盧 博 郭永成 趙二平 龔章龍 汪 沖

(1. 三峽大學(xué) 三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 宜昌 443002； 2. 三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院， 湖北 宜昌 443002)

庫(kù)水位變化和降雨條件下邊坡滲流特性及穩(wěn)定性分析

盧 博1，2郭永成1，2趙二平1，2龔章龍1，2汪 沖1，2

(1. 三峽大學(xué) 三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 宜昌 443002； 2. 三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院， 湖北 宜昌 443002)

我國(guó)西南地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，降雨充足，地下水對(duì)岸坡穩(wěn)定性的影響相對(duì)突出．以該地區(qū)某泄水建筑物進(jìn)口邊坡為原型，根據(jù)飽和-非飽和滲流理論和極限平衡理論，利用有限元分析軟件Geo-Studio，對(duì)該邊坡在不同降雨及水庫(kù)水位升降條件下的滲流和穩(wěn)定性進(jìn)行了模擬計(jì)算．結(jié)果表明：邊坡內(nèi)的地下水位隨庫(kù)水位變動(dòng)而變動(dòng)，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)在庫(kù)水位上升時(shí)先不斷減小后緩慢增大；在庫(kù)水位下降時(shí)先減小后逐漸增大，且下降速率越大，穩(wěn)定性系數(shù)越??；在降雨入滲條件下，邊坡的地下水位會(huì)有一定的抬升，同時(shí)邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)相應(yīng)減?。芯拷Y(jié)果，可為邊坡穩(wěn)定性分析和水庫(kù)安全運(yùn)行提供可靠依據(jù)．

庫(kù)水位升降； 降雨入滲； 地下水位； 滲流特性； 穩(wěn)定性

我國(guó)可供開(kāi)發(fā)的水能資源約為3.78×108kW，其中約68%分布在西南的青藏高原東緣地區(qū)[1]．近年來(lái)，我國(guó)的水電建設(shè)迎來(lái)了高潮，而水電站多修建在地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地段，庫(kù)岸邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題越來(lái)越突出．

許多研究及統(tǒng)計(jì)資料[2-4]表明，影響庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定及失穩(wěn)破壞的重要因素是地下水．其中周期性的庫(kù)水升降和季節(jié)性降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響較為顯著，主要是其周期波動(dòng)易引起邊坡內(nèi)的地下水位變化，引起邊坡內(nèi)的滲流場(chǎng)變化[2-3]，并通過(guò)影響邊坡中作為滲流骨架的巖體的力學(xué)性質(zhì)來(lái)影響岸坡的穩(wěn)定性[5]．為合理確定地下水位，眾多學(xué)者采用解析方法對(duì)其進(jìn)行了研究[6-7]，為了更好地符合地下水的實(shí)際影響情況，目前多采用數(shù)值模擬[8-10]的方法進(jìn)行工程計(jì)算．本文以西南某在建水電站的進(jìn)口邊坡為例，結(jié)合前人的研究成果，運(yùn)用飽和-非飽和滲流理論，對(duì)邊坡在降雨和庫(kù)水位變化條件下的滲流場(chǎng)采用有限元分析軟件Geo-Studio進(jìn)行數(shù)值模擬，再結(jié)合極限平衡方法分析其在非穩(wěn)定滲流作用下的穩(wěn)定性．

1 工程概況

某水電站位于四川省雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，以發(fā)電為主，裝機(jī)容量為300×104kW，為一等大(Ⅰ)型工程，正常蓄水位為2 865.0 m，死水位為2 785.0 m．?dāng)M計(jì)算邊坡位于壩前左岸處，布置有泄洪洞、放空洞、導(dǎo)流洞等泄水建筑物進(jìn)水口，巖性以粉砂質(zhì)板巖、變質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)板巖及變質(zhì)砂巖與板巖互層為主，巖層總體產(chǎn)狀N55～90°W/SW∠55～85°；巖體由強(qiáng)風(fēng)化層、弱風(fēng)化強(qiáng)卸荷層、弱卸荷弱風(fēng)化層及微-新基巖等組成，各巖層間多發(fā)育寬度不一的斷層，且斷裂、節(jié)理裂隙較發(fā)育[11]．該邊坡地下水空間形態(tài)表現(xiàn)為表部是孔隙和基巖裂隙水，下部為裂隙承壓水；大氣降水多補(bǔ)給潛水，且對(duì)地下水位的影響較顯著．

