( 2 ) 对监测资料进行分析。研究在初期蓄水前后和初期蓄水过程中， 滑坡体的变形状态、蠕滑机制等。 ( 3 ) 从滑坡蠕滑动态分析，探讨滑体本身的剪切荷载与剧滑临界强度 的关系，预测滑坡在库水位增高后的位移速率变化以及是否有产生突滑 和剧滑的可能。 ( 4 ) 鉴于涌浪对大坝的直接危害。建议对滑坡进行增稳处理。 西安理工大学工程硕士专业学位论文 2 坝前滑坡发育特征及监测手段 2 1 i i 号滑坡发育特征 该滑坡位于左岸拱坝轴线上游8 3 0 2 0 9 0 m ，其下游侧缘位于导流洞 进口对岸偏上游2 0 5 0 r e ( 图2 - 1 ) ，是一个大型、深层、顺层溃屈破坏的 岩质滑坡，平面上形似鲤鱼形，面积o 3 2 k i n 2 ，纵向最大长度3 6 0 m ，沿河 床底宽1 2 0 0 m ，中部最大宽度1 2 6 0 m ，最大铅直厚度约1l o m 。前缘剪 出口出露高程2 0 4 7 2 0 6 5 m ，主渭区低于天然河水位；其次滑体前缘剪 出口高程2 0 7 5 2 0 8 5 m ；后缘最高处高出正常河水面2 4 3 m ，高出水库正 常蓄水位1 0 0 m ，总体积约1 8 4 5 1 0 4 m 3 。 图2 - 1 李家映水电站坝前滑坡平面位置圈 该滑坡发育在前震旦系层状混合岩中，后缘部分地段影响到第三系 红色砂岩，滑坡表部有厚0 5 4 o m 的坡积碎石土，呈不连续覆盖：高 2 坝前滑坡发育特征及监剥手段 程2 0 6 0 2 1 3 0 m 坡段岩层普遍倒转反倾；滑带中上部主要依附于层间弱 面发展，带内含有大量的泥质物：下部阻滑段切层发育，滑面平缓，带 内泥质物含量少，多咀碎裂岩块、岩屑为主。 该滑坡在蓄水前被一个后期活动微弱、地形突出成山脊的台锥形岩 体分为上、下游两部分( 1 i 一1 区及i i 一2 区，见表2 - 1 ) 。上游区方量约 4 4 0 1 0 4 m 3 2 1 8 0 m 水位时9 0 滑体均位于水下，且距水工建筑物远， 初期蓄水过程中，已经随库水位的上升产生大幅度变形调整，预测今后 不会对工程产生危害。 下游区方量大、且距水工建筑物较近，预测其失稳后会对工程有一 定的危害。因此，下游区是变形监测、研究及灾害防治的重点部位。 下游区纵向自然地形( 见图2 - 1 ) 具有上缓、下陡的特征，中、上部 坡度3 0 4 0 。，下部坡度4 0 5 0 。，伴有较明显的滑坡台阶；后缘圈 椅状原破裂壁高约4 5 m ，坡度6 0 7 5 。体积1 4 0 5 1 0 4 m 3 ，正常蓄水 位2 1 8 0 m 时，有6 0 的滑体位于水下。蓄水后i i 号滑坡上、下游区均 有多次差异性解体下滑的特征。在滑体结构上值得注意的是在滑体i i 一 1 区上游部位突出的似基岩组成的台锥形体( 据钻孔和5 2 # 硐揭示，岩 体产状正常，岩体完整性较好) ，在初期蓄水过程中，沿台锥形体后缘 的滑坡主滑面附近有l 1 3 m 的失稳错落，且裂缝向上游延伸，将原i i 号滑坡上、下游区贯通。以新产生的4 号缝为界，又进一步将下游区分 为2 - a 区及2 一b 区( 表2 1 ) 。 