水利水电工程滑坡稳定性研究

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1滑坡形成机理分析

导致滑坡发生的原因主要包含内在因素和外在因素两个方面。内在因素主要为地下水状态、地质构造、原始应力状态、岩土体性状、岩体结构、滑坡形态等。外在因素主要为施工开挖或者施工回填所引起的荷载及应力调整，施工过程中爆破所引起的动力荷载及岩体损伤，地震导致的应力瞬时变化，水库水位变化，水库蓄水量、河流侵蚀、融雪、降雨等引起的地下水位变化等。

1.1原始应力状态

岩体节理裂隙发育及滑坡变形特征主要受地应力的影响和控制，因此地应力对对岩体的变形产生直接性的破坏作用。

1.2地下水状态

地下水对滑坡产生的作用主要体现为化学作用、物理作用和力学作用。①化学作用。当在滑坡体中存在含盐的粘土质页岩等易溶于水的矿物时，其受到水侵蚀后给予被软化，部分矿物成分在受到水的浸泡后会出现膨胀，滑坡体含水量的改变会使岩石的风化作用不断加剧。这些作用的存在均会对岩体的结构产生严重的破坏作用，最终导致滑坡使其稳定性，进而发生滑坡。②物理作用。地下水位的改变会使岩土体的容重也在不断发生变化，进而导致滑坡应力状态也在不断改变。岩土体受到水的浸泡后其饱和度会不断增加，当其饱和度达到完全饱和状态时，内摩擦角、凝聚力均会出现一定程度的减小，进而降低岩体抗剪强度，最终导致滑坡的抗滑稳定安全系数不断降低。部分软弱砂岩和岩石，从非饱和状态转变为饱和状态时，变形模量会不断减小，进而导致滑坡体产生裂缝。在水流的作用下，存在于坡体裂缝中的相关填充物会不断流失，进而导致坡体出现散浸、管涌等现象，最终导致坡体失去稳定性。③力学作用。滑坡体处在饱和状态时，存在正孔隙压力，有效应力不断减小，当在滑坡内部存在较大面积的孔隙压力时，坡体可能会失去稳定性。受水力梯度作用，存在于滑坡内部的水会出现浮托力、渗透力的渗流荷载。一般情况下，水渗透力方向均是与滑坡的方向保持一致性，浮托力的方向表现为向上，因此导致坡体的稳定性不断降低。有隔水层存在于滑坡内部时，渗流荷载变成为直接对隔水层发生作用的静水压力，裂隙深度变大时，存在于裂隙内的相应静水压力也随之不断变大，进而导致水力劈裂发生，最终引发滑坡。滑坡内的裂隙不断扩大时，水流速度会不断加大，在这个过程中产生的动水压力会直接降低滑坡稳定性。此外，岩土体性状及岩体结构也是导致滑坡发生的重要因素。

2应用有限单元法对滑坡稳定性进行分析

2.1有限单元法概述

有限单元法（FEM）为一种主要应用于对具有复杂性的工程结构进行研究的一种重要的数值分析方法，其在本质上被归纳于质力学理论范畴。与传统极限平衡法等相关结构分析方法相互比较，有限单元法在应用过程中主要表现出以下优点：①可有效地地貌、地形、地质条件存在复杂性的工程结构进行有效分析。②无需事先对破坏面的位置或者形状进行假定。③在进行计算的过程中可同时对各种存在复杂性的材料本构关系、约束条件、荷载进行模拟。如可对岩体中存在的渗流、混凝土不均匀温度场、初始地应力场等进行有效模拟。④该种方法对变形协调条件、本构关系已经进行考虑，因此在应用过程中无需再引入初始地应力场假定条件，保证理论体系具有更好的严密性。

2.2有限单元法基本原理

有限单元法将存在连续性的介质转化为离散介质(单元)的组合，使用有限的多个单元组合体来代替原理具有连续性的介质。各个单元主要是通过结点来实现相互间的连接。结点位移主要作为基本的未知量存在，通过虚功原理或者变分原理建立起对结点位移进行求解的联立方程，由结点位移用形函数插值获得单元内位移，然后再对单元内应变、单元内应力进行计算。在计算过程中，形函数的阶次越高，单元所表现出来的适应能力就越强，但同时刚度矩阵的运算复杂性也大大增加。所以对形函数的阶次进行合理选择具有极为重要的意义。

3水利水电工程滑坡灾害评价及应对措施

3.1滑坡灾害评价

在对水利水电工程滑坡灾害进行评估的过程中，首先要对导致灾害发生的主要因素进行明确。以具有主导作用的因素对指标进行明确时，最好能够建立起一个局域针对性的滑坡灾害评价指标体系。对滑坡灾害进行评价时，评价的内容主要包含有破坏损失、危险性、防治工程效益等诸多方面。对存在的危险性进行评价时，首先需要对坡体具有的稳定性进行全面分析，然后对其具体稳定性进行正确判断。危险性评价是进行破坏损失评估的前提条件，具体指的是对滑坡所造成的人员伤亡、经济损失、环境破坏等进行评估。防治工程效益评价需以危险性评价结果作为依据，制定或选取相应的措施对工程进行加固，并对防治工程的合理性、可行性等进行正确判断，促进防治工程不断得到优化，提高防治方案的可行性和科学性。

3.2滑坡防治措施

对水利水电工程的滑坡灾害进行全面、正确地评估之后应采取相应措施进行治理。在滑坡治理过程中通常会应用到排水、抗滑挡墙、锚固支护、阻滑等措施。在滑坡治理过程中，较为常用的方式主要为地表排水和地下排水。采用地下排水措施时，需要在滑体内部安装排水钻孔、排水盲洞、排水平洞、支撑渗沟等。在滑坡治理过程中，以滑体的实际情况作为根据对使用的具体处理方式进行合理选择。采用地表排水措施时，滑体处理时应用的方式主要有排、截、防等诸多种。截指的是在滑体周围进行截水沟设置，通过截水沟使存在于滑体周围的水不能进入到滑体内部。排指的是利用存在于滑体附近的天然水沟或者人为修建的排水沟，将存在于地表的水引流，使其流到滑体外围，最大限度地避免地表水流入滑体内部。防指的是应用合理的防渗措施对已经进入滑坡范围的水进行有效处理。在处理过程中主要应用黏土回填夯实或使用水泥浆将地表裂缝进行封口的方式来对水的速度进行控制，最大限度的降低水流向滑体内部的速度，并及时采取有效措施将水引向滑体外部。

4结束语

在工程建设过程中，地质环境中的滑坡成为一个备受关注的问题。水利水电工程滑坡问题的存在会对工程运作质量产生严重影响，给国家造成严重的经济损失。对水利水电工程滑坡问题进行研究时会涉及到岩石力学、环境地质学、地理学等诸多学科。因此，应加强对水利水电工程滑坡稳定性进行深入研究，并加强对灾害进行科学评价，促进滑坡得到有效治理，保证水利水电工程健康发展。

作者:陈世辉 单位:陆川县水土保持站