0 研究背景

我国幅员辽阔，河流众多，河水流量受季节影响很大，河水高程不断发生变化，给两岸高陡边坡稳定性造成了极大影响。因此，研究水位变化条件下的岩质边坡稳定性具有十分重要的现实意义[1-3]。

坡前水位降落引起的坡内复杂渗流状态，使得坡内渗流场及应力场相互影响比较明显，尤其是在渗透系数较小的土体介质中，坡内孔隙水来不及消散，产生较大的孔隙水压力差。坡内外形成的水头差引起渗流运动，渗流产生的动水力以渗透体积力和静止水压力的形式作用于岩土介质。渗流场对岩土场的影响会直接使岩土体介质应力场发生变化，进而使得岩土体介质位移场也随之发生改变。而由于应力场改变而造成的位移场变化会进一步影响土体介质孔隙率，进而影响渗流特性，同时改变了渗流分布规律[4-7]。

郑颖人等[8]推导出了河水位下降时坡体内浸润线的计算公式，并研究了水位下降高度对土质边坡安全系数的影响；崔洁[9]计算了某水电站水库右岸边坡在不同水位升降速度情况时边坡的安全系数变化规律，发现正常蓄水状态下该边坡安全系数先降低然后升高随后趋于稳定，且水位上升速率越快，边坡越趋于稳定；王世梅[10]等以三峡大坝坝址区谭家河滑坡为研究对象，分析了不同河水位升降速率对于滑坡渗流场和稳定性的影响，最终得到了不同河水位升降速率与边坡地下水位线和稳定性之间的规律。

本文结合一典型的河岸顺层岩质边坡工程实例，采用有限差分软件Flac-2D建立蓄水运行条件下的边坡稳定性计算模型，基于渗流场对坡体进行稳定性计算，分析水库运行过程中边坡的稳定性演变趋势及其影响因素。

对于三相 SPWM，U相、V相、W 相互差2π/3，均可通过计算得到。根据以上分析，将采样计算设计成周期中断程序，中断程序流程如图7所示。

1 边坡地质条件简介

水库诱发滑坡的主要机制为滑动面的水理弱化，以及滑动面上孔隙水力增加所导致的有效应力降低。按Terzaghi有效应力原理，对土体变形破坏起作用的是有效应力，有效应力和相应的强度参数代表了土体真正的应力状态和强度条件。因此，要弄清边坡的变形破坏机制，正确评价边坡的稳定性，需要考虑的重要因素是孔隙水压力的估算问题。只有知道孔隙水压变化，才能通过岩土体有效应力的变化来了解边坡变形破坏的机理。

  

图1 河岸岩质高陡边坡工程水文地质情况

  

图2 钻孔取样岩心状态

③奥陶系下统湄潭组 （）：岩性为灰岩，灰色，细晶结构，中厚层状构造，主要成分方解石等，钙质胶结。按风化程度划分为二层：1）强风化层：岩石裂隙发育，裂面可见黄褐色氧化铁薄膜或斑点，厚3.3―8.2m。2）中风化层：岩石裂隙一般不发育，最大揭露厚度40m。岩石承载力基本容许值[fa0]为400―1200kPa，土石工程分级为V级，属次坚石。根据工程地质勘查报告，获取了该涉河公路边坡各岩层的力学参数建议值，具体如下表1所示。

对坡前标高水位在601m～560m之间降落的过程中边坡应力场进行研究。图4和图5给出了水位标高为601m初始稳定渗流状态以及坡前水位降落至591m、581m、571m、560m坡内平均有效应力等值线云图。

①第四系全新统坡填筑土 （）：主要由碎石、角砾、粉土组成。其中碎石含量约51―62%土石工程分级为Ⅱ类土，属普通土。

2 有限差分法 （FDM）简介

有限差分方法（Finite Differential Method，简称FDM）是目前广泛运用的数值模拟方法，该法将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域。有限差分法以泰勒级数展开等方法，把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散，建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。该方法直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法，数学概念直观，表达简单。

下图7为水位下降过程边坡发生垂直方向位移，单位10-6m。河水位从初始最高水位下降10m后，边坡发生垂直位移为负值，即垂直向下，最大值128.07×10-6m，数值相对水平位移更大，集中分布在边坡表层水位线以上与平台位置下部之间的岩体范围。随着水位继续下降，岩体继续发生垂直位移；下降20m、30m和41m时，分别造成垂直方向增量位移极值为188.66、207.96和201.37×10-6m，即逐渐增大；云图表示的集中区域为红色部分，随着水位下降逐渐往下发展，且范围逐渐缩小。

 