表2 - 1i i 号滑坡蓄水前后分区特征表 剪出口高程长度宽度面积 体积 铝直厚度水下体积 项目 ( m )( m )( 口)( k m 2 )( l0 - 1 )( m )( ) 下游区2 一a2 0 5 5 2 0 7 0 4 6 0 0 1 3 87 8 3 3 6 01 1 05 6 ( i i 一2 )2 - - b2 0 4 9 2 0 5 53 5 00 1 1 76 2 2 上游区( i一1 )2 0 9 5 、2 1 0 0 2 1 0 4 5 000 9 04 4 09 09 1 在工程施工导流期间，因上围堰水位壅高，曾使1 i 号滑坡蠕滑速率 加快。为减小围堰蓄水带来的不利影响，预防下游区发生较大滑动堵塞 西安理工大学工程项士专业学位论文 导流洞进口，做了“削头减载”约8 0 x1 0 4 m 3 处理，在2 2 1 0 m 高程上形 成一个宽约6 5 7 5 m 的倾斜台面，处理后速率回落。 2 2 监测手段及精度要求 2 2 1 野外地质巡视 野外地质巡视的目的：一是定期沿滑坡地表周边、拉裂缝及地下平 硐内的简易测点巡视、量测，获取宏观变形资料；二是观察随环境因素 ( 如大暴雨、河水位升降、地震、施工等) 突变引起滑坡的差异变形； 用巡视所得的宏观资料来校验其它手段的监测数据，指导综合、全面地 分析和判断滑坡动态。 2 2 2 地表监测 主要有大地测量点、简易测桩、收敛计等三种手段。 ( 1 ) 大地测量点 按控制点、监测站、滑坡监测点三级布设，在平面上呈网状。控制 点与监测站每年进行一次主网校测，各网点精度按i i 级水准控制，布设 位置在滑体外围地质条件良好、通视、便于观测的稳定基岩地带。 滑坡监测点共建6 0 个；经施工及蓄水期滑坡变形破坏后，现存5 8 个。 监测精度取决于监测站到监测点的距离、仪器误差及大气透明度等 多种因素。在拉裂缝附近的监测点，为了保持精度多采用短边交会法或 因地形限制用极座标法测定，其它部位监测点采用长边交会法。 短边交会法的仪器测量精度( 3 m m + 2 p e d ) ，长边交会法的仪器测量 精度( 5 m m + i p e d ) ，测角的仪器精度分别为1 0 0 ”，2 5 ”。考虑到 大气、距离的影响后，一般滑坡后缘拉裂缝附近监测点的综合误差 1 0 c m ，而其它部位监测点的综合误差2 0 c m 。 ( 2 ) 简易观测点 在拉裂缝两侧布设简易测点，定期用钢卷尺量测两测点之问的相对 8 2 坝前滑坡发育特征及监测手段 距离和高差变化，分析拉裂缝随时间的开裂规律。此方法的量测误差 1 m m 。 ( 3 ) 收敛计( 测缝计) 测桩共布设4 3 对测桩，因施工和蓄水期 滑坡变形而破坏2 4 对，现存1 9 对。每对桩上带有固定铰球，观测时用 收敛计观测出两桩间的相对距离，其误差0 5 m m 。 2 2 3 深部监测 主要包括勘探监测硐内玻璃条、砼带，倾斜仪钻孔及地下水位长观 孔等四种监测手段。 ( 1 ) 硐内玻璃条及砼带 滑体变形前，只要出现应力调整，硐内沿滑带就会出现剪切错动或 不均匀变形，从而引起设在硐内蠕滑带上的玻璃条产生破裂；发生较大 位移时，玻璃条就会错位、拉开直至脱落。玻璃条能定性和大致定量地 反映滑坡深部的变形情况。 砼带是沿硐壁根部抹置的一条宽3 0 e m ，厚1 0 c m 的水泥砂浆条带， 原则上由硐口抹到硐底。