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武陵山区宣恩县双龙湖滑坡涌浪风险评价研究

更新时间:2009-03-28

崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害产生的次生灾害危害严重,其中,水库库岸滑坡所造成的涌浪灾害,不仅会冲毁滑坡周围水工建筑物、堵塞江河,还会威胁到涌浪传播范围内的人民生命财产安全[1-3] ,因此,研究水库滑坡形成的涌浪,对保护水库沿岸居民的生命财产安全有重要的意义。

3.3.2 翻班与否 调查显示,翻班护士及其配偶的婚姻质量要低于不翻班护士及其配偶。护士平时的工作强度高,尤其是2、3级医院的护士,在8 h的工作时间里需要相当高体力与脑力的支出,因此回到家后可能对家事付出的精力有所减少,翻班护士作息时间不规律,在家的时间不固定,与家人和亲友进行业余活动的机会减少,影响了夫妻间的交流。在值夜班期间也无法照顾到家庭,子女必须由配偶或其家人照料,影响了婚姻质量。

目前滑坡涌浪在模型试验研究、数值模拟研究等方面的探索取得了许多成果。 殷坤龙等基于1:200 比例尺的三峡库区白水河滑坡上下游河道物理模型试验量测数据,提出了三峡库区滑坡涌浪计算公式,预测了滑坡最大首浪高度和沿水库传播的涌浪衰减规律[4] ;黄波林等基于三峡库区龚家方崩滑体涌浪事件,构建大型物理相似试验模型,探讨了碎裂岩体失稳产生涌浪模型试验的改进方向,继而运用GEOWAVE 软件进行滑坡涌浪的数值模拟[5-6] ;杨渠锋等以三峡库区陡岩滑坡为原型,通过水槽概化模型试验,研究了初始涌浪在河道传播中的衰减规律,得出了初始涌浪传播的波高衰减系数计算公式和陡岩滑坡涌浪爬高的计算公式[7] ;赵兰浩等采用统一的控制方程N-S 方程及双重LEVELSET 函数,在有限元框架内建立了地震作用下土质库岸边坡失稳、运动及初始涌浪产生全过程的数值模拟方法[8] ;Xiao L. 和Ward S. 等基于三峡库区龚家方崩滑体涌浪事件, 首次采用Tsunami Squares模型,模拟了滑坡运动、涌浪产生和传播的全过程[9] 。尽管近年来滑坡涌浪研究进展迅猛,但大多集中在滑坡涌浪的产生、传播及运动过程等的机理研究方面,鲜有学者从滑坡涌浪的防治方面开展研究。

滑坡灾害的风险评价作为一种行之有效的滑坡防治手段已被大量学者所应用,近些年,滑坡涌浪在模型试验研究、 数值模拟研究等方面的探索,对更好的理解滑坡涌浪,继而进行滑坡涌浪风险评价提供了较为新颖的技术及理论支持[10] 。 基于此,本文以武陵山区宣恩县双龙湖水库滑坡为例,在滑坡危险性分析的基础上, 进行了滑坡入江速度、入江体积以及滑坡涌浪的初始最大浪高、涌浪传播过程等的计算,最后将滑坡涌浪传播范围作为承灾体调查依据,采用定量风险评价公式进行财产和人口风险分析。

1 双龙湖库区滑坡概况

双龙湖水库滑坡位于双龙湖水库北岸(左岸),行政区划隶属于宣恩县珠山镇双龙湖村一组。滑坡平面形态呈不规则扇形, 滑体东西纵长286 m,平均宽度433 m,面积12.38×104 m2,厚3.5-23.6 m,平均厚度10.0 m,总体积123.84×104 m3,为大型牵引式土质滑坡(图1)。 双龙湖水库滑坡最早变形时间始于上世纪四十年代,主要以小坍滑和局部微量变形为主。 1993 年10 月双龙湖水库蓄水,坡前水位迅速抬升,受库水位升降变化的影响,滑坡变形明显加剧, 造成滑坡前缘宣恩县城区与S232 省道连接线公路毁坏,交通数次被迫中断,滑坡后缘及右侧,部分民房受损或毁坏(图1(a)、(b))。

