长江流域某滑坡灾害分析.doc

XX大石板滑坡灾害分析

1.1 XX滑坡概况
XX滑坡位于长江北岸，上距ＸＸ县城1.5公里，下距ＸＸ坝址66公里，总体积约2400万立方米。大石板、台子角滑坡位于滑坡群西侧，是XX滑坡的重要组成部分之一。
大石板、台子角滑坡体局部切入基岩的崩坡积层滑坡。平面上呈带状，后缘高程800米，前缘至江水位以下，平均宽度320米，纵长1500米，面积0.45平方公里，体积约1000万立方米。平均坡度25度。大石板不饱水且粗颗粒稍多者=25.5，C=0.04MPa；不饱水硕质粘土原位大剪强度=21.5，C=0.025MPa，饱水硕质粘土饱和直剪强度=11, C=0.024MPa。台子角不饱水状态大剪强度=26.5，C=0.022MPa，饱水状态三轴固结不排水剪强度=10.5，C=0.016MPa。
大石板滑坡处，长江底板高程在20m至25m之间，当长江水位为66.0m时，江面水宽为350m左右。

1.2 滑坡体滑速计算
1.2.1 滑速计算公式
滑坡体的体积大小和滑体的速度等因素决定了滑坡涌浪的高度，滑速与滑坡的启动情况、滑面坡度、滑动方向、滑面的摩擦系数等许多因素有关。而滑坡的发展过程是相当复杂的，滑体滑速的运动机理极为复杂，其精确理论解的确定是较难的，也不易进行可靠的模型试验。目前，通常采用潘家铮院士提出的滑速估算公式进行计算。
该数学模型对滑坡体动力结构作以下假定：
(1)滑坡体沿着光滑缓弯曲面下滑，静力稳定分析仍为平面性质。
(2)将滑坡体切为许多垂直分条,假设滑动后仍为垂直分条,即按刚体处理。
(3)忽略各狭条间摩擦力及其它阻力。
(4)垂直条剪切变形与剪力间关系假定已知。
由此，简化的垂直分条作用力如图10.1所示。
根据动力平衡方程得到水平加速度公式为：

式中：
图10.1
滑坡体部重量；W土条自重；垂直分条滑距；垂直分条倾斜角；U渗透压力；N滑面上法向力；fN+C滑面上切向抗滑力；
H,H+H垂直界面上法向力
水平速度公式为： 滑时公式为：
SYL，为滑体在滑行中水对滑体的阻力，大小为静水压力。
1.2.2 计算条件和过程
(1) 滑坡过程：当滑坡体由于某种原因启动滑坡后，初始时滑坡体后缘部分的滑面坡度较大，滑坡体在重力的作用下，克服滑面的摩擦阻力，推动前缘部分向前作加速滑动；滑动一定的距离后，随着滑距的增加，滑体的前缘部分滑入江底，这时，前缘部分将有一部分土石被水流冲走，前缘部分的滑面坡度降低，江底部分的坡度可能降至零或负值，后缘部分所处的滑面坡度变缓，前缘部分也需克服水体的阻力，滑坡的加速度变小,滑体近似匀速滑动；随着滑距的进一步的增加，滑入江底的前缘部分土石方量的增加，阻力增大，后缘部分推动体的减少，坡度变缓,推力小于阻力，滑动加速度变为负值,滑体作减速滑动,滑体凭借其惯性力向前滑动，最后滑体的速度降至零。
(2) 计算过程：根据滑坡的滑动过程所设计的滑速计算过程框图如下：