表1 边坡岩体物理力学参数建议值

  

岩体类别 容重（kN/m3） 泊松比 黏聚力（KPa） 内摩擦角° 弹性模量（GPa） 渗透系数（m/天）kx ky表层碎石土 21 0.35 10 31 0.02 0.5 0.5强风化白云岩 25 0.32 200 30 1.3 3.000E-05 3.000E-05中风化白云岩 26 0.31 350 40 3.3 1.000E-05 1.000E-05强风化灰岩 25 0.32 150 30 2 4.000E-05 4.000E-05中风化灰岩 26 0.3 450 41 8 2.000E-05 2.000E-05基岩 27 0.25 1200 45 10 1.000E-09 1.000E-09

 

第二，学校要完善社团的申报制度。学生社团需要上报社团的学期计划、社团成员的名单、社团的活动开展情况及每学期的社团的工作总结。

本次主要采用ANSYS建模，并导入有限差分软件Flac-2D进行稳定性计算，并运用强度折减法计算边坡稳定性，其方法在数值模拟中较为常用，亦得到岩土工程界的认可。计算模型选取的应力场边界条件为：边坡底部采用水平和竖直方向的完全约束条件，左右采用水平约束条件。计算模型如下图3所示。

上式中：Kx，Ky分别为岩土体的水平和垂直方向的渗透系数；ρw为水的密度；mw为比水重；Q为边界流量；θw为体积含水率及ua，uw为空隙水气压与水压，h为压力水头，t为时间。

  

图3 边坡有限差分模型网格划分

3 计算结果及分析

3.1 坡内应力场分布规律

  

图4 不同水位坡体平均有效应力分布等值线

本文研究的河岸岩质边坡地貌属低山峡谷区，山峦叠嶂，峰高谷深，山脉多呈南北或北东走向，与构造线展布方向大体一致，属于典型的顺层高陡岩质边坡。该公路边坡研究区覆盖层为第四系全新统填筑土（Q4me）、坡残积碎石土（Q4dl+el），下伏基岩为寒武系下统梅林寺组（）。地层岩性分述如下。

②第四系全新坡残积碎石土（Q4dl+el）：灰白色，稍湿，次菱角状-亚圆状，松散-中密，主要由强-中风化灰岩、白云岩、灰岩等组成，粒径3―12cm为主，含量45%%―45%，块石含量15%―20%，以角砾和粉土充填为主。土石工程分级为Ⅱ类土，属普通土。

应用ELISA法对肝癌患者、肝硬化患者、慢性肝炎患者、正常人群和其他恶性肿瘤患者PIVKA-II水平测定,不同病例作对照,取PIVKA-II≥40AU/ml为肝癌临床诊断cut-off值,比较临床分析结果,肝癌患者肿瘤大小同PIVKA-II浓度呈现正相关(r=0.578,P<0.01)[8]。

  

图5 不同坡前水位坡体孔隙水压分布

从初始稳态平均有效应力等值线云图（图4a）可知，符合一般斜坡有效应力分布特征，量级合理，表明数值模拟结果合理。平均有效应力方向基本平行坡面方向，随着坡体深度增加，平均有效应力不断增大；随着水位下降，平均有效应力不断增多，水位降低41m时，坡体内平均有效应力达到最大值3.58×103kN/m2。由图5可知，孔隙水压随航道水位降低而不断减小，当水位保持稳定时，孔隙水压分布较均匀，渗流趋于稳定。

3.2 坡内变形场分布规律

在坡内应力场变化规律分析基础上，研究坡内变形场变化。分析水位降低过程左岸边坡变形场变化，规定水平位移以顺坡向位移为正(向右)，逆坡向位移为负(向左)；垂直位移为向下为负，向上为正。

2016年在广东省青云山自然保护区建立了1个100 m×100 m的大样地和12个40 m×40 m的小样地作为森林动态监测样地，对植物群落动态展开长期监测与研究。野生动物监测于2016年11月—2017年2月在上述样地内布设25台红外相机对鸟类和兽类进行调查研究，并对所采集的数据进行分析整理。初步分析广东省青云山自然保护区样地的兽类和鸟类物种多样性和分布情况，为保护区野生动物本地资源调查和保护成效评价以及长期监测提供数据支持，并为深入开展野生动物资源保护、重要类群的监测和珍稀濒危物种种群生态学等方面的系统研究提供参考。

