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某小水库坝体滑坡稳定性分析及应急处理措施

文档作者：胡勇王子健梅斌文档来源：浙江省水利水电勘测设计院		点击数：	更新时间： 2022年08月25日
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第14 卷 01 期
2016 年2 月
南水北调与水利科技
South2t o2North Wat er T ransf ers and Wat er Science &amp;amp; Technology
Vol.14 No. 01
Feb. 2016
水文地质与工程地质
收稿日期: 20152082 17
作者简介: 胡 勇( 19832) , 男, 湖北鄂州人, 工程师, 主要从事混凝土结构温度裂缝控制及水工结构工程设计等工作。E2mail: h yuan2008@
163. com
某小水库坝体滑坡稳定性分析及应急处理措施
胡 勇, 王子健, 梅 斌
( 浙江省水利水电勘测设计院, 杭州310002)
摘要: 基于刚体极限平衡毕肖普条分法, 对浙江某一病险水库大坝滑坡现象进行了分析。分析表明: 库区连续强降雨
降低了大坝上游坝坡抗滑稳定安全系数, 是引起上游坝坡局部塌滑的主要成因; 施工不按设计图纸进行, 使得坝顶承
受额外施工荷载是造成大坝滑坡的次要原因。针对滑坡原因, 提出了相应的应急处理措施, 具体为: 确保水库行洪和
放水设施畅通, 结合工程永久加固设计修复上游坝坡, 保护下游边坡, 加强水库巡视检查和坝体裸露面的保护。
关键词: 小型水库; 坝体滑坡; 稳定性分析; 应急处理措施
中图分类号: TU32 文献标识码: A 文章编号: 167221683( 2016) 00120127203
Stabili ty analysis and emergency processing measure for one dangerous reservoir
HU Yong, WANG Zi2jian, MEI Bin
( Zhej iang Design I nsti tu te of Wat er Conserv ancy and H yd ro2E l ect ri c P ow er , H ang z hou 310002, China)
Abstract: T he cause of dam landslide in on e dangerous reservoir is an alyz ed b as ed on Bishopcs s lice method. Result s show th at : cont inu ou s heavy
rainf all is the main cause of the dam lan dslide, leading t o a signif ican t decreasement of th e ant i2 slide saf et y coeff icient ; an ex tra const ruct ion load
on the t op of the dam i s the secondary cau se of the dam landslide. At last , four measur es are proposed: keep the drain age w orks un block ed; repair
th e upst ream dam slope; p rot ect th e down st ream dam sl ope and st rengthen the regular pat rol.