当硐内某一部位出现拉裂缝时，又可在裂缝两 侧设置简易点，量测两点之间的距离，掌握裂缝扩展的变化规律，其观 测误差1 o m m 。 ( 2 ) 倾斜仪钻孔 为控制地下深部各部位的变形特征，了解主、次滑带的深度，i i 号 滑坡上布设6 个倾斜仪钻孔。每个测孔的a + 槽方向都与主滑方向平行， 测管下入深度均在滑面以下5 l o m 。其观测精度0 5 m m m 。这些倾斜 仪对确定滑面位置起了重要作用，后来由于施工或滑坡过大变形，导致 滑坡的倾斜仪测孔全部报废。 ( 3 ) 地下水位长观孔， 用以测定不同季节、不同时段钻孔地下水位与滑动带的关系。i i 号 滑坡布置了9 个地下水位长观孔。 9 西安理工大学工程硕士专业学位论文 3 初期蓄水前滑坡变形与运动特征 在1 9 7 8 年开始的可行性研究阶段勘察期间，即发现i i 号滑坡并展 开勘察论证工作。1 9 8 1 年秋暴雨后，正值黄河发生2 0 0 年一遇洪水，滑 坡中上部先后出现了2 3 条长7 0 4 0 0 m 张裂缝；1 9 8 3 年下半年开始 滑坡监测工作。十多年来的监测成果表明，滑坡的变形和位移均具蠕变 特征；地表监测点运动速率受环境因素影响，包括降雨、河水位变化、 人类工程活动等；其主次滑体的运动在空间上也表现出差异性，呈现解 体的趋势。 3 1 环境因素影响 ( 1 ) 1 9 8 1 年8 月特大洪水后，滑坡后缘先后出现两条长3 0 0 m 和1 6 0 m 的裂缝； ( 2 ) 1 9 8 6 年9 1 0 月间9 0 号监测孔施钻时，在滑坡中上部出现长8 0 m 弧形张裂缝，钻孔完成后停止发展； ( 3 ) 1 9 8 6 年1 0 月上游龙羊峡水电站下闸蓄水，河水位下降导致4 6 ”、 4 4 # 、4 2 # 探洞内主滑带发生5 l o m m 错动； ( 4 ) 1 9 8 9 年8 月9 日特大暴雨导致前缘大量开裂，局部塌落：后缘沿 拉裂缝出现数个落水洞： ( 5 ) 1 9 9 0 年4 月2 6 日青海塘格木7 0 级地震导致前缘少量崩落，但无 整体加剧变形迹象： ( 6 ) 1 9 9 1 年1 0 月1 3 日上游围堰截流后，i i 号滑坡前缘河水位突涨8 l o m ，滑体中部出现差异变形，下游区后缘裂缝扩展5 2 0 m m ；此后陆 续发生观测孔错位和地面沉降等现象； ( 7 ) 1 9 9 1 年1 2 月开始对纵4 、纵5 剖面代表的滑坡中间地段削头减载， 1 9 9 3 年7 月竣工，共减载约8 0 1 0 4 m 3 。减载开挖线以下，地面变形速 1 0 3 初期蓄水前滑坡变形与运动特征 率1 2 4 5 7 6 m m m o n ；减载范围以外地面变形速率为2 8 7 8 1 5 m m m o n 。i i 号滑坡代表性测点变形历时曲线见图3 1 。 累计时闸( 天) 圈3 - 1 滑坡蓄水前代表性测点历时曲线 3 2 变形与蠕滑特征 ( 1 ) 沿主滑方向地面位移速率，上部 下部 中部，具有推移与牵引 相结合的特征，其原因是上部与下部地形较陡，中部地形较缓。地表位 移速率大于主滑面位移速率( o 1 5 2 2 0 n u n m o n ) ，是主滑面的2 5 2 2 倍：次滑面的稳定性低于主滑面，其位移速率也略大于主滑面，在地 表位移量中滑体本身的变形占了很大的成份。 ( 2 ) 受滑体表面地形，滑体各部位岩性组成、结构和主次滑面稳定性 不一等因素的影响，滑体在蠕滑变形过程中有明显的解体趋势。 西安理工大学工程硕士专业学位论文 4 蓄水前滑坡稳定性评价及涌浪预测 4 1刚体平衡稳定计算 蓄水前科研工作中，曾采用各种参数取值方案对i i 号滑坡主、次滑 体进行刚体平衡稳定计算。其结果除个别地段外，均在2 1 3 0 2 1 4 5 m 水 位时稳定系数最低，此后随水位之增高稳定系数将有少许上升。 计算成果列表4 - 1 。 表4 - 1i i 号滑坡在不同水位下稳定性计算成果 剖面号 滑面2 0 5 82 0 8 0 m2 1 1 0 田2 1 3 0 m2 1 4 5 m2 1 6 0 m2 1 8 0 m 纵3主1 0 61 0 00 9 30 9 00 8 90 8 80 8 8 主 1 0 3 0 9 90 9 70 9 7 09 8 1 0 01 0 2 纵4 次 1 0 3l _ 0 009 80 9 70 9 8i 0 0 1 0 3 主1 0 40 9 909 50 9 409 50 9 71 0 0 纵5 次 1 0 109 7 0 9 41 0 20 9 40 9 71 0 0 主1 1 4l _ 0 8i 0 31 0 2l0 31 0 5 1 0 8 纵7 次1 1 21 0 81 0 41 - 0 21 - 0 31 0 7 4 2 滑速及涌浪评价 4 2 1 滑速计算 蓄水前采用常规的势能、动能转化引起物体运动的物理学基本公式 进行滑速计算。具体计算方法有能量法( 美国土木工程师团推荐公式) 、 潘家铮法及严骏龙法。计算结果见表4 2 。用各种方法所得的最大滑速 值比较接近，i i 号滑坡滑速为9 1 2 m s 。 4 2 2 涌浪评价 采用了滑坡涌浪模型试验和涌浪计算相结合进行综合评价的方法。 涌浪模型试验比例尺为1 ：2 2 0 ，该项试验研究了不同蓄水位条件下，以 不同下滑体积和不同下滑速度多种组合时的坝前涌浪高度。涌浪计算则 4 蓄水前滑坡稳定性评价及涌浪预测 采用了诺达法( n o d a ) 、潘家铮法及水科院经验公式对坝前最大涌浪高度 进行了计算。成果见表4 2 。 4 2 3 前期研究结论 根据蓄水前i i 号滑坡变形及运动特征和各部位稳定性计算成果，预 计i i 号滑坡在蓄水过程中将失稳下滑，且认为在下滑过程中，可能一次 最大下滑量为3 0 0 1 0 4 m 3 。最低失稳水位为2 0 7 0 m 至2 0 8 0 m ，可能最 大滑速9 l o m s 。整体稳定系数在2 1 4 5 m 水位时最低，在该水位条件 下坝前】i 号滑坡涌浪高度为1 0 m ，建议设防的涌浪高度为1 5 m 。 同时还认为：滑坡稳定程度对水的作用很敏感，水库蓄水后随着水 位的上升滑体即开始向下滑移，并达到新的平衡，水位再上升，又再次 向下滑移，这个过程应是一缓慢滑动过程，产生涌浪危害的可能性较小。 鉴于滑坡距坝较近，上述认识尚待于实践的检验，为安全计还是以 计算滑速和涌浪试验成果为基础来评价其危害程度，并采取相应的防护 措施。 