从图8可以看出该扩孔钻头的水力结构参数的设计是合理的,钻头领眼段各刀翼的流量分配百分比与刀翼的切削量分配百分比的变化趋势一致,这样使得钻井液对切削齿有良好的冷却作用,岩屑能够快速运离井底,防止钻头泥包或重复切削,满足钻头水力结构设计要求。

  

图1 双龙湖社区水库滑坡平面位置图Fig. 1 Plane location map of Shuanglong Lake Community landslide

2 滑坡危险性分析

2.1 计算模型建立

采用《三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求》推荐的潘家铮计算公式。

2.2 计算工况及参数

根据工程特性及双龙洞水库蓄水后的运行特点,设计工况主要考虑岸坡天然条件、地下水、不同库水位、水库水位变化及降雨等情况,各设计工况及相应荷载组合如下(表1)。

(2)对岸任一点A′的最高涌浪计算

(2)地下水作用力:滑坡区地下水较为丰富,有5 处泉水出露,且5 个钻孔中均有地下水(地下水位埋深2.38 ~ 4.8 m),在降雨及库区蓄水时,滑体中地下水均有不同程度变幅,计算时考虑地下水孔隙水压力和渗透压力的作用;

(3)库区水位在550 ~ 535 m 之间运行,库水位从550 m 回落至535 m 时,滑坡体内水力坡度增大,计算时既考虑地下水孔隙水压作用,同时考虑渗透压力的作用;

(4)降雨(据气象局收集资料显示,最大小时降雨量达152.5 mm)。

2.3 计算结果

在滑坡渗流场特征分析的基础上,采用传递系数法对不同工况下滑坡的稳定系数和破坏概率进行计算,结果如下(表2)。

波速C 按下式计算:

 

表1 计算工况说明Table 1 Calculation condition specification

  

工况 工况说明工况一工况二工况三天然工况(库水位位于550 m)水库水位下降工况(库水位由550 m 下降到535 m)水库水位下降+20 年一遇暴雨工况(库水位由550 m 下降到535 m,降雨强度152.5 mm/h)

 

表2 不同工况下稳定系数与破坏概率Table 2 Stability factor and failure probability under different working conditions

  

稳定系数破坏概率工况1 工况2 工况3 1.212 8.84%1.065 30.02%0.987 54.56%

  

图2 双龙湖社区滑坡剖面图Fig.2 Profile map of Shuanglong Lake Community landslide

3 滑坡涌浪分析

3.1 滑坡涌浪计算方法

3.1.1 美国土木工程协会的滑坡速度计算法(修正)

利用滑坡下滑的运动力等于下滑力与抗滑力之差:

 

式中,c,φ 为滑面岩土体的内聚力(kPa)和内摩擦角(°),α 为滑面平均倾角(°),Cw 为粘滞系数,Pf 为流体密度(kg/m3),v 为密度(m/s),S 为挡水面积(m2)。

设滑坡的初始速度为零,则滑坡入水时的速度为:

 

式中,H 为入水部分滑体重心距离水面的高度(m), m 为滑体质量(kg),L 为滑面长(m)。

3.1.2 初始最大浪高计算

用平板凝集试验对474头份被检血清进行检测,从中可以看出,感染羊布鲁式杆菌的羊有七成左右,从中可以看出受到感染的羊群较多,故此,加强对羊群的检疫是其中的重点和关键。

福建师范大学胡志刚教授主编的教材《化学课程与教学论》,已经由科学出版社2014年10月出版,2016年1月第五次印刷。该教材是依据我国当前基础教育课程改革的需要,在总结同类教材经验的基础上,根据《普通高中化学课程标准》和《教师教育课程标准(试行)》的相关要求,汲取了我国化学课程与教学论的新成果,为化学教师教育人才培养提出的新要求编写的。

 

式中,ξ0 为激起的初始涌浪高度(m),v 为岸坡水平运动速度(m/s),h 为水库平均深度(m),h′为入水部分滑体的垂直高度(m)。 当h<h′时,h′=h。