(3) 计算参数的确定：根据滑速的计算公式，滑速的大小与滑面的滑面的粘聚力和摩擦系数，滑体的渗透压力，滑坡面的坡度，滑条块的的重量等因素有关。
滑面的粘聚力和摩擦系数：对滑坡失稳后滑面的摩擦角的估算大小对滑坡产生的灾害大小起重要的作用。在滑坡过程中，滑面的粘聚力C可能降至很低，
并且通过计算C值的变化对滑速的影响很小，因此C可取值为0。对于滑坡滑面的摩擦力的取值，对于长期处于渗流状态时，土体的自重作用下早已固结完成，滑动前摩擦系数可采用慢剪或固结排水剪试验值；而对于滑坡形成一般多是较突然的，也就是说在滑动过程中还会出现孔隙水压力，保守计可采用固结快剪和固 结不排水剪切试验值，本计算方案参照XX滑坡试验成果值 =170
滑体渗透压力：滑体的渗透压力为该点水的容重与测压管中水位上升的高度
的乘积；滑动时滑体任意一点的地下水位高度是很难估计的，在计算中各滑条块
的地下水位高Hw与该滑条的高度H的比值采用同一的比值处理。根据渗流计算和稳定分析结果,当滑坡失稳时的Hw/H可取0.5～0.7;计算选用值为0.6。
滑坡坡面坡度为：一段滑距后，后滑条块的坡度取前滑条块的坡度，入江底
的滑坡条块坡度取零。
长江水位：长江水位的影响主要表现为滑动时的水体对滑体的阻力和水对滑
体的扬压力，在计算中只考虑了水体的扬压力及阻力。
滑条块的的重量：滑条块入江的重量每一滑距后减少10%，没入江的不变。
(4) 计算成果及分析：
XX大石板滑坡的滑距、滑速、滑时，成果见表10.1～10.4。
由表10.1～10.4，当水位分别在66m～175m之间时，摩擦角 =170,
Hw/H=0.6最大滑速在33.5~15.9m/s之间，最大滑距在480~780m之间，
由计算成果可知，滑距随水位增加滑距由780～480m，在计算中考虑水对下滑体部分的阻力，计算结果表明随着水位的增加滑速、滑距有所减少。
由于滑坡体动态滑动过程千变万化，有一些影响滑速因素和滑动过程在计算
公式考虑并不一定全面，加之公式中各项参数的取值难度和任意性。滑速估算与
实际情况有一定的差别，但所计算的成果一般能够反映实际的规律和定量分析。

XX大石板滑坡滑速计算成果表10.1～10.6
表10.1：库水位为66m
=17,H/H=0.6
滑距L（m）
加速度(m/s2)
滑速(m/s)
滑时
(s)
30.0
2.3
11.6
5.2
60.0
2.0
16.0
7.3
90.0
1.9
19.2
9.0
120.0
1.8
21.8
10.5
150.0
1.7
24.1
11.8
180.0
1.7
26.1
13.0
210.0
1.6
27.8
14.1
240.0
1.4
29.2
15.2
270.0
1.2
30.5
16.2
300.0
1.1
31.5
17.1
330.0
.9
32.3
18.1
360.0
.7
32.9
19.0
390.0
.5
33.4
19.9
420.0
.4
33.7
20.8
450.0
.2
33.9
21.7
480.0
.0
33.9
22.6
510.0
-.3
33.6
23.5
540.0
-.7
33.0
24.4
570.0
-1.1
32.0
25.3
600.0
-1.5
30.5
26.3
630.0
-1.9
28.6
27.3
660.0
-2.2
26.2
28.4
690.0
-2.5
23.1
29.6
720.0
-2.8
19.1
31.0
750.0
-3.1
13.4
32.8
780.0
-3.3
.0
36.9

表10.2：库水位为97.7m

=17,H/H=0.6
滑距L（m）
加速度(m/s2)
滑速(m/s)
滑时(s)
30.0
2.0
11.1
5.4
60.0
1.8
15.2
7.7
90.0
1.6
18.1
9.5
120.0
1.6
20.6
11.1
150.0
1.5
22.7
12.4
180.0
1.4
24.5
13.7
210.0
1.3
26.1
14.9
240.0
1.2
27.4
16.0
270.0
1.0
28.4
17.1
300.0
.8
29.3
18.1
330.0
.7
30.0
19.2
360.0
.5
30.4
20.1
390.0
.3
30.7
21.1
420.0
.1
30.8
22.1
450.0
.0
30.8
23.1
480.0
-.2
30.6
24.1
510.0
-.6
30.0
25.0
540.0
-.9
29.1
26.1
570.0
-1.4
27.6
27.1
600.0
-1.7
25.7
28.2
630.0
-2.1
23.1
29.5
660.0
-2.4
19.7
30.9
690.0
-2.8
14.9
32.6
720.0
-3.1
6.2
35.4
750.0
-3.3
.0
37.3

