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水庫邊坡研究

自我國唐延光滑坡和意大利瓦巖水庫滑坡以來,水庫滑坡問題受到水利水電工程界和巖土工程界的高度重視,在水庫選址、可行性論證和工程運行過程中,都大大加強了對這壹問題的研究。在大型水利水電工程中,水庫滑坡尤其是古滑坡的復活是壹個普遍而又十分重要的問題,如李家峽水庫1、2號滑坡,龍羊峽水庫龍溪滑坡、茶洞滑坡,三峽庫區寶塔滑坡、白環坪滑坡、黃臘石滑坡、雞壩子滑坡等。在水庫蓄水過程中,這些滑坡是否復活,復活的範圍、復活後的運動方式和動力過程無疑是值得關註的,也是湧浪預測的基礎。

水庫滑坡可分為兩類:壹類是庫區水巖作用影響下的滑坡;另壹類是天然滑坡,沒有水庫水的直接作用,但有時會因水庫移民開發區的人類工程活動而發生滑動或崩塌。水庫滑坡的主要機理是滑動面的水力軟化和滑動面上滲透壓力增大引起的有效應力降低。水庫滑坡最重要的因素是軟化、泥化、潛流、動水和靜水壓力。水庫滑坡有兩種:壹種是水庫水位達到敏感水平後,滑坡體內孔隙水壓力分布達到新的平衡時產生的滑坡;另壹種是在水庫水位下降時,尤其是在快速下降期。水庫水位波動對邊坡穩定性的影響主要與巖土的滲透性和孔隙度有關。水庫水位快速下降造成兩方面的不穩定:壹是不利的地下水梯度;另壹個是超孔隙水壓力。此外,庫水對滑坡下部的沖刷和庫水位波動引起的內部腐蝕和管湧,對庫岸穩定和滑坡復活起到了積極作用。

正因為水是滑坡發生過程中最活躍、最積極的因素之壹,滑坡水文功能的研究在國際滑坡學術界壹直受到高度重視。地下水滲流方向對邊坡穩定性起著重要作用。暴雨入滲導致基質吸力和土體強度降低,導致淺層滑坡的發生。地下水流會在斜坡土壤中形成管湧,從而降低土壤的粘結性並導致滑坡。雖然對水在滑坡中的作用和表現形式有不同的看法,但總的來說,水文作用引起的滑坡主要是由於滑動面的水力軟化和滑動面上的滲透壓力增大而引起的有效應力降低。暴雨期間,雨水的入滲導致土體飽和度增加,吸力急劇下降,抗剪強度急劇下降。持續的暴雨也會導致地下水位上升或相對隔水層上方出現短暫的地下水流。因此,當連續降雨的持續時間和強度超過壹定限度時,就會引起邊坡失穩或滑坡復活。具有壹定地質背景和力學環境的邊坡,需要壹定的降雨量、降雨強度或降雨持續時間才能導致邊坡破壞。因此,目前暴雨滑坡的預報主要是根據歷史暴雨-滑坡記錄,建立滑坡發生的臨界降雨強度-歷時組合的經驗統計關系,並根據這種關系進行降雨監測和預報,從而做出區域滑坡發生的時間預報。但這種方法往往需要記錄較長時間的滑坡和降雨,而在同壹地區,觸發不同物質成分和規模滑坡的降雨強度和持續時間的組合關系往往是不同的,因此往往是壹個宏觀的判據,不能應用於具體的邊坡或滑坡。為了了解在何種降雨條件下某壹特定邊坡可能被破壞,或者某壹特定滑坡可能復活或部分復活,不僅要對邊坡土體的物理力學性質,特別是潛在滑動面進行系統的試驗研究,而且要定量描述降雨過程中邊坡土體孔隙水壓力的變化。根據暴雨誘發滑坡的物理機制,壹些學者提出了漏桶模型和水槽模型。盡管這些模型適用於單個邊坡或滑坡,但模型中的經驗參數(如排水系數)極大地限制了它們的實用性。需要指出的是,上述對水在滑坡中作用的研究壹般僅限於暴雨滑坡,對水庫水位變化對滑坡作用的機理和量化過程的研究極為少見。

為了預測具體的單個滑坡發生的時間,往往采用野外監測的方法,在此基礎上,根據地表的宏觀現象和滑坡變形前兆位移-時間曲線的變化趨勢來預測滑坡發生的時間,並取得了壹些成果,如長江三峽新灘滑坡、湖北秭歸雞鳴寺滑坡、甘肅永靖黃慈滑坡的成功預測。但這種方法只適用於滑坡臨滑預測,很難定量或半定量地給出滑坡可能復活的水文條件。同時,由於大多數滑坡缺乏系統、全面的監測,壹般僅限於滑坡體表面或內部的變形監測,而在滑坡變形初期,監測頻率通常為壹個月壹次甚至幾個月壹次,難以利用獲得的數據深入探討滑坡的水文機理。

在我國,對三峽庫區滑坡問題的研究是最深入的。“六五”和“七五”期間進行了大量的勘探和研究,對大壩建成蓄水前後的壹些大型滑坡進行了穩定性分析和評價。認為相對較厚的松散堆積體滑坡,穩定性和變形較差,蓄水後可能發生嚴重變形。對於重大滑坡的監測和治理,自1993開始,實施了鏈子崖危巖體、黃臘石等滑坡的治理工程,黃臘石滑坡的監測也於1995開始。此外,庫區各縣市建立了滑坡泥石流監測工作站或地質工作站。但由於問題的復雜性,研究成果尤其是水動力環境變化後的預測仍是定性或半定量的,對滑坡可能復活的範圍、復活後的運動方式是慢蠕動還是快滑動及其動力學過程的研究還不夠深入。

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