理论教育 库岸滑坡:危害山区水库的困扰

库岸滑坡:危害山区水库的困扰

时间:2023-10-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:库岸滑坡是库岸破坏的主要形式之一,在大部分水库蓄水后都会发生,唯其规模不同而已。库岸滑坡往往造成的危害较大,对山区水库来说,尤其需要重视,特别是近坝的水上高速滑坡危害尤大,因为近坝滑坡常常形成较大的涌浪,严重危及大坝及坝下游的生命财产安全。又如,龙羊峡水电站南岸近坝库段长14.3km,滑坡分布段就有13km,占整个地段的90%左右,危害严重。库岸滑坡发生时常引发涌浪,导致二次灾害,直接威胁岸边建筑物及航行船只的安全。

库岸滑坡:危害山区水库的困扰

库岸滑坡是库岸破坏的主要形式之一,在大部分水库蓄水后都会发生,唯其规模不同而已。它往往是岸坡蠕变发展的结果。按库岸滑坡发生的位置,可分为水上滑坡和水下滑坡,以及近坝滑坡和远坝滑坡。

库岸滑坡往往造成的危害较大,对山区水库来说,尤其需要重视,特别是近坝的水上高速滑坡危害尤大,因为近坝滑坡常常形成较大的涌浪,严重危及大坝及坝下游的生命财产安全。如意大利瓦依昂水库左岸1963年10月9日发生的超大型高速滑坡,该水库当蓄水至225.4m高程时,左岸体积达2.7~3.0×108m3的山体突然下滑,滑速为28m/s,水库中有5000×104m3水被挤出,激起250m高的涌浪,高150m的洪波越过坝顶冲向下游,死亡2600多人,致使水库报废。据分析,此大滑坡从1960年开始曾经历了3年的蠕动变形(图7-16)。

图7-16 瓦依昂水库1963年大滑坡发生前地质剖面图

石灰岩;②早侏罗世具黏土夹层的薄层灰岩;③白垩纪含燧石厚层灰岩;④白垩纪泥灰质灰岩;⑤老滑坡残留部分;⑥滑动面;⑦滑坡后河谷因堰塞形成的地面线

在我国,除前述的湖南拓溪水库塘岩光滑坡外,广西龟石水库、湖南凤滩水库等水库也都发生过大规模的库岸滑坡并发生危及工程安全的情况。又如,龙羊峡水电站南岸近坝库段长14.3km,滑坡分布段就有13km,占整个地段的90%左右,危害严重。

库岸滑坡发生时常引发涌浪,导致二次灾害,直接威胁岸边建筑物及航行船只的安全。当滑坡离大坝等水工建筑较近时,还将对建筑物造成危害,影响水库的安全正常运行。关于滑体下滑激起的涌浪高度,目前理论研究较少,主要用模拟试验和经验公式进行估算。下面简要介绍美国土木学会提出的估算方法。

该方法假定:滑动体滑落于半无限水体中,且下滑高程大于水深,根据重力表面波线性理论,推导出一个引起波浪的计算公式。应用该公式直接计算,其过程十分复杂,但利用该公式计算确定的一些曲线图表,却能较简单地求出距滑体落水点不同距离处的最大波高,计算步骤如下:

(1)滑动速度计算。库岸滑动破坏都是在经过一定时间的局部缓慢变形后发生的,这个局部变形阶段可称为滑动的初期阶段。滑坡剪切破坏之后的位移过程称为滑动阶段。据牛顿第二定律,滑体在滑动过程中的加速度a为:

式中:G,m——分别为滑体的自重和质量(kN);

g——重力加速度(=9.8m/s2);

F——推动滑体下滑运动的力(kN),其值等于滑体滑动力Fr和抗滑力Fs之差,即F=Fr-Fs

因此,式(7-7)可写为:

设滑体的滑动距离为S,则其滑动速度为:

将式(7-8)代入式(7-9)得:

由式(7-8)和式(7-10)可以看出,当滑坡的稳定性系数η略小于1.0时,滑体即开始位移。据研究表明,滑动体一旦位移一个很小的距离后,滑动面上的黏聚力cj将骤然降低乃至几乎完全丧失,而内摩擦角φj也会有所降低,同时又会导致η减小。此时,由于η的骤然减小,滑体必然要发生显著的加速运动,其瞬时滑动速度的大小可按式(7-10)计算,但须注意式中的η应取cj=0时的稳定性系数。

由v值算出相对滑速¯v:

式中:Hw——水深(m)。

图7-17 波浪特性分区图

(4)根据¯v值查图7-18,求出滑体落水点(x=0)处的最大波高hmax与滑体平均厚度Hs的比值,从而求得hmax

图7-18 滑坡落水点x=0处最大波高计算图(www.daowen.com)

根据这一方法得出一重要推论,即当¯v=2时,在x=0处的最大波高达到极限,其值等于滑体平均厚度,¯v值增大,波高不变。

我国曾应用上述方法对拓溪水库等涌浪事故进行过计算,其计算结果与实际观测值比较接近。

图7-19 垂直滑坡最大浪高计算图

1.渐进解法;2.直接解法

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