Key words: small res ervoir; dam l and slide; st abil ity anal ysis; emergency process ing m easure
1 引言
小水库是防洪工程实现洪水期安全运行的薄弱环节, 由
于种种原因, 小水库滑坡事故时常发生, 严重时会引起溃坝,
对水库周边人民的生命财产安全带来了严重的危害。如何进
行边坡防治、边坡稳定性如何分析、当边坡失稳破坏后如何进
行应急处理等问题成为了影响小水库安全运行的重要内容。
本文以浙江省内一病险小水库为工程背景。该水库位
于浙江省中部偏东, 水库坝址以上集水面积41 05 km2 , 水库
总库容为98 万m3 , 灌溉面积2331 3 hm2 , 养殖水面41 93
hm2 , 是一座以灌溉为主, 结合防洪、供水、发电、养殖的小( 2)
型水库。该水库于1957 年动工, 1959 年基本完工, 设计坝高
151 5 m, 坝顶高程为891 5 m, 设计上游坝坡为1B31 5, 下游坝
坡为1B21 5。通过对后期图纸查看发现上下游坝坡均未达到
设计要求, 上下游坝坡均分为两级, 上游约为1B11 5、1B31 7,
下游坝坡约为1B11 73、1B21 8; 且通过当时检查发现, 土坝土
料质量很差, 土内块石太多, 杂草很多。2011 年经技术认定,
将该水库大坝定性为/ 三类坝0 , 2013 年4 月开始坝体的除险
加固工程, 5 月底水库大坝上游坝面局部发生滑坡, 滑坡现场
照片及示意图见图1。
图1 坝体滑坡图
# 127 #
水文地质与工程地质
大坝滑坡是一个十分复杂的问题, 不确定影响因素很多,
因此, 有必要对该工程大坝滑坡进行稳定性分析。目前对边
坡稳定性的研究方法很多, 最早的、同时也是最经典的计算方
法为极限平衡条分法[ 123] , 包括瑞典法、毕肖普法、杨布法等;
随着塑性力学的发展, 塑性极限分析法也得到了应用, 相对于
极限平衡条分法而言, 塑性极限分析法理论基础严密, 然而该
方法只能得出非常理想条件下的解析解, 而且计算得到的安
全系数只有一个范围, 对边坡是否稳定较难明确的评价[ 4] ; 随
着计算机技术的发展, 数值计算方法也得到了应用[ 528] , 包括
有限元法、边界元法、离散元法等, 然而在实际工程中, 数值计
算中的材料赋值、边界处理、荷载施加等因素对计算结果影响
很大, 因此, 数值计算结果往往会受到质疑。
本文采用经典的极限平衡毕肖普条分法, 对大坝滑坡稳
定性进行了分析, 探明了该水库大坝滑坡的原因, 并介绍了该
病险水库的应急处理措施, 为其他类似工程提供工程经验。
2 坝体边坡稳定性计算
2. 1 计算准备
大坝抗滑稳定选取大坝典型断面进行计算。按照5碾压
式土石坝设计规范6 ( SL274- 2001) , 选用简化毕肖普法进行
计算, 计算软件采用北京理正公司开发的岩土软件边坡稳定
计算程序。
简化毕肖普法( Simplifiend Bishop) 按照下列公式进行
计算:
K=
E [ (WsecA- ubsecA) tanUc+ ccb secA] @ [ 1/ ( 1+ tgAtgU/ K) ]
E sinaA
式中: K 为抗滑稳定安全系数, W 为土条的重量( kN) ; u 为
作用于土条底面的孔隙压力( kN) ; A为条块重力线与通过此
条块底面中点的半径之间的夹角; b 为土条宽度( m) ; cc为土
条底面的有效应力抗剪强度指标的凝聚力( kN/ m2 ) ; Uc为土
条底面的有效应力抗剪强度指标的的内摩擦角。
计算参数根据地勘试验成果及工程经验确定。大坝坝
体各材料的特性指标见表1。
表1 坝体材料特性指标
材料名称
湿容重
/ ( kN # m23)
饱和容重
/ ( kN # m23)
抗剪强度
快剪固结快剪有效应力指标
c/ kPa U(b) c/ kPa U(b) cc/ kPa Uc(b)