3.1.3 滑坡入江体积计算

滑坡发生滑动后,入江条块运动过程中所受水体阻力与条块速度的平方成正比,使得滑坡各条块入水时速度呈先增大后减小的总体趋势。在已获得的滑坡各条块运动速度的基础上,取滑坡静止时入水条块的总体积为滑坡入江体积。

3.1.4 滑坡涌浪在河道中的传播衰减计算

远远地,我们看到大片大片的防护林带,还有一道道农田林网,经纬昂然地分布于科尔沁沙地,俨然绿色的屏障,护卫着城市、村庄、农田、道路、河流等生态安全。树,到处是树。

最后桩身混凝土浇筑之前需要固定钢筋笼,而钢筋笼的制作和安装以及主筋接头需要错开50%,每隔1.5 m需要用点焊来固定螺旋箍筋和主筋。同时以2 m为间隔增设加劲箍。如果钢筋笼的长度在15 m以上,则需要分段制作。钢筋笼吊装就位后要及时焊接,将钢筋笼固定在正确的位置和标高处。

双龙湖水库滑坡体物质组成为碎(块)石土或含碎石粉质粘土, 滑坡所在的斜坡地段为逆向坡,剖面呈凸型(图2),后缘高程640 ~ 650 m,坡角约28°,中部坡角15-20°,前缘与双龙湖水库相接,高程540 ~ 530 m,平均坡角约14°,滑坡主滑方向262°。前缘公路外侧1997 年发生次级滑坡,分布高程550~ 574 m,坡面较平缓,坡角8-15°,长约106 m,宽约143 m。

(1)、对岸A 点最高涌浪计算

岸边滑坡突然滑入水中,产生的涌浪经水域传至对岸A 点的最大涌浪高度为:

 

式中,ζmax 对岸A 点最高涌浪(m);ζ0 为初始浪高;l 为滑坡体宽度的一半(m);Ck 为波的反射系数,在求对岸最高涌浪时为1;Σ为级数和。 该级数的项数取决于滑坡历时T 及涌浪从一岸传播至对岸需时Δt=B/C 之比。

对《三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求》[11] 推荐的潘家铮经验公式进行改进。 当岸坡发生水平运动时,激起的初始浪高可表示为:

由表2 可知,当滑坡处于天然工况,稳定系数最高,为1.212,处于稳定状态,破坏概率最低,为8.84%;在水库水位由550 m 下降到535 m 工况下(滑坡现状),滑坡的稳定性系数为1.065,处于基本稳定状态,有30%的概率可能发生滑坡;滑坡在水库水位下降和20 年一遇暴雨工况下, 滑坡的稳定系数最低,仅为0.987,有55%的概率会发生滑坡。因此,在库水位下降阶段,坡体内孔隙水压力来不及消散, 导致地下水位与库水位产生落差,使其水力坡度增大,动水压力增加,若此时再遭遇强降雨,地表水体渗入到坡体内,降低其力学强度,同时使得坡体内静水压力增大,极有可能发生滑坡。

由图1、图2 可知,无论采用改进的Pearson 相关相似性公式,还是改进的修正余弦相似性公式,在邻居数目相同的前提下,UCSA-CF 算法的MAE 值均明显小于其他算法,表明文本提出算法的有效性。

 

(1)基本荷载:基本荷载为滑体的自重;

通过例4进一步推导可知,若极限式中有幂指函数地f(x)g(x),常用换底公式eg(x)lnf(x)将其化为指数函数进行处理。

滑坡涌浪传至对岸任一点A′产生的最大涌浪高度为:

 

式中,x0 为滑坡至A′的距离(m);L 为滑坡体宽度(m);n 为级数应取的次数;θn 为第n 次入射线与岸坡法线的夹角,其值可以这样计算:河道宽为B,滑坡区中心到A′点的水平距离为x,则:

 

式中,n 值取决于T、△t、x0/B 及(x0-L)/B 值,可由图表确定。

3.2 滑坡涌浪计算结果

按照美国土木工程协会推荐的整体速度计算公式对滑坡入江速度进行了计算,按运动方程分条块计算的公式分别计算了滑坡入江速度、 入江体积,按潘家铮公式计算了初始涌浪。 计算参数(表3)和结果(表4)如下表所示。 根据运动方程分条块计算的结果, 在最不利工况条件下共有总体积为91.13 万m3 的滑坡体会进入水库,产生的最大涌浪高度会达到20 m。