里室墨兰查兰三堡竺主主些芏堡笙查 4 _ 匿 ii ；i ii ：i 嫠 _ k 删 童矗! ! = | i = ：2 高=摹葶=：= 千t 控 骘 g 兰xx兰bb 0 0 f 楚 童 i i i i； 型 曩 燃燃 蠡蠹 *椭 蝗蝗 目曰 v 翅 蜊 瓣 恒世 建 采 髑 霪 燃 撼 垂 “ 竖 蝗 聋 餐 婆 * 蠹 燃 憾 目蝗 疆 价 翅 燃 d 赤 蒜 燃裳 理 日扑 z翅 h 目 埋 辖 燃 簧 坦 枭 一 l 毒 墨 艮晤 e 燃犀链 v 盎燃瓣 删 谦盎盎 襄 赡悔制 蟪孵 蟛 、，扑 囊 篮 翻 兽剐 趣 电碳 采目 卡最 薰3 廿+ 粥卡 髯 蛙= 捌 hh 妊 拒 磊喧审 - 蠢蒜 岙 5 初期蓄水过程与滑坡动态特征 5 初期蓄水过程与滑坡动态特征 5 1库水位的上升过程 1 9 9 6 年1 2 月2 6 日1 l 时下闸蓄水至1 9 9 7 年1 月2 6 日库水位从 2 0 5 5 9 5 m 升到2 1 4 5 m 高程，库水位较正常河水位上升8 9 0 5 m 。其上升 过程线见图5 - 1 ：上升特征见表5 1 。 d * t 图s - 1 蓄水期库水位上或历时曲线图 表5 - i 蓄水期库水位上升特征表 日搦特征水位稚幅平均日稚幅 岳注 ( 年月日j t i n ) 1 9 9 61 2 2 62 0 5 59 51 1 点3 5 分下闸蔷木 1 9 9 61 22 72 0 7 56 01 96 596 5 1 9 9 61 2 3 l2 0 9 3 1 7 43 9 1 9 9 7 0 1 0 32 1 0 20 0 29 4 1 9 9 70 10 92 1 2 50 0 38 3 1 9 9 70 11 i2 1 2 7 2 922 9i1 5 i 9 9 70 12 62 1 4 50 0l 77 li 】8 1 9 9 7 叭2 6 、1 9 9 893 0 库水位一直在2 1 4 4 2 1 4 6 n 之问波动 西安理工大学工程硕士专业学位论文 5 2i i 号滑坡动态特征 5 2 1 地表测点位移特征 自水库下闸蓄水后第二天即1 9 9 6 年1 2 月2 7 日起，滑体表面各部 位的拉裂缝就有不同程度的扩展，各测点位移速率迅速增长，由于滑体 结构的差异，各部位的变形量也不相同，总的特征是下部变形量最大， 具有自岸边向岸内呈递减的趋势。从1 9 9 6 年1 2 月2 6 日到1 9 9 7 年1 月 2 6 日库水位升到初期蓄水位2 1 4 5 m 的3 0 天中，前缘地带测点位移量均 大于1 0 0 0 m m ：中前部各点( i i 一5 6 、i i 0 8 、i i 一5 l 、i i 一1 0 、i i 一5 4 号测点) 位移量多在6 0 01 3 0 0 m m 之间，而且水平位移大于垂直位移 ( 图5 2 ) ；后缘地带位移较小，多为数毫米至1 0 0 余毫米( 图5 3 ) 。u 号 滑坡代表性测点位移速率见表5 2 。各测点位移速率最大时刻出现在库 水位上升的中后期( 2 1 2 8 2 1 3 0 m ) 。越过此点后，库水位升高，位移速 率却逐渐变小( 表5 3 、图5 4 ) 。 