表10.3：库水位为135.0m
=17,H/H=0.6
滑距L（m）
加速度(m/s2)
滑速(m/s)
滑时(s)
30.0
1.6
9.9
6.0
60.0
1.4
13.5
8.6
90.0
1.2
16.0
10.6
120.0
1.2
18.1
12.4
150.0
1.1
19.8
14.0
180.0
1.0
21.3
15.4
210.0
.9
22.6
16.8
240.0
.7
23.5
18.1
270.0
.6
24.3
19.4
300.0
.4
24.8
20.6
330.0
.2
25.0
21.8
360.0
.0
25.1
23.0
390.0
-.2
24.9
24.2
420.0
-.3
24.5
25.4
450.0
-.4
24.0
26.6
480.0
-.7
23.1
27.9
510.0
-1.0
21.8
29.3
540.0
-1.4
19.8
30.7
570.0
-1.8
16.8
32.3
600.0
-2.2
12.4
34.4
630.0
-2.5
1.0
38.9
660.0
-2.8
.0
39.2

表10.4：库水位为145.0m
=17,H/H=0.6
滑距L（m）
加速度(m/s2)
滑速(m/s)
滑时(s)
30.0
1.5
9.5
6.3
60.0
1.2
12.9
9.0
90.0
1.1
15.2
11.1
120.0
1.0
17.1
13.0
150.0
1.0
18.8
14.6
180.0
.9
20.1
16.2
210.0
.8
21.3
17.6
240.0
.6
22.1
19.0
270.0
.4
22.7
20.3
300.0
.3
23.0
21.7
330.0
.1
23.1
23.0
360.0
-.1
23.0
24.3
390.0
-.3
22.6
25.6
420.0
-.4
22.0
26.9
450.0
-.6
21.2
28.3
480.0
-.8
20.0
29.8
510.0
-1.1
18.2
31.3
540.0
-1.5
15.4
33.1
570.0
-1.9
11.0
35.4
600.0
-2.3
.0
40.1
表10.5：库水位为175.0m
=17,H/H=0.6
滑距L（m）
加速度(m/s2)
滑速(m/s)
滑时(s)
30.0
1.0
7.9
7.6
60.0
.8
10.4
10.8
90.0
.6
12.1
13.5
120.0
.6
13.4
15.9
150.0
.5
14.4
18.0
180.0
.4
15.3
20.0
210.0
.3
15.8
22.0
240.0
.1
16.1
23.8
270.0
-.1
15.9
25.7
300.0
-.2
15.5
27.6
330.0
-.4
14.6
29.6
360.0
-.6
13.3
31.8
390.0
-.8
11.3
34.2
420.0
-.9
8.4
37.3
450.0
-1.1
2.0
43.0
480.0
-1.3
.0
44.6

表10.6: 滑坡后剩余过水断面面积与66m水位过水断面百分比
水位
滑距
滑坡后剩余过水断面面积与66m水位过水断面百分比
m
m
66m水位
97.7m水位
135m水位
145水位
175水位
66
780
2

97.7
750

9

135
660

20

145
600

40

175
480

70

10.3 涌浪计算一维总体模型及最大滑坡涌浪估算
1.3.1 滑坡涌浪计算微分方程
根据滑坡涌浪特点,采用明渠非恒定流方程,整理得到一维滑坡微分方程为：

A—水流横截面面积；v—平均流速—阻力坡降；其余符号见图10.3
图10.7
1.3.2 滑坡涌浪方程数值求解
(1) 离散方程
上述一维滑坡涌浪微分方程是复杂的偏微分方程组，其解析解不易求出，采用有限元分析，对涌浪方程组进行求解，采用线性插值函数离散后的线性单元方程组如下:
一维单元方程组:
式中 —结点涌浪高，；—结点流速，，

(i=1,2)

(i=1,2)
(2) 初始条件、边界条件
初始值取用水流末受到滑坡体扰动时的水位及流速值。
滑坡体的边界条件较复杂，涉及到长江沿途的河面的宽度和边坡；河道方向及坡度；滑坡体入水后变形等因素。采用从体积守恒原理出发计算初始断面的水流流速,假设河道沿途断面尺寸为入水处的河道断面较为简便的处理方式。
n时刻第一断面的流速可表示为