通过对滑坡点所在库岸段上、下游各2 公里的库岸地形条件的量测及滑坡入江点的河床地形分析 (每隔250 m 选取一个滑坡涌浪的计算点)(图3), 选定了计算涌浪首浪和爬坡浪的基本参数(表3,表4,表5),根据《三峡库区地质灾害防治工程勘察技术要求》[12] 推荐的计算公式,选取最不利工况条件(工况III)进行了涌浪在河道中的传播及衰减计算,计算结果见表6,涌浪衰减曲线见图4。

4 易损性分析

4.1 承灾体调查数据

双龙湖水库滑坡主要威胁坡体上居民住宅和坡体前缘公路,根据现场调查访问对滑坡影响范围内的建筑物进行编号,按照一层一户计算,共影响12 户46 人,详细调查结果如下(表7)。将滑坡影响范围内的经济体进行估算, 主要涉及的居民住宅、室内财产、 公路以及滑坡影响范围内的土地价值,本次调查是调查人口为主,房屋建筑面积根据调查数据给出。 通过一项对房屋居住的调查显示,在其中一间房子中每年居住365 天,每天呆18 的小时,人员的时空概率为PS:T=0.75。

建筑行业快速的发展一方面上促进了建筑单位的迅猛发展,另一方面却也带来了工程的造价管理与成本控制不协调的矛盾状况。

4.2 滑动影响范围分区

根据斜坡结构特征、滑动距离及承灾体分布特征,将滑坡影响范围内分成3 个区:将整个滑坡体作为1 区,滑坡的后扩范围为2 区,滑坡的后扩范围根据地形地貌、 现场调查及工程地质经验得到,具体分区如图5; 滑坡涌浪传播影响的范围为3区,具体影响范围见滑坡涌浪计算结果。

5 滑坡涌浪风险分析

地质灾害的风险评价涉及地质灾害的频率分析及承灾体的易损性计算,可用下列计算公式计算:

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表3 涌浪计算参数(对应水库550m水位工况)Table 3 Calculating surge parameters (corresponding to reservoir 550m water level)

  

动摩擦角(°)14.1平均水深(m) 河道横截面宽(m)38.2 395河道过水断面面积(m2) 周湿(m)15081 420

 

表4 滑坡入江速度、入江体积与初始涌浪Table 4 Speed of landslide entering river, volume of entering river and initial surge

  

工况550 550→535 550→535+暴雨滑坡速度(m/s) 初始涌浪(m) 入江体积(m3)9.65 10.33 12.97 12 15.1 20 70.3 73.01 91.13

  

图3 滑坡点处水下地形图Fig. 3 Underwater topographic map at landslide point

 

表5 涌浪传播计算的岸坡坡角Table 5 Bank slope angle calculated by surge propagation

  

距离(m)上游地形坡度(°)下游地形坡度(°)250 500 20.60 35.93 37.15 21.04 750 1000 1250 1500 1750 2000 25.46 34.12 34.97 33 20.89 36.87 8.37 39.81 31.53 22.34 30.17 22.99

 

表6 滑坡涌浪高度Table 6 Landslide surge height

  

工况550→535+暴雨传播距离 (m) 0传播浪爬坡浪(上游)爬坡高程(上游)爬坡浪(下游)爬坡高程(下游)19.95 47.31 582.31 250 500 750 1000 1250 19.4 36.26 571.26 28.41 563.41 15.04 19.65 554.65 23.89 558.89 12.28 16.63 551.63 15.36 550.36 10.45 12.43 547.43 9.11 11.62 546.62 1500 1750 2000 8.08 10.04 545.04 7.66 8.63 543.63 6.96 7.78 542.78 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

  

图4 传播浪及爬坡浪高度图(550 m水位)Fig. 4 Wave height and wave height chart (550 m water level)

  

图5 滑坡影响范围分区示意图Fig. 5 Sketch map of landslide affected area zoning map

 