2 計(jì)算基礎(chǔ)

2.1 飽和-非飽和滲流理論

邊坡體中的地下水位隨著雨量及庫(kù)水位變化而發(fā)生改變，易使巖體的浸潤(rùn)線(xiàn)不斷上下改變，而分別處于非飽和狀態(tài)、飽和狀態(tài)．考慮降雨入滲時(shí)，常采用文獻(xiàn)[12-15]中的數(shù)學(xué)模型，選取流入流出單元的水量變化等于其水量隨時(shí)間的變化率[14]，對(duì)巖體的飽和非飽和滲流問(wèn)題進(jìn)行離散求解．在二維非穩(wěn)定流情況下，其飽和-非飽和滲流控制方程[16]為：

(1)

式中，hw為總水頭；kwx、kwy分別表示在x和y方向上的滲透系數(shù)；ρw為水的密度；g為重力加速度；mw為比水容量；t為時(shí)間．

2.2 穩(wěn)定性分析理論

根據(jù)庫(kù)水升降及降雨入滲條件下邊坡滲流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果，采用文獻(xiàn)[9-10]中的抗剪強(qiáng)度理論，考慮其引起的巖體抗剪強(qiáng)度等的降低，計(jì)算位于地下水位以上非飽和帶巖體的強(qiáng)度．對(duì)擬分析坡體的飽和帶區(qū)域進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，依照修正的Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則，采用極限平衡理論及考慮非飽和強(qiáng)度變化的方法，計(jì)算邊坡在不同滲流狀況條件下的穩(wěn)定性．

3 計(jì)算模型及計(jì)算條件

3.1 計(jì)算模型

依據(jù)該邊坡的工程地質(zhì)特征，巖體節(jié)理裂隙普遍發(fā)育，所選的某計(jì)算剖面的工程地質(zhì)條件如圖1所示．

圖1 計(jì)算剖面工程地質(zhì)圖

采用彈塑性巖體材料模型及Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則，對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，并劃分為按一定尺寸生成的三角形和四邊形單元網(wǎng)格，滑動(dòng)面處細(xì)化處理，單元數(shù)6 947個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)7 010個(gè)(如圖2所示)．

圖2 計(jì)算剖面劃分模型圖

邊坡模型以水平方向?yàn)閄正軸，以垂直方向?yàn)閅軸，其范圍為0

蓄水時(shí)，右側(cè)水頭為正常蓄水位；庫(kù)水下降時(shí)，右側(cè)水位線(xiàn)以上為零流量邊界，水位線(xiàn)以下的邊坡前緣施加相應(yīng)的下降邊界條件．

3.2 計(jì)算參數(shù)選取

按照風(fēng)化卸荷線(xiàn)將邊坡巖體分為：Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)及V類(lèi)，并根據(jù)相關(guān)物理力學(xué)試驗(yàn)的結(jié)果，結(jié)合地層分布、勘探面風(fēng)化界限、構(gòu)造節(jié)理發(fā)育等情況，采用統(tǒng)計(jì)、綜合分析和工程地質(zhì)類(lèi)比等方法，確定邊坡巖體的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1．

表1 邊坡的物理力學(xué)參數(shù)

參照《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范DL/T5353-2006》，該邊坡的安全系數(shù)范圍按規(guī)范要求選取，持久狀況時(shí)為1.25～1.15，短暫狀況時(shí)為1.15～1.05．

3.3 確定邊界條件

考慮降雨邊界條件時(shí)，需考慮持續(xù)降雨時(shí)的最大一次持續(xù)降雨量，并將其轉(zhuǎn)化為軟件中所需的流量邊界，在邊坡坡頂及蓄水位以上的坡面上建立流量與時(shí)間關(guān)系的邊界條件，進(jìn)行降雨入滲分析．

庫(kù)水上升時(shí)，將庫(kù)水位在2 785 m狀態(tài)下計(jì)算得到的浸潤(rùn)線(xiàn)作為初始水位線(xiàn)，在模型上建立總水頭上升高度與時(shí)間關(guān)系的外邊界條件后，進(jìn)行有限元計(jì)算；庫(kù)水下降時(shí)，將穩(wěn)定狀態(tài)2 865 m水位時(shí)的浸潤(rùn)線(xiàn)作為初始水位線(xiàn)，建立總水頭下降高度與時(shí)間關(guān)系的外邊界條件，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算．