图5 - 2 号滑坡蓄水期级向变形矢量图图5 - 32 4 号涮点蓄水期位移历时曲线 5 初期蓄水过程与滑坡动态特征 w 7 ，7 月t ，7 i ，为，z ，皇 ， l 州$ 7 4 a r e i 3 一百位，一时向一杜关毫 ，朗，i 一，睢，月l ，* 9 7 1 2 ，59 7 1 1 2 7 ，7 ，i ” ，口1 7 拍t ， i 一，羞针n 借，棚7 ，7 用埘 曩7 卅i 位，一时一一瞧关鱼 ，i 打1 7 i ，蕾，萏g ? , l e q 5 帕巾，9 7 , i i r 3 坨) 曩4 一蕾位，一时异一桃美不蠢 t 5 爿i 住，一甘何一承位关摹鱼 图5 - 4 各箭面铡点时间一水位关系 5 2 2 地面开裂特征 地表先后出现不同规模、成带分布的裂缝4 0 余条( 图5 5 ) 解体特 征明显。地表裂缝主要可分为三种：前缘表层松动滑体中形成的小范 围拉裂一滑移缝；中前部表层顺层滑动、受冲沟切割影响形成的圈椅 状裂缝：中后部沿原主、次滑面裂缝进一步拉裂形成的长大裂缝。这 些裂缝的长度大多超过1 0 0 m ，平行库岸延伸，方向稳定，宽度大，是 i i 号滑坡的主要裂缝。如l # 、2 # 、3 # 缝( 图5 7 1 。 裂缝的开度随水位的升高不断增加，但拉开的速率却有明显不同， 西安理工大学工程硕士专业学位论文 和地表测点的变形速率一样，最大拉开速率也出现在2 1 3 0 m 水位以下( 表 5 - 4 、图5 6 1 。 5 2 3 块体滑动特征 综上所述，i i 号滑坡蓄水后的变形，在纵、横两个方向上都具有分块解 体趋势。其前缘表层坡体有部分块体滑入库内，但方量不大，滑距约3 7 m 。向岸内裂缝依次开裂，位移量值递减，主要表现为沿主、次滑面的 蠕滑( 图5 7 ) 。其最主要的变化是原下游区对应于主滑面的l # 缝己向上 游区发展并基本贯通，其新增长度约1 6 0 m ，累计位移已大于1 0 0 0 m m 。 9 o 暑 8 一 n品 器器 f 噼 啦 2i 篁 鲁 “螽 硒d一 。 三器 一 ：曼f 一 鲁蓦 n jn 二一 8 卜 ； l l 一 竹 害 噼 矗ff d蓥 t n ? 一翟 噶 i 若 fj 一 皇。 竺 n 宕 ； 一 h i 害 基 ； 一 呈 n 蓄 g 索 露 景 蕾 g * i壁 兽 m 竹 h 苍 螽 粤 崔 星 警 一 埋 囊 膏 啦 由 壤 v毫 鲁 旧 掣 捌水 霪冀 趟 罨 一 *芒v 葺鼍 世星 收 镯 氆富 智 智 群匡鲁呈f赣，牮*逍莨越屋譬雹鼍髑k膏群蕾冥龄楸髑异霸散蛭翼雉c-n群 甚譬； 譬骘 苗要童 。o 碰 8 ； 毒l 一 g 蔷单v 一 甚* ； 甘 警翼童 兽 二 g 碰一 啦 是 擘 鸯巨 鼍 一 * 岛 =燃 盏翠v 一 蔓 苫 e 删 甚异舍 誉 星 彘 苫莩熏 晡 二 嚣 群 皂 甚 莘g翟 蔷 蛞 璋l 薯誉宝 麓 = 掣v 帕n 嚣 咂 止 i 碰簪= = n 苫霎童 一 二兽 土 “ 甚一 氍 雾 女蜂l 一 誓翠 高 ；岈 一 宅 * 甚饕穹 8翱 莒霎童 o n “ 甚 d毒l 莹晕v 盛 巾 笛 斌 i 捌 嚣 v 一 一 暮 辐 备 售 时卜f噼 墨墨矗矗矗 群鼍髑幔爵习；群譬替磐伞ii n 请群 里主墨三查兰三堡塑主主些兰竺笙查 2 0 萎 篁 o兽 藿董 ff2 o o “一 萋 捌 蚕馨暑 鞋 一 聋 g 科 墩 龉 捌 裂 蹙 裂重 争( 厦 隶一 鲻 翼 曩 毯 g 丑 糕名 厘 鼎5 科 匿 捌 掣一 埋 茬5 j 嵋i 垦。 