Sb为滑条的厚度
(3) 最大滑坡涌浪估算及涌浪传播分析
滑坡涌浪计算分两步进行，当滑坡产生后，滑坡体入江向河对岸冲击，在滑坡时间内在入江处产生最大涌浪，然后涌浪向河道方向传播。
由数值模型数值计算可知， 初始断面最大涌浪高与滑坡体下滑速度及滑坡体厚度成正比；当水深由小变大时， 也逐渐增大，而当到达某一值时,达到最大值，此后随水深的增大而略有减小。在传播过程中，浪高随着传播距离的增大而减小，减小的速率由大到小。涌浪高的衰减值随着河道糙率的增大而略有增大,由数值模型计算所统计的初始断面最大涌浪高估算公式[1]为:
为滑体最大滑速
XX石榴树包下滑断滑坡产生最大涌浪、传播至巴东县城、三峡坝址涌浪高及涌浪向上下游传播达2.0m高度的距离见表10.12。
XX滑坡在不同的最大涌浪高时涌浪衰减曲线见图10.8～10.22
计算成果表明上游传播的涌浪比向下游传播的涌浪要大,随着水位的降低这种现象越明显；随着水位的升高涌浪衰减的速度越慢。
表10.12 XX石榴树包滑坡涌浪计算成果

参数
水位
m
滑速
(m/s)
最大涌浪
(m)
涌浪>2m
(上游/下游)
三峡坝址
(m)
巴东县城
(m)
=17,H/H=0.6
66
33.9
47.5

=17,H/H=0.6
97.7
30.8
35.5

=17,H/H=0.6
135
25．1
29．1

=17,H/H=0.6
145
23．1
26．3

=17,H/H=0.6
175
15．9
20．2

1.4 XX滑坡失稳的危害性评价
XX滑坡失稳的危害性，主要考虑对水库的库容和寿命、对枢纽建筑物、航运和沿岸城镇的安全以及对移民规划、城镇等方面的影响。
1.4.1对水库库容和寿命的影响
三峡XX滑坡体以岩质为主，稳定分析表明。XX滑坡群全部方量为四千万方左右，如全部入库只占三峡水库175米方案总库容的0.1%，死库容的0.18%。因此，XX滑坡对水库和寿命无实质性的影响。
1.4.2 对枢纽建筑物施工和运行的影响
XX滑坡距三峡坝址66公里，对三峡枢纽建筑物的安全的威胁，只考虑滑坡失稳入江所造成的涌浪向下游到坝址后的影响。
涌浪计算成果表明，滑坡体的材料参数取170和210，不同的库水位，在入水处的涌浪高度为24.2m～34.5m之间，传播至三峡坝址的涌浪高度为0.04m～0.2m，即使坡体的材料参数取00，不同的库水位，在入水处的涌浪高度达到目的7.6m～65m之间，传播至三峡坝址的涌浪高度为0.2m～0.56m，因此涌浪衰减至坝前的高度较小，不会危及工程施工和建筑的安全。
1.4.3对航道的影响
对航道的影响包括两方面，一方面滑坡失稳后，滑坡体滑入水中束窄河床断面，是否导致断航、碍航的危害；另一方面是当滑坡产生的涌浪危害川江航道上船只。
葛洲坝蓄水后，已淹没奉节以下全部急流险滩取消单向航道和绞滩各九处，加上多年整治，川江通航条件有显著的改善，但是仍然十分脆弱。
如在66m的水位滑坡失稳，滑距为780m，堆积体顶部超过水位20m～40m。滑距为780m时,剩余的过水断面占原过水断面的2%，将对河道通航有一定的影响。将对河道有阻航和断航的可能。
在其它的水位情况下,仅当水位为97.7m,在滑距为240m时, 剩余的过水断面与66m水位原过水断面面积比为95%,都远远大于66m水位原过水断面面积,因此库区蓄水后,滑坡失稳后将不会影响正常通航。
如浪高为2m时将对过往的船只有影响，根据涌浪传播计算成果表10.12及图10.8～10.22可见，上下游距滑坡处的距离分别为处涌浪高达2米，共长，如按川江航道上X（船/公里）平均船流量计算，将有X只船有翻船的危险，其社会和经济损失是不可估量的。
如135，145，175水位滑坡失稳，入江堆积体占135以下水位以下河床断面的%，剩余的过水断面远远大于建库前的天然断面，将不会影响通航。根据涌浪
传播计算成果可见，上下游距滑坡处的距离分别为X处涌浪高达2米，共长，如按川江航道上X（船/公里）平均船流量计算，将有X只船有翻船的危险，其社会和经济损失是不可估量的。