重庆交通大学 重庆 400074
摘要：西南地区河流流域上各大水电站修建完成，其库区在蓄水过程中，水位上升破坏了填方岸坡原有的平衡条件，引库岸填方岸坡形状及稳定性的变化。本文通过ABAQUS有限软件模拟库区水位上升对填方岸坡稳定性分析，结果表明：当库区水位上升时，填方岸坡内地下水位上升的要比外部库区水位上升要慢，渗流速度有边坡外层向内慢慢降低；且坡脚处长期受到水的重力和水压力的作用，其稳定性较好；接近坡脚位置处和坡顶处位移最大，最有可能出现破坏滑坡。
关键词：填方岸坡；水位上升；稳定性
1 引言
随着西南地区河流流域上各大水电站的修建完成，其库区在蓄水过程中，库区水位的上升破坏了岸坡结构原有的平衡性，容易引起填方岸坡结构形态和稳定性变化，进而导致岸坡发生垮塌及滑坡等地质灾害，危害已有水工建筑物严重时甚至发生溃坝，堵塞河道，抬高河床，影响航运，降低水库运营效率。
造成填方岸坡破坏的因素是多方面的，首先库岸失稳的内在因素取决于岸坡自身的岩土性质，其次是外在因素，其中地下水是岸坡滑坡的主要诱发因素[1-4]，一般而言，填方岸坡在施工加固后，在外部荷载和自重的作用下内部原有的应力状态基本趋于稳定，但在水库蓄水后，水位上升岸坡的水文地质条件发生变化，其物理力学性质出现恶化，展现为填土区的抗剪强度降低，浮力增大，原本在极限平衡状态或接近极限平衡状态的库岸边坡会发生失稳破坏。可见，在对库岸填方岸坡进行稳定性分析时，应重点考虑库区水位上升对库岸填方岸坡稳定性的影响。
针对上述水位上升对填方岸坡稳定性影响的问题，结合ABAQUS有限元件，分析水位上升过程中库岸岸坡的稳定性。
2 水位上升对填方岸坡稳定性影响
库区水位上升对库岸岸坡稳定性的影响有如下两个方面[1-2]。
a）库区蓄水后，岸坡土体含水量达到饱和使土体软化，由于水的渗透作用，土体颗粒间的摩阻系数及胶结能力降低，岸坡潜在滑动面抗剪参数降低，进而降低了岸坡的抗剪强度，影响着岸坡的稳定性[5]。
b）浸没于库水中的岸坡土体受到土体内水的浮托作用，浮托力对岸坡稳定性有有利因素和不利因素。不利因素是浮托力给滑体一个向上的力减小了滑体自身的有效重量，所以它降低了滑面的阻滑力，使边坡稳定性受到影响；有利因素是滑体重量的减小，下滑力也相应减小，有助于边坡的稳定，水位上升降低了岸坡抗剪强度，同时也起到了稳固岸坡作用。
库区蓄水后，岸坡内地下水位上升致使部分土体受到孔隙水压力，浸水部分土体的有效重量由天然重量变为浮重量，同时边坡潜在滑动面抗剪强度因浸水饱和而降低层致边坡稳定性发生改变，在不考虑滑动面强度参数的弱化情况下孔隙水压力的作用机理。文章[3]得到斜土坡中任一微元体的应力状态该点的两个主应力值及在浸水状态下的粘聚力公式：
图2-1 斜坡土体应力状态[3]
并通过假定该斜坡处于临界稳定状态，得到了未浸水的粘聚力计算公式[3]：
图4-8 y方向的位移云图
图4-7到图4-8给出了填方岸坡在水位库水位上升后，填方岸坡在x方向和Y方向的位移图，有模拟的结果图可以看出，在该工况下，填方岸坡在x方向上最大的位移出现在离坡脚很近的边坡处，在y方向的位移坡顶处最大。这是因为坡脚处长期受到水的重力和水压力的作用，其稳定性较好，而随着水位的上升，填方岸坡边坡在水位的作用下抗剪强度降低，故更容易破坏。
5 结论
在水库蓄水水位上升作用下，填方岸坡滑坡主要包括蓄水初期水位上升引起的滑坡。库水位蓄水初期水位上升，水体的渗入导致库岸滑坡体的质量增大，进而使滑动面的滑动力增大；土体因水的作用导致土体的软化从而降低抗剪强度。填方岸坡的水文地质条件发生了很大的改变，表现为填方土体的抗剪强度降低，浮托力增大，原处于极限平衡状态或接近极限平衡状态的库岸岸坡往往发生失稳破坏，但浮托力对填方岸坡有一定的稳固作用。通过有限元软件ABAQUS，对填方岸坡在库区水位上升作用下进行了数值模拟计算，定量分析库水位变动影响下填方体边坡的稳定性。计算结果表明，当库区水位上升时，填方岸坡内地下水位上升的要比外部库区水位上升要慢，渗流速度有边坡外层向内慢慢降低；且坡脚处长期受到水的重力和水压力的作用，其稳定性较好；接近坡脚位置处和坡顶处位移最大，最有可能出现破坏滑坡。
参考文献:
[1] 王士天，刘汉超，张倬元，等 . 大型水域水岩相互作用及其环境效应研究［J］. 地质灾害与环境保护，1997，8（1）：69-88 .
[2] 刁承泰，黄京鸿 . 三峡水库水位涨落带土地资源的初步研究［J］. 长江流域资源与环境，1999，8（1）：75-80 .
[3] 徐千军，陆杨 . 干湿交替对边坡长期安全性的影响［J］. 地下空间与工程学报，2005，1（6）：1021-1024 .
[4] 王俊杰，刘元雪. 库水位等速上升中均质库岸塌岸现象及浸润线试验研究[J]. 岩土力学, 2011( 11): 3231- 3236.
论文作者:杨志川,周莉,陈川
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/27
标签：水位论文; 库区论文; 稳定性论文; 位移论文; 强度论文; 作用论文; 水压论文; 《防护工程》2019年第6期论文;