莲 蓦廿互 掣 唇裂 营错 垦 g 热 末器 萑兰 叫苔 舞尊 擐 墩导 q 翟! * 捌 科 差3 世* 肄= 计枷 簸 髻垛 擐 量 峰嚣 匡晦 皿 莒超 暑吐 崆壬 囊样 j 卜 甘甘 蟪 il 婀 拄嚣甘 烈审 瞳 旃藩 掣堪聋厘鲁掣鼍世垦r龄制甓群露阻察蛞，州目话峰乎群磐咿ii寸m僻 5 初期蓄水过程与滑坡动态特征 圃孵梧嚣訇啸逗冥嚣求嚣=i；隹凶箍卜酃安妒li兮罐| 。h，lhil叫，叫j 里童墨三查兰三! 墅主主些兰竺笙苎 ， i s砷i 图5 61 1 号滑坡l # 、2 # 、3 # 裂缝开展速率一时间关系 图5 7 号滑坡5 锕面裂缝沿主、次滑面分布倚图 时间( d ) n ” 靠 ” 伯 6 滑坡的蠕滑特性研究 6 滑坡的蠕滑特性研究 李家峡坝前i i 号滑坡是老滑坡在新环境下的复活。其最主要的特点 是：包括库水位上升到初期运行水位( 自围堰前河水位2 0 5 5 9 5 m 上升到 2 1 4 5 m ) 过程中曾有过速率较大的位移在内，蓄水前后十余年来滑坡一直 处于蠕滑状态。李家峡水库滑坡对工程的危害是剧滑形成的坝前涌浪， 而不是失稳，因为它们本来就已经失稳而长期处于蠕滑状态。现在的问 题是：在水库水位继续升高及将来运行期运行水位条件下( 水位反复升 降) ，这种蠕滑是否可能转化为剧滑。为此，除做一些必要的静态平衡 稳定分析外，以动态的观点，研究滑坡蠕滑特性问题。 李家峡i i 号滑坡是已发生过剧烈滑动的老滑坡。滑动后的岩体( 即滑 体) 具有松散或松弛程度不同的碎裂结构或碎裂块状结构特征。滑面或 渭带的组成物已经历过一次沿岩体中的软弱结构面自初始蠕变等速 蠕变加速蠕变的过程其组成物和微观结构反映的强度已基本稳 定，并达到残余强度。第一次滑动后受动能转化条件、河谷地形条件、 滑面剪出口形态、位置、滑带的排水固结作用等多因素的控制，滑坡趋 于稳定。 老滑坡的复活是因为已平衡的外界条件发生了改变，主要是荷载条 件的改变，最明显的因素是水，例如集中降雨和河水位的变化等。如果 荷载条件改变发生老滑坡二次滑动，下滑剪应力恰好相当于经长期固结 后的滑带长期强度与临界强度( 甚至峰值强度) 之间，滑体就不会向加速 蠕变阶段转化，滑坡运动表现为缓慢下滑，即蠕滑。蠕滑是稳定条件保 持在一种动态平衡之中的滑动。 蓄水前后的研究成果已证实，李家峡滑体中控制稳定的弱面仍为原 老滑坡中的主、次滑面( 滑带) ，滑带土的物理力学性质，应是滑体滑动 速率的控制因素之一，所以应以动态的观点，重点对滑带土的蠕滑特性 进行研究。在研究中借鉴了萧树芳等泥化央层的组构及强度蠕变特性 西安理工大学工程硕士专业学位论文 ( 1 9 9 1 年版) 一书中对泥化夹层蠕滑特性研究的一些成果；采取的试验手 段主要有：滑带原状土直剪试验、不同剪切速率、不同含水量的伺服剪 试验和滑带土的剪切流变试验等。 6 1滑带土的剪切强度 6 1 1 泥化夹层剪切强度 根据萧树芳等研究成果，泥化夹层的剪切机制与其颗粒组成密切相 关，其剪应力剪应变( t e ) 曲线，大致可分为4 种类型： ( 1 ) 塑型曲线一般为全泥型 一股峰值：f p = o