岳城水库坝坡浅层滑坡对安全的影响
刘会欣,简新平,王涛 2006-02-16
摘要：一般认为库水位骤降时对土坝安全的应响较大，而不太注意库水位变幅很大时，渗透力对土坝安全的影响。本文通过对岳城水库主坝浅层滑坡原因的分析，说明库水位大幅度消落导致的渗透力对土坝安全的影响是很大，应该引起足够的重视。并从水库运行的角度，说明了均质土坝不宜过高。
关键词：岳城水库 均质土坝 库水位 渗透力 浅层滑坡
1 岳城水库主坝浅层滑坡基本情况
岳城水库土坝系碾压式均质壤土坝，坝顶高程157m。其中主坝长3570m，最大坝高53m，坝顶宽度8m。曾在库水位124.51m时，检查发现主坝上游坡有两段明显裂缝和向下游的下错。滑坡产生的部位及具体情况如下：
中段桩号1+464～1+723范围，长259m，滑坡上口裂缝位于高程136～140m，上游护坡的最大裂缝宽33㎝，下错50㎝。此段于本次滑坡的五年前也曾发生过同样的裂缝，但没有下错的现象。
南段桩号2+170～2+380范围，长210m，滑坡上口裂缝高程129～137m，主要裂缝四条，上游护坡的最大缝宽16㎝，最大错缝70㎝。此段于本次滑坡的六年前曾发生过同样的护坡裂缝，主要裂缝亦有四条，最大缝宽50㎝，最大错缝80㎝.
2 开挖检查结果
为确切了解块石护坡下土体的滑坡情况，曾对滑坡的上口进行了开挖检查（见图1）。检查发现，凡护坡表面有裂缝者，对应土体就有下滑错动，且滑裂面很明显。上口破碎带较宽，20～30㎝左右；挖深1m以下，破碎带基本上都是硬片，无张开裂缝。
图1 滑坡上口裂缝探坑剖面图（桩号1+580上55）
为确切了解滑裂面的情况，曾在滑坡段用钻机打了三个勘探孔，开挖2×2m的竖井三个。经查明，中段最大滑裂面深度为9m，南段最大滑裂面深度为7m，两段均于120m高程附近有隆起现象。滑坡体剖面的情况，如图2所示。
3 滑坡原因分析
通过对库水位消落情况的分析，发现出现裂缝和滑坡的年份都是库水位消落幅度大的年份。如1968年消落幅度27.92m，出现南段滑坡；1969年消落幅度24.87m，出现中段裂缝；1974年消落幅度32.63m，两段同时发生滑坡。1966年～1973年水库水位消落及滑裂情况见表1。
图2 中段滑坡体剖面图（桩号1+570）
表1 水库水位消落及滑裂情况统计表（1966～1973年）
年 份
（水文年）
最 高 水 位
最 低 水 位
消落
幅度
（m）
发生滑裂情况
m
时间
m
时间
年
月
日
年
月
日
1966
144.49
1966
9
24
125.11
1967
7
26
19.38
1967
145.97
1967
9
16
118.05
1968
7
8
27.92
南段滑坡
1968
148.14
1969
3
18
123.20
1969
7
19
24.87
中段滑坡
1969
145.34
1970
2
17
123.27
1970
6
30
22.14
1970
137.51
1970
9
23
121.57
1971
6
15
15.94
1971
149.08
1971
9
4
127.23
1972
7
6
21.85
1972
138.92
1973
2
21
124.85
1973
5
8
14.07
1973
149.05
1973
9
9
116.42
1974
7
18
32.63
两段同时滑坡
表中记录显示，库水位的大幅度降落，都是出现在春灌开始到汛前灌溉放水期间，并未出现过库水位骤降的情况。库水位的平均日降速度，1968年0.28m/d，1969年0.19m/d，1974年为0.24m/d。可见，产生滑坡的主要原因是该年库水位的消落幅度较大，而不是因为库水位的骤降。产生局部浅层滑坡主要原因，应该是库水位大幅度下降引起的渗流力。这一结论可以由试验和计算结果得到证实。
4 计算验证
根据坝轴线上游坝体孔隙水压力测压管资料和南京水利科学研究所所做的坝体渗流试验结果，可以计算出不同条件下，上游坝坡的安全系数以及相应的最危险滑弧位置。计算方法采用圆弧滑动法[1]，采用如下公式：
(1)
式中： K——安全系数；
Mr——滑动体内各土条对圆弧中心的抗滑力矩之和；
Ms——滑动体内各土条对圆弧中心的滑动力矩之和；
其中，渗流力对安全系数K的影响，主要体现在渗流力将产生滑动力矩。渗流力的计算方法[1]是：
1根据实测孔隙水压力的资料和坝体渗流试验结果，绘制流网图；
2根据流网图计算渗透力，其中单位体积土体上的渗流力计算公式为：
(2)
式中： ——水的容重；
J ——网格处平均渗透坡降，由流网图查出。
不同条件下上游坝坡的安全系数的计算结果如下：
表1 上游坝坡安全系数计算结果
计 算 条 件
安 全 系 数
不考虑渗流力和地震
1.49～1.57
考虑库水位下降引起的渗流力，不考虑地震
0.89～1.03
考虑渗流力和地震
0.67～0.85
不考虑渗流力，只考虑九度地震
0.92～0.93
以上计算结果表明，渗流力对安全系数的降低影响极大。目前库水位下降的情况下，上游坝坡的稳定，实际上处于临界状态而且偏于不安全。所以，在库水位大幅度下降时，很容易发生滑坡。同时计算结果也表明，安全系数最小滑弧位置，也即最危险的滑弧位置，与1974年实际发生的滑弧位置基本一致。这就说明库水位降落引起的渗流力导致的上游滑坡一般属于浅层的。
因此，计算结果完全表明，本次浅层滑坡产生的主要原因是库水位大幅度下降引起的渗流力。
5 结论
从以上对岳城水库浅层滑坡的分析来看，库水位大幅度消落导致的渗透力对土坝安全的影响是很大。考虑渗透力对土坝坝坡稳定的影响时，除考虑稳定渗流期渗透力的影响外，还应充分考虑库水位大幅度消落时渗流力的影响。
同时，从以上的分析也再次表明，均质土坝不宜过高。否则，水库在运行期间将可能出现的较大幅度水位变化，很容易引起坝坡失稳。而相对而言，分区土坝由于坝壳材料的透水性好，水位变幅对滑坡稳定的影响就小得多。
[1] 马文英. 水工建筑物[M]. 郑州：黄河水利出版社，2003.
[2] 郑文新. 土坝工程观测资料整理分析实例[M]. 华北水利水电学院，2000.