3.4 計(jì)算工況

由該地區(qū)的降雨統(tǒng)計(jì)資料[11]可知，雨季時(shí)多連續(xù)降雨，歷史上最大日降雨量為70.6 mm．從工程安全的角度考慮，假定降雨為等強(qiáng)型且持續(xù)，擬將其按照強(qiáng)度為70 mm/d來(lái)考慮．

根據(jù)四川省徑流特性、水電站群出力特點(diǎn)等，該水電站擬采用的調(diào)度方案為：每年6月初開(kāi)始蓄水，8月初至9月底蓄至正常水位2 865.0 m；12月至次年5月末，壩前水位降至死水位2 785.0 m；6～7月的防洪限制水位為2 845.0 m[11]．

參照雅礱江干流上已建成水庫(kù)的運(yùn)行方式，結(jié)合該水庫(kù)調(diào)度方案及邊坡的工程地質(zhì)特征，壩前水位上升速率擬取1 m/d、2 m/d等，下降速率擬取0.5 m/d、1 m/d等考慮，在邊坡模型中設(shè)置表2中的幾種工況的邊界條件，計(jì)算在不同條件下的滲流及穩(wěn)定性情況．

表2 邊坡計(jì)算工況

注：工況2和工況5中，庫(kù)水先期上升速率為2.0 m/d，歷時(shí)20 d，后期上升速率為1.0 m/d，歷時(shí)40 d；工況8和工況11中，庫(kù)水先期下降速率為1.0 m/d，歷時(shí)20 d，后期下降速率為0.5 m/d，歷時(shí)40 d．

4 邊坡滲流及穩(wěn)定性分析

4.1 滲流計(jì)算分析

在邊坡模型中，分別選取庫(kù)水位為2 785 m、2 813 m、2 837 m、2 865 m時(shí)，對(duì)邊坡內(nèi)較有代表性的深部、中部及淺部部位的地下水位線(xiàn)進(jìn)行分析，其在不同工況下的變化情況如圖3～8所示．

庫(kù)水上升條件下，以死水位2 785.0 m時(shí)的穩(wěn)定滲流場(chǎng)作為初始滲流場(chǎng)，圖3顯示了庫(kù)水上升時(shí)邊坡內(nèi)的地下水位變化情況．

從圖3～4可知，在庫(kù)水上升時(shí)，邊坡體內(nèi)的浸潤(rùn)線(xiàn)呈下凹狀，地下水位也會(huì)隨之上升．庫(kù)水上升速度越快，其相應(yīng)的地下水位越低，其中，上升速度為2.0 m/d時(shí)的地下水位最低．

從圖5可知，邊坡淺部的地下水位變化明顯，與庫(kù)水位同步變化；中部其次，深部最小，均呈滯后性．

圖3 庫(kù)水上升時(shí)典型地下水位情況

圖4 庫(kù)水上升時(shí)的不同工況下地下水位變化情況

圖5 庫(kù)水上升時(shí)邊坡不同部位的地下水位線(xiàn)變化情況

注：庫(kù)水上升時(shí)，將庫(kù)水位為2 785 m時(shí)的地下水位線(xiàn)作為相對(duì)高程基準(zhǔn)點(diǎn)，得出不同水位在不同工況下的相對(duì)高程值．

分析可知，當(dāng)庫(kù)水位逐漸上升時(shí)，庫(kù)水會(huì)自外向坡體內(nèi)部入滲，抬高地下水水位．庫(kù)水上升速率越大，庫(kù)水來(lái)不及完全入滲到邊坡體內(nèi)，坡體內(nèi)的孔隙水壓力不能與庫(kù)水位完全同步抬升，使得坡內(nèi)的地下水位線(xiàn)變化不明顯．而越靠近岸坡的位置，其地下水位變化越明顯，形成較大的水力坡度；遠(yuǎn)離岸坡位置的地下水位，則因滲透系數(shù)小及不能及時(shí)響應(yīng)而變化較小，呈明顯滯后性．