心墙料19. 03 19. 46 12. 0 17. 1 18. 7 16. 7 14. 53 21. 03
坝壳料20. 11 20. 43 14. 4 16. 8 16. 0 28. 4 15. 31 20. 67
坡积层21. 32 21. 75 1. 0 28 1. 0 28 1. 0 28
基岩24. 50 25. 00 5. 0 40 5. 0 40 5. 0 40
施工时施工临时断面( 顶高程1001 20 m) 比设计高程
991 20 m 抬高了1 m 并拼宽, 相当于在设计高程顶部进行了
加载。坝体开挖施工时已进入汛期, 为防汛安全已降低了水
库水位, 又遭遇了降雨。为了查清赵家岩水库上游坝坡局部
滑坡的原因, 根据工程现场实际情况和上游坝坡局部坍滑发
生前的气象、水位等条件, 确定以下几种工况进行稳定分析
计算。
工况一: 降雨和坝顶加载( 施工临时断面) 上游坝坡稳定
计算;
工况二: 降雨和坝顶不加载( 设计高程实测临时断面) 上
游坝坡稳定计算;
工况三: 不降雨和坝顶加载( 施工临时断面) 上游坝坡稳
定计算。
2. 2 计算结果
计算结果见表2, 三种工况的实际滑动面计算图见
图2- 图4。根据计算成果, 降雨且坝顶加载情况下( 工况
一) , 上游坝坡抗滑稳定安全系数为01 959, 不降雨时( 工况
三) 上游坝坡抗滑稳定安全系数为11 146, 受降雨影响使上游
坝坡抗滑稳定安全系数降低了01 187, 相对降低了161 32%,
这表明库区降雨大大降低了大坝上游坝坡抗滑稳定安全系
数; 在降雨条件下, 坝顶不加载时( 工况二) 上游坝坡抗滑稳
定安全系数为11 041, 坝顶加载时( 工况一) 为01 959, 因此,
受坝顶加载影响使上游坝坡抗滑稳定安全系数降低了
01 082, 相对降低了71 88%, 这表明坝顶加载也降低了抗滑稳
定安全系数, 坝顶加载加剧了滑动。
表2 上游坝坡稳定计算成果
计算
工况
土体抗剪强
度计算方法
滑动方式计算条件
抗滑稳定
安全系数
工况一有效应力法圆弧滑动
降雨和坝顶加载
( 施工临时断面)
0. 959
工况二有效应力法圆弧滑动
降雨和坝顶不加载
( 设计临时断面)
1. 041
工况三有效应力法圆弧滑动
不降雨和坝顶加载
( 施工临时断面)
1. 146
图2 降雨、坝顶加载情况下( 工况一) 的实际滑动面
图3 降雨、坝顶不加载情况下( 工况二) 的实际滑动面
# 128 #
第14 卷01 期# 南水北调与水利科技# 2016 年2 月
水文地质与工程地质
图4 不降雨、坝顶加载情况下( 工况三) 的实际滑动面
3 坝体滑坡成因分析
根据以上计算结果以及现场实际情况, 认为坝体滑坡的
主要原因如下。
( 1) 连续强降雨是坝体滑坡的主要原因。坝体防渗体上
游坝壳土为含砾黏土质粉砂, 碎石含量较高, 填筑质量较差,
渗透系数约为10~ 4 cm/ s, 当雨水渗入该土体时不利于孔隙
水压力的及时消散, 易形成饱和土, 从而降低了土体的强度。
本工程大坝在汛期施工, 因防渗墙施工的需要降低了坝顶高
程, 并布置了防渗墙施工所需的混凝土导向槽和泥浆沟。由
于滑坡前几天遭遇连续降雨, 当时坝顶表面没有进行保护,
致使雨水渗入坝体, 鉴于坝壳料为渗透系数较大的土体, 大
坝顶土体大量吸水, 孔隙水压力未能及时消散, 增加了坝坡
下滑力, 同时水库水位下降至881 50 m 高程, 库水位的降低
也减小了上游坝坡的抗滑力, 在以上几方面因素的共同作用
下引起了上游坝坡的局部坍滑。该滑坡属于浅层滑动, 塌滑
方量不大。从计算成果分析, 在当时的水库水位情况下, 连
续降雨是引起上游坝坡局部塌滑的主要成因。
( 2) 施工不按设计进行, 使得坝顶承受额外施工荷载是
造成大坝滑坡的次要原因。防渗墙施工平台比设计高程抬
高了1 m, 同时在该坝顶施工平台两侧堆土拼宽, 相当于在
