泄洪雾化雨作用下岩质高边坡稳定性

1、泄洪雾化雨作用下岩质高边坡稳定性摘要：泄洪雾化对边坡的稳定性有影响不可忽视，根据 非饱和渗流计算基本原理，利用二维有限元方法计算了典型 剖面的渗流场特征，分析了其对边坡稳定性的影响，提出了 相应的边坡加固工程建议。abstract :the impact of flood-dischargingatomization on the stability of the slope can not be ignored , according to the basic principles of unsaturated seepage calculation, the seepage field c

2、haracteristics of typical profile was calculated by using two-dimensional finite element method , its impact on slope stability was analyzed, and proposals of the slope reinforcement project were proposed.关键词：岩质边坡；泄洪雾化；渗流；加固key words :rock slope ； flood-dischargingatomization； seepage； reinforcement

3、中图分类号：tu4文献标识码：a文章编号：1006-4311 (2012) 36-0073-021水文地质条件边坡岩体地下水主要为基岩裂隙水，1850m高程以下分 布的大理岩，岩溶程度微弱，属岩溶裂隙含水地质体。1850m 高程以上分布的变质砂岩和粉砂质板岩，节理裂隙较发育， 属基岩裂隙含水地质体。边坡岩体透水性受风化、卸荷程度 和nwnww （垂直边坡方向）向结构面发育程度的影响。大 理岩段水平深度150m200m以外、砂板岩段200m330m以 外的新鲜岩体透水性具中强透水与弱透水相间特点。强卸荷 带和深部裂缝区岩体具有强透水性特征，随着卸荷程度的减 弱岩体渗透性明显减弱。两岸地下水位埋藏

4、深，水力坡降平 缓（4%左右）。左岸570m水平深度以内地下水位与江水位基 本一致，地下水位保持与江水同步变化。地下水接受降雨入 渗补给，岩体以垂直补给的非饱和渗流为主，总体上为地下 水补给河水。2泄洪雾化问题该水电站泄水及消能建筑物由拱坝坝身4表孔+ 5深孔 + 1右岸泄洪洞及坝后水垫塘+二道坝组成，校核洪水位时 总泄量为13310m3/so泄洪雾化雨将引起下游边坡岩体非饱 和带压力水头升高，甚至局部饱和，易引起边坡岩体破坏。 为正确评价边坡岩体的稳定性变化情况，必须合理模拟边坡 雾化降雨过程渗流场变化，在此基础上才能合理的评价边坡 岩体稳定性，并提出合理、可行的工程控渗及边坡加固措施。3雾

5、化降雨条件下边坡渗流分析3.1饱和非饱和渗流计算基本原理模拟降雨入渗的饱和非饱和渗流问题的数学模型为： klkl (h) h+khkh (h) +s=c (h) +bsh(x, y, z, t)=hb (x, y, z, t)h (x, y, z, t) | 二h(x , y , z , t) -klkl ( h ) l+klkl ( h ) nl | =qh-khkh (h) a+klka (h) n | ?叟0 且 h | =()-kk(h) h+khkh (h) nh | =! (t) (1) 式中：s为源汇项；c为容水度；b参数，非饱和区为0,饱和区为1； ss单位贮水系数，对非饱和体

6、ss=0,饱和 体为一常数；t为时间变量。qn为法向流量，向外为正；ni 为边界的单位外法线方向余弦；t0为初始时刻；i (t)为入 渗率；？祝1为水头边界；？祝2为流量边界；？祝3为饱 和逸出面边界；？祝4为降雨入渗边界。采用galerkin加权余量法求解，上述饱和非饱和渗流 问题的微分方程可表示为：kh + s = f (2)实际计算时，一般采用8节点等参单元对空间进行离散, 采用隐式差分格式对时间进行离散来求解。在非饱和渗流数 值计算时存在以下问题：材料非饱和水力参数的确定，计算 范围初始水头场的确定，逸出面边界条件的处理，降雨入渗 流量的确定，高效求解器的选择等。3.2计算范围选择左岸

7、典型剖面vi-vi (坝轴距为349.5m)进行雾 化降雨渗流计算。计算范围大致为：河床中心往岸坡以内750. 0m,垂直向高程在1490m2320m之间。3.3计算工况及结果为减小雾化雨入渗对边坡稳定性的不利影响，在雾化区 坡面均需采取混凝土护坡和坡面排水沟等排截水措施。考虑 坡面排截水作用，计算中分别取雾化雨强的100%、30%和10% 作敏感性分析。图1为vi-vi剖面第8天时渗流场特征。计算结果表明，浅部滑动模式：初始时刻稳定系数为 1. 223,工况条件下，经1天降雨，稳定系数已下降至1. 182o 随着降雨的继续，稳定系数进一步下降，第3天稳定系数降 为1. 114o第4第6天泄洪