庫(kù)水下降條件下，以正常水位2 865.0 m時(shí)的穩(wěn)定滲流場(chǎng)作為初始滲流場(chǎng)，圖6顯示了庫(kù)水下降時(shí)邊坡內(nèi)的地下水位變化情況．

從圖6～7可知庫(kù)水下降時(shí)，邊坡體內(nèi)的浸潤(rùn)線(xiàn)呈微上凸?fàn)睿叵滤灰鄷?huì)隨之下降．其中，工況8(下降速度為2.0 m/d與1.0 m/d結(jié)合)時(shí)的地下水位相對(duì)較低；而下降速度為2.0 m/d時(shí)的地下水位比下降速度為1.0 m/d時(shí)高．

圖6 庫(kù)水下降時(shí)典型地下水位情況

圖7 庫(kù)水下降時(shí)的不同工況下地下水位變化情況

從圖8可知，邊坡地下水浸潤(rùn)線(xiàn)滯后于庫(kù)水位，其斜率呈增大趨勢(shì)；淺部的地下水位與庫(kù)水位變化同步且均比其他位置明顯，深部最不明顯．分析可知，由于邊坡外層是含有碎石土等風(fēng)化嚴(yán)重的巖體，導(dǎo)致邊坡體內(nèi)的地下水快速地向外滲出．庫(kù)水下降速率越大，邊坡體內(nèi)的孔隙水因來(lái)不及排出，使其孔隙水壓力與庫(kù)水位不能完全同步降低，也使坡體內(nèi)的地下水位線(xiàn)較高，再逐漸下降．靠近岸坡的位置，由于能及時(shí)響應(yīng)庫(kù)水的變化及滲透系數(shù)大，其地下水位比遠(yuǎn)離岸坡位置的地下水位變化明顯．

圖8 庫(kù)水下降時(shí)邊坡不同部位的地下水位線(xiàn)變化情況

注：庫(kù)水下降時(shí)，將庫(kù)水位為2 865 m時(shí)的地下水位線(xiàn)作為相對(duì)高程基準(zhǔn)點(diǎn)，得出不同水位在不同工況下的相對(duì)高程值．

從圖4～5、7～8可知，在庫(kù)水升降與降雨聯(lián)合作用條件下，降雨均會(huì)抬高坡體內(nèi)的地下水位，尤其在庫(kù)水下降時(shí)；并且此時(shí)邊坡體內(nèi)的總水頭等值線(xiàn)與庫(kù)水升降單獨(dú)作用(即工況1～3及工況7～9)時(shí)的相似，總水頭等值線(xiàn)沒(méi)有發(fā)生較大的變化．這主要是由于此邊坡巖體的滲透系數(shù)及降雨范圍不大，導(dǎo)致降雨對(duì)邊坡滲流場(chǎng)的影響及地下水位線(xiàn)的抬升不太明顯．在降雨施加后的一段時(shí)間，邊坡的地下水位會(huì)有一定幅度的變化．在遠(yuǎn)離岸坡位置的坡體內(nèi)，其地下水位明顯滯后于庫(kù)水位，但降雨對(duì)地下水位的抬高作用比主要受庫(kù)水影響的淺部更為明顯．

4.2 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果與分析

在庫(kù)水升降過(guò)程中，采用基于Mohr-Coulomb準(zhǔn)則等的極限平衡法，對(duì)邊坡相應(yīng)滑體進(jìn)行安全系數(shù)計(jì)算，并從其中找到安全系數(shù)最小的滑動(dòng)面后，對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性分析，其穩(wěn)定性系數(shù)的變化情況如圖9～10所示．

圖9 庫(kù)水位上升時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)的變化曲線(xiàn)圖

從圖9可知，在庫(kù)水上升時(shí)，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)先持續(xù)減小，且起始在一定高程內(nèi)快速減小，之后緩慢減??；當(dāng)庫(kù)水上升到一定高度(即穩(wěn)定性系數(shù)最小)后，穩(wěn)定性系數(shù)開(kāi)始小幅度地上升而后趨于穩(wěn)定．庫(kù)水上升速率越大，到達(dá)同一庫(kù)水位時(shí)所對(duì)應(yīng)的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)越大，且減小的速率越慢，最終的穩(wěn)定性系數(shù)也越大．