为了定量分析河水位下降过程边坡内部岩体位移变化，图6、7分别给出了水位降落不同时刻增量位移。如图6所示，水位下降过程边坡发生的水平方向位移，单位10-6m。河水位从初始最高水位下降10m后，边坡发生微小沿着坡向位移（向右），最大值只有56.75×10-6m左右，集中分布在水位与坡面相交位置及一定深度岩体范围。随着水位继续下降，边坡水面附近岩体继续向右水平位移，下降20m、30m和41m时刻，分别造成水平方向增量位移极值为61.90、69.13和53.38×10-6m。此外，云图表示的集中区域为红色部分，随着水位下降，逐渐往下发展，分布范围有逐渐增大趋势，且始终位于水位与坡面相交位置附近。表明，左岸水位下降过程中边坡不断发生向右水平位移，但数值不大。

相比于传统有限元法 （FEM），有限差分法（FDM）具有精度高，且在求解非线性问题时适用性更强等优点。由于岩体结构十分复杂，是一种典型的非连续介质，本质上属于非线性问题。因此，本文中边坡的稳定计算采用有限差分软件Flac-2D，主要使用渗流模块和边坡稳定计算模块。根据渗流作用力概念，将作用在滑动面上和划分土块表面的水压力转换为等效体积力，同时把各节点水头值换算成各单元渗透力，不需要考虑各单元体接触面边界上的孔隙水压力，从而克服了一般条分法计算略去土条侧边水压力的误差，同时也不需要考虑边坡外水压力。滑坡体中的地下水位随水库、河谷水位升降而变化，因而在滑坡体中就会形成饱和区和非饱和区。由于水运动导致边坡岩土体状态改变即为饱和与非饱和渗流问题，其渗透各向异性的饱和与非饱和渗流控制方程如下[11]：

  

图6 不同水位水平向变形等值线

水位下降后边坡内部岩体不断发生向下的垂直位移，即沉降发生，数值比水平方向大，而且范围逐渐缩小；最大值出现在水位线以上局部位置，随着深度增加，坡体沉降逐渐减小；坡体后缘最大沉降大于前缘。

结果表明云图随水位变化趋势基本与垂直增量位移趋势相同，说明水位下降对边坡垂直变形影响比水平向更明显。

3.3 坡体安全系数分析与评价

河道左岸边坡安全变化系数随水位降低分布计算结果如表2所示，由表可知，边坡安全系数随着水位降落先减小后增加，前期降幅较大，但后期增幅不大，安全系数最小值1.262。最高水位碎石层部分被水淹没，边坡安全系数最大为1.833，滑裂面从坡顶开始沿中风化层分布；当水位下降过程，淹没碎石层逐渐出露，出露范围越来越大，安全系数逐渐降低，水位降至116m水位时仅有1.262，危险位置位于水位线上部出露碎石层。综上，水位下降直至谷底（无水位）过程，滑坡危险位置均分布在碎石层上部较陡峭位置，且水位下降后期安全系数有所浮动，但变化不大。

  

图7 不同水位竖向变形等值线

 

表2 左岸坡体安全系数随水位降低分布

  

水位降低高度/m 0 10 17 20 30 41 56 86 116 151（谷底）安全系数 1.833 1.508 1.273 1.278 1.288 1.281 1.288 1.277 1.262 1.276

4 结语

本文结合一典型的河岸岩质边坡工程实例，通过建立蓄水运行条件下的边坡稳定性计算模型，研究了水位下降过程中坡体渗流场的变化及变形趋势，重点分析了水库运行过程中边坡的稳定性演变趋势及其影响因素，得到以下结论：

（1）水位下降过程中，坡体平均有效应力方向基本平行坡面方向，随着坡体深度增加，平均有效应力不断增大；随着水位下降，平均有效应力不断增多，水位降低41m时，平均有效应力达到3.58×103kN/m2。孔隙水压随水位降低而不断减小，当水位保持稳定时，孔隙水压分布较均匀，渗流趋于稳定。

2.3.2 重复性实验 取同一批供试品（S1）5份，分别检测。结果所得的红外光谱图比较一致，相关系数为0.999 8、0.997 6、0.999 5、0.999 7、0.999 8，RSD为0.094%，表明重复性良好。

（2）随着水位下降，边坡发生位移变形区域逐渐往下发展，分布范围有逐渐增大趋势，且始终位于水位与坡面相交位置附近。

在本次调查期间，参与口语报告检测的学生共有45名，其中学习质量相对较好、学习质量中等、学困生各15名。

3)混合臂高空作业车在举升过程中由同1个PLC控制器控制，即伸缩臂、折叠臂和工作斗的三个输入间为互锁关系，提高了工作斗的平稳性和可靠性[3]。

（3）边坡安全系数随着水位降落均呈现先减小后增加趋势，但总体表现为随水位降低安全系数减小。

参考文献：

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