8、雾化雨期间，稳定系数降至 1.066o天然降雨和泄洪雾化雨结束后，由于局部地层一定 时间段压力水头的继续升高，导致第7天时稳定系数下降至 极低值，为1.054o随后稳定性缓慢回升。此条件下受降雨 影响稳定系数最大降幅为13.8%。考虑坡面排水作用（折减 为10%强度）的工况边坡稳定性变化规律与工况类似， 但影响程度明显降低，第6天时的极低稳定系数为1. 163最 大降幅i为4. 9%o4边坡稳定性计算滑动模式从1886m高程处以f5为滑动边界，至f2附近剪切弱卸 荷岩体（1112）、f2及强卸荷岩体（iv1）,从1666m高程处滑 出。如图2所示。 计算参数vi-vi剖面浅部和深部滑动模式初始

9、条件下（0天）的 滑面和条间强度参数见表lo计算结果及分析工况和工况条件下不同时刻边坡浅部稳定情况和 考虑vn度地震烈度条件下及采用锚索加固时边坡的稳定性 情况见表2。初始时刻稳定系数为1.223,工况条件下，经1天降 雨，稳定系数已下降至1. 182o随着降雨的继续，稳定系数 进一步下降，第3天稳定系数降为1. 114。第4第6天泄 洪雾化雨期间，稳定系数降至1.066o天然降雨和泄洪雾化 雨结束后，由于局部地层一定时间段压力水头的继续升高， 导致第7天时稳定系数下降至极低值，为1.054o随后稳定 性缓慢回升。此条件下受降雨影响稳定系数最大降幅为 13. 8%o考虑坡面排水作用（折减为10

10、%强度）的工况边坡 稳定性变化规律与工况类似，但影响程度明显降低，第6 天时的极低稳定系数为1. 163最大降幅为4. 9%o考虑vn度烈度时在工况条件下的极低稳定系数为 1.010,采用10m间距3000kn的锚索加固后稳定系数提高至 1. 198o5边坡加固建议方案雾化区边坡岩体的排水加固基本思路为“坡面截，坡内 排，岩体锚"，以确保工程岩体稳定。地表截、防、排水系统的作用主要是减少地表水入渗， 阻隔地表水与地下水的联系，并及时将地表水排离边坡范 围。通过在边坡一定高程及部位设置截（排）水沟、坡面喷 混凝土护面、坡面设排水沟、排水孔等组成排水系统。地下排水系统的作用是直接疏排雾化

11、暴雨期间岩体的地下水，降低边坡地下水位，减小渗透压力，提高边坡安全 度。其主要由主排水洞、支洞和洞内设置的排水孔组成。根据左岸雾化区髙边坡稳定性和渗流特征，地下排水系统的设计应注意以下原则：布置要合理，效果要可靠，利于管理与维护；排水 洞应设置在稳定岩体内；排水洞应尽可能兼顾安全监测及 边坡加固的施工要求；排水洞、排水孔应根据边坡水文地 质条件在施工过程中动态优化。系统排水孔的孔位根据现场开挖揭露的地下水特征及渗水逸出情况，进行适当调整，原则上在地下水发育部位和 地下水逸出处加密排水孔。边坡锚固设计原则：在左岸雾化区天然边坡稳定的前提下，考虑强雾化暴雨及地震等不利荷载作用下，通过施加系 统锚索

12、锚杆及坡面喷射混凝土等支护措施来保证工程边坡运行期的稳定性。1885m高程以下的f5及煌斑岩脉的上盘及f2的上下盘范围为重点加固的部位。坡面喷射混凝土的范围为1640m1806m之间，采用10cm 厚的素混凝土，对于局部稳定较差的部位可采用挂网喷钢纤 维混凝土，同时坡面应布置排水孔。表面遇断层破碎带或强 风化岩脉，建议采用混凝土塞进行置换处理。雾化区的排水加固措施实施应特别注意控制施工爆破 的影响，特别是对1680m高程以下的完整“基座”应避免受 到扰动。参考文献：1 richards, l. a. capillary conduction of liquids through porous media j physics, 1931