圖10 庫(kù)水位下降時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)的變化曲線(xiàn)圖

分析可知，庫(kù)水逐漸上漲時(shí)，會(huì)自外向坡內(nèi)滲透，抬高的地下水位對(duì)邊坡巖體產(chǎn)生浮托力，降低了坡體的有效壓力及最危險(xiǎn)底滑面上的抗滑力等；從而使邊坡滑面的穩(wěn)定性系數(shù)在開(kāi)始時(shí)降低．之后，邊坡內(nèi)外的水力坡降和指向坡內(nèi)的滲透壓力在不斷增大，當(dāng)指向坡內(nèi)的動(dòng)水滲透壓力恰好抵消有效壓力減小時(shí)，邊坡滑面的穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到最小值；而后穩(wěn)定性均開(kāi)始提高，待形成新穩(wěn)定滲流場(chǎng)后穩(wěn)定性系數(shù)也趨于穩(wěn)定．庫(kù)水上升速率越大，向坡體內(nèi)部的滲透就相對(duì)越慢，產(chǎn)生的浮托力越大，使邊坡穩(wěn)定性減小得越快；在穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到最小值后，指向坡內(nèi)的動(dòng)水滲透壓力增大越快，邊坡穩(wěn)定性上升越快．故在庫(kù)水上升速度為2.0 m/d時(shí)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)減小較快；工況3時(shí)的最終穩(wěn)定性系數(shù)上升最快．

從圖10可知，在庫(kù)水下降過(guò)程中，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)先快速減?。淮龓?kù)水下降到一定高度(即穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到最小值)，穩(wěn)定性系數(shù)開(kāi)始逐漸增大，最后趨于穩(wěn)定．庫(kù)水下降速率越大，邊坡在相同庫(kù)水位時(shí)所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定性系數(shù)就越小，且減小速率越快；之后增大的速率越慢，最終的穩(wěn)定性系數(shù)也越?。渲?，庫(kù)水下降速度為0.5 m/d時(shí)的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)最大．

分析可知，當(dāng)庫(kù)水不斷下降時(shí)，地下水響應(yīng)的滯后，使坡內(nèi)外的水位差不斷增大，會(huì)產(chǎn)生向下的拖拽作用；坡內(nèi)的地下水向外滲流，會(huì)增大坡體的重力和下滑力，導(dǎo)致邊坡滑面的穩(wěn)定性減小．在邊坡穩(wěn)定性達(dá)到最小后，坡體內(nèi)的地下水仍在滲出，對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)的軟化作用不斷減小，增大坡體最危險(xiǎn)底滑面的抗滑力，使邊坡的穩(wěn)定性不斷增大．庫(kù)水下降速度越快，邊坡的穩(wěn)定性因孔隙水來(lái)不及排出而減小得越快．相反，在穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到最小值后，坡體內(nèi)的地下水能更充分地向坡外滲出，使坡體抗滑力及穩(wěn)定性的上升速率越快．故在庫(kù)水下降速度為0.5 m/d時(shí)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)最大，工況7時(shí)的最終穩(wěn)定性系數(shù)最大．

從圖9～10可知，在庫(kù)水升降與降雨聯(lián)合作用條件下，雨水入滲使得降雨區(qū)巖體部分飽和，導(dǎo)致該區(qū)域坡體的抗剪強(qiáng)度等力學(xué)性質(zhì)及有效應(yīng)力均相應(yīng)加快減小，最危險(xiǎn)底滑面上的抗滑力下降，使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)均要比庫(kù)水位升降單一作用(即工況1～3及工況7～9)時(shí)小，也會(huì)出現(xiàn)更小值．由于本邊坡巖體類(lèi)別的原因，地下水位變化滯后于庫(kù)水位升降，而降雨范圍不廣，且坡內(nèi)入滲較慢，因此降雨影響相對(duì)有限．這說(shuō)明降雨不利于邊坡穩(wěn)定，但對(duì)邊坡的穩(wěn)定影響不如庫(kù)水位變動(dòng)明顯．在降雨條件下，適當(dāng)?shù)膸?kù)水升降的速率，將有助于提高邊坡最終的穩(wěn)定性．