式中,R 为人口或财产风险值;H 为滑坡的危险性(破坏概率);V 为人口或财产的易损性;P(S:T)为承灾体时空分布概率;E 为承灾体(人口或财产)的价值。

5.1 双龙湖水库滑坡风险

该滑坡影响范围内共46 人居住, 其中46 人位于1 区, 2 区无人居住。 通过对居民和房屋居住情况的调查显示,按照最大的人员风险估算,假设每人每天有18 小时待于房屋内,时空概率为0.75。 由于滑坡范围内经济类承灾体的位置固定不变, 其时空概率都取为1。根据表7 以及公式(8),分别计算出工况III 的财产损失及室内人口风险值(表8)。

5.2 双龙湖水库滑坡涌浪风险

选择滑坡失稳时产生涌浪最大影响范围作为承灾体的调查依据,根据上述计算可知滑坡在工况III 条件下产生的涌浪影响范围最大, 应用GIS 系统采用三维效果图展示了滑坡涌浪传播影响的范围以及对沿岸可能影响的房屋进行了编号,由于滑坡涌浪对水库沿岸建筑物和居民的易损性难以确定, 这里只在图中标出受滑坡涌浪影响的房屋,滑坡在工况III 条件下失稳时, 有20 栋房屋受到威胁,房屋编号为G1 ~ G15、Y16 ~ Y20,受威胁房屋的具体位置(图6)。 按照一户4 口人计算的话,共有80 人可能受到滑坡涌浪的威胁。 根据涌浪计算结果, 滑坡涌浪在1 km 范围内的传播浪高最小为8 m, 航道内航行或停靠在岸边的小型船舶有倾覆的风险,在风险预警决策时,需要格外重视滑坡次生灾害-滑坡涌浪造成的风险。

6 结论

(1)双龙湖水库滑坡在天然工况下,滑坡处于稳定状态;在水库水位由550 m 下降到535 m 工况下(滑坡现状),滑坡的稳定性系数为1.065,处于基本稳定状态, 有30%的概率可能发生滑坡;滑坡在水库水位下降和20 年一遇暴雨工况下,滑坡的稳定系数最低,仅为0.987,有55%的概率会发生滑坡。

十三香处理:清水中加入适量十三香粉煮开,晾凉后用该水浸泡黄豆适量,然后用十三香水煮豆子,接菌后发酵并后熟。

 

表7 滑坡影响范围内承灾体调查Table 7 Investigation of disaster bearing body in landslide affected area

  

房屋编号室内人员/人经济价值/万元层数/层建筑面积/m2结构类型 用途1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 3 10 10 20 20 2 3 3 2 3 0 11 12 3 3 4 3 6 2 5 6 5 4 3 2 60 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 3 3 1 105 286 266 232 350 156 191 298 159 327 777 214砖混砖混砖混砖混砖混砖木砖木砖木砖木砖混砖混砖木住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅

 

表8 双龙湖水库滑坡财产及人员风险Table 8 Property and personnel risk of Shuanglong Lake Juweihui landslide

  

房屋编号人员风险财产风险房屋编号人员风险财产风险1 2 3 4 5 6 7总计0.9754 0.9754 1.3005 0.9754 1.9508 0.6503 1.6256 6.2198 17.9393 17.0664 21.0383 26.1888 5.3469 3.721 8 9 1 0 11 12乡道土地1.9508 1.6256 1.3005 0.9754 0.6503--18.8232 4.8886 2.8262 30.6409 66.6505 2.8808 3.1645 870.6479 1079.2198

  

图6 双龙湖社区滑坡涌浪传播范围预测图Fig.6 Prediction map of Shuanglong Lake Community landslide surge propagation area

(2)双龙湖水库滑坡涌浪在最不利工况条件下共有总体积为91.13 万m3 的滑坡体会进入水库,产生的最大涌浪高度会达到20 m。

(3)滑坡涌浪传播影响区内的承灾体定性风险分析结果表明, 滑坡涌浪在1 km 范围内的传播浪高最小为8 m, 航道内航行或停靠在岸边的小型船舶有倾覆的风险。

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徐勇,刘磊,连志鹏,陈丽霞,李德营
《华南地质与矿产》 2018年第04期
《华南地质与矿产》2018年第04期文献

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