设计临时平台上加载, 增大了坝坡下滑力, 加剧了坝坡滑动。
因此, 坝顶加载是造成滑动的次因。
综上所述, 造成本次大坝上游坝坡局部发生坍滑的诸多
因素中, 除坝体填筑质量差、水库水位降低等不利于坝坡稳
定外, 连续降雨( 坝顶无保护) 是主因, 坝顶加载是次因。从
计算分析以及实际发生滑坡的情况看, 本次滑坡属浅层滑
动, 不致于引起垮坝等严重后果。
4 坝体滑坡应急处理措施
( 1) 确保水库行洪和放水设施畅通。
拆除原输水隧洞启闭闸门, 清除隧洞进口堆积的土石
料, 沿隧洞进口前设置模袋混凝土挡墙, 以防止坝体土料堵
塞隧洞进水口, 尽可能的降低水库水位。拆除溢洪道闸门及
闸墩, 要求进口段宽度不小于8 m; 同时将溢洪道进口至泄
槽出口间的乱石、杂草等杂物清理干净。清理后的溢洪道进
口高程不高于961 25 m。拆除泄洪洞前浆砌石溢流堰, 将洞
前及洞内的的乱石杂草等杂物清理干净, 清理后的洞前地面
高程不高于961 26 m。
( 2) 结合工程永久加固设计修复上游坝坡。
上游边坡已坍滑部分按照1B01 75 的坡比削缓, 沿坝轴线
向两侧未滑动坝体按1B11 5 削缓。根据分析计算, 大坝上游坡
比由1B21 5 放缓至1B3 时, 坝坡稳定安全系数能提高10% 左
右, 而工程投资仅增加20 万元, 较少的资金投入能够较大程
度的提高上游坝坡稳定的安全裕度, 因此本次结合大坝永久
加固设计将大坝上游坝坡放缓至1B3, 在大坝上游坝底部设抛
石坝体, 抛石坝体顶高程851 0 m, 顶宽约17 m, 临水侧坡度1B
11 5。抛石平台以上上游坝坡为1B3。土方填筑前, 清除表面
松散滑坡体、粒径大的碎块石、卵石及其它杂物, 将开挖面整
平、压实。回填土方采用碎石土, 分层碾压密实( 不得采用振
动碾) , 填土每层厚度不大于30 cm, 回填土碾压后压实度不小
于01 93。土方填筑完成后上游坝面采用C25F50 混凝土预制
块护坡, 厚20 cm, 护坡底部铺设厚20 cm 的碎石垫层。
( 3) 保护下游边坡。
对下游坝坡进行放缓, 放缓后的下游坝坡为1B2. 0, 在高
程871 00 m 处设宽11 5 m 的马道。拆除原下游干砌石护坡,
新建C25F50 混凝土预制块护坡, 厚12 cm, 护坡底部铺设厚
20 cm 的碎石垫层。
( 4) 加强水库巡视检查和坝体裸露面的保护。
汛期应加强大坝表面的巡查及观测, 每天记录、观测坝
体变形情况, 认真清查有无裂缝, 发现异常, 应及时汇报。密
切注意下游坝坡和坝脚有无渗漏现象。每天检查溢洪道及
泄洪洞有无乱石、杂草等杂物, 检查输水隧洞进口有无堆积
的土石料, 如有发现则须立即清理干净。认真观测涵管下游
是否有渗水、浑水等现象, 一经发现, 立即上报处理。
汛期应对坝体裸露面采用彩条布进行覆盖保护, 以防雨
水渗入坝体, 并每天检查2 次彩条布是否完整和被掀起等现
象, 一经发现, 马上进行修复。
5 结论
本文以浙江省某病险小水库坝体滑坡作为背景, 进行了
该坝坡稳定性计算, 分析了坝体滑坡的原因, 并给出了具体
的应急处理措施, 主要结论如下。
( 1) 库区连续强降雨大大降低了大坝上游坝坡抗滑稳定安
全系数, 是引起上游坝坡局部塌滑的主要成因。施工不按设计
进行, 使得坝顶承受额外施工荷载是造成大坝滑坡的次要原因。
( 2) 对该坝的应急处理措施有: 确保水库行洪和放水设
施畅通, 结合工程永久加固设计修复上游坝坡, 保护下游边
坡, 加强水库巡视检查和坝体裸露面的保护。
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胡 勇等# 某小水库坝体滑坡稳定性分析及应急处理措施

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