5 結(jié) 論

1)庫(kù)水位的升降速度及降雨入滲，均會(huì)對(duì)庫(kù)岸邊坡的滲流場(chǎng)及穩(wěn)定性產(chǎn)生影響．本文依據(jù)飽和-非飽和滲流和極限平衡理論，利用有限元分析軟件，對(duì)某泄水建筑物進(jìn)口邊坡在庫(kù)水位升降和降雨條件下的滲流及穩(wěn)定性進(jìn)行了模擬與分析．

2)在單一的庫(kù)水升降過(guò)程中，邊坡的滲流場(chǎng)相似，且壓力水頭值變化趨勢(shì)也相似．降雨對(duì)邊坡滲流場(chǎng)的影響不太明顯，但仍會(huì)抬升邊坡的地下水位，尤其是深部邊坡．在降雨與庫(kù)水升降聯(lián)合作用時(shí)，滲流場(chǎng)的水頭等值線(xiàn)發(fā)生了改變，并改變了單一庫(kù)水升降下的滲流場(chǎng)．

3)庫(kù)水位變動(dòng)及雨水入滲對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響，其中庫(kù)水下降時(shí)比庫(kù)水上升時(shí)的影響大，尤其是庫(kù)水驟降．在持續(xù)降雨情況下，為確保該邊坡的穩(wěn)定，蓄水時(shí)先期速率可盡量大，到一定程度后，即邊坡安全系數(shù)達(dá)到最小值后，蓄水的速率應(yīng)盡量放慢，以使邊坡的穩(wěn)定性降低幅度最??；除控制庫(kù)水位的升降速度及加強(qiáng)監(jiān)測(cè)外，還應(yīng)盡量避免發(fā)生庫(kù)水驟降．

[1] 黃潤(rùn)秋，王士天，胡卸文，等．瀾滄江小灣水電站——高拱壩壩基重大工程地質(zhì)問(wèn)題研究[M]．成都：西南交通大學(xué)出版社，1996．

[2] 鄭 慧，邵子葉，韓文喜，等．暴雨與庫(kù)水位變化條件下曬鹽壩滑坡滲流和穩(wěn)定性數(shù)值模擬[J]．地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2012，23(1)：58-63，95．

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[責(zé)任編輯 周文凱]

Analysis of Seepage Characteristics and Stability of a Slope under Conditions of Reservoir Water Level Fluctuation and Rainfall

Lu Bo1,2Guo Yongcheng1,2Zhao Erping1,2Gong Zhanglong1,2Wang Chong1,2

(1. Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area, Ministry of Education, China Three Gorges Univ., Yichang 443002, China; 2. College of Civil Engineering & Architecture, China Three Gorges Univ., Yichang 443002, China)

In Southwest of China, the geological structure is complex and the rainfall is abundant; so the influence of groundwater on the stability of reservoir slopes is relatively prominent. Taking an inlet slope of the discharge structure in that area as the prototype, the seepage and stability of the slope under different conditions of rainfall and the reservoir water level fluctuation are simulatively calculated based on saturated-unsaturated seepage theory, limit equilibrium theory and the finite element analysis software (Geo-Studio). The calculation results show that the groundwater level of the slope changes exactly in accordance with the reservoir water level, slope stability safety factor firstly decreases with the rise of reservoir water level, and then increases slowly. When the reservoir water level drops, the slope stability safely factor coefficient firstly decreases and then increases; and the lower the rate of decline is, the smaller the stability safety factor will be. Under the condition of rainfall infiltration, the groundwater level of the slope will rise to a certain extent; and the stability safety factor of the slope accordingly decreases at the same time. The research results can provide a reliable basis for slope stability analysis and the safe operation of the reservoir.

reservoir water level fluctuation; rainfall infiltration; groundwater levels; seepage characteristics; stability

2016-10-28

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(51439003)；湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014CFC1139，2015CFC831)；三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(三峽大學(xué))開(kāi)放研究基金項(xiàng)目(2015KDZ17)；三峽大學(xué)科學(xué)基金(KJ2013B004)

郭永成(1980-)，男，副教授，博士，主要研究方向?yàn)閹r土工程、風(fēng)險(xiǎn)管理等．E-mail：ych_guo@126.com

10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2017.02.012

TV139.14： P642

A

1672-948X(2017)02-0054-06