三峡库区岩质库岸劣化变形演化过程与规律分析——以破水峡库岸为例

三峡工程位于湖北省宜昌市,受水库作用,库周斜坡水文地质条件发生复杂的变化,库岸劣化导致稳定性降低。本文对三峡库区岩质库岸进行现场勘查,结合现场测试、模拟分析等成果资料,综合分析消落区岩体劣化特征,开展稳定性评价,初步研究岩质库岸劣化变形演化过程,总结劣化变形规律,以期为三峡库区库岸劣化研究、库区新生顺层岩质滑坡防治提供技术支撑,为国内类似水库库岸劣化防治提供借鉴。

降雨-波浪-水位对库岸崩滑泥沙空间分布影响

库岸崩滑对库区含沙量有显著影响,掌握崩滑泥沙与水文因素的关系有助于分析库区泥沙的淤积过程和输移规律.通过降雨-波浪-水位多因素耦合模型试验分析了崩滑泥沙在不同水文因素作用下的空间分布规律.结果表明,降雨能减弱含沙量的变化幅度,促使悬移质泥沙颗粒细化.降雨后含沙量平均变异系数降幅为22%,极细砂粒含量降幅为53%.波浪可加大离岸方向库区含沙量,同时降低此方向含沙量变异系数.波浪作用下离岸方向的平均含沙量增幅为78%,含沙量平均变异系数降幅为67%.水位升高促使离岸方向和水深方向的含沙量降低,悬移质泥沙颗粒粗化.离岸方向和水深方向的平均含沙量在水位升高时降幅分别为14%和20%,极细砂粒含量增幅为15%.

基于稀土元素示踪技术的库岸崩滑土体堆积特征研究

降雨和库水位变化是库岸崩滑的重要诱发因素。以黄河中游土质库岸为研究对象,在由3°缓坡、40°陡坡和70°急坡组成的概化岸坡上,利用稀土元素(REE)示踪技术,研究降雨和库水位升降作用下库区堆积土体的来源,分析离岸方向上的土体堆积特征。结果表明:在水位下降、水位上升、降雨作用-水位下降和降雨作用-水位上升4种工况下,同一组地形经过5场试验后,库区内来源于缓坡、陡坡、急坡的土量以及堆积土体总量均与堆积土体和库岸之间的距离存在负指数函数关系,且相关性较高;急坡是库区堆积土体的主要来源,其中水位变化条件下尤为明显;在水位上升和水位下降工况下,同一组地形5场试验后来源于急坡的堆积土量平均约占总堆积土量的71%;急坡对库区堆积土体的泥沙贡献率在坡脚处基本达到最高,各组地形5场试验后急坡对临岸堆积体泥沙量的平均贡献率约为66%。因而,在水库蓄水或放水时,需重点做好对急坡的防护。

InSAR技术在水电站库岸监测中的应用

枢纽工程主要由砾质土心墙堆石坝、溢洪道、冲沙兼放空洞、引水系统、发电厂房和灌溉取水口等建筑物组成。本文以水电站库区为研究区域,获取2017年8月至2020年12月的哨兵一号数据,通过SBAS技术处理分析,得到该区域的时序形变结果。将同时期、同区域的SBAS反演结果与水准测量结果进行对比分析,获得两种方法的变形点沉降量具有较高吻合度,证实了InSAR技术沉降研究结果的可靠性,进一步佐证InSAR技术用于滑坡监测的可适应性。

HD水电站库岸大型斜坡变形体成因机制及稳定性评价

近年来,受水库蓄水及降雨等因素影响,造成大量水电站库岸边坡变形加剧,一旦失稳极可能对电站的正常运行造成极大危害。选取距HD水电站坝址约6 km,方量约353×10^(4)m^(3)的库岸边坡变形体作为研究对象,通过综合采用野外地质精细调查、室内试验、三维数值模拟和理论分析等方法对该变形体的稳定性及成因机制进行深入研究。结果表明:该岸坡变形体基岩以玄武岩、凝灰岩为主,覆盖层总体较薄,主要为碎石土,变形体的持续发育由多因素耦合作用引起;当暴雨或水库蓄水时,变形体有效应力减小,位移量增加,滑面剪应变增量增加且贯通性更好;三维数值模拟结果显示,在天然、暴雨、低蓄水位(1586 m)和高蓄水位(1691 m)工况下的最大变形量分别为33.9、56.2、79.5、88.6 cm;该变形体的发育过程可分为两个阶段,分别是天然情况下的稳定阶段和暴雨或水库蓄水后的加速变形阶段,暴雨和库水位上升是促进该变形体持续变形的主要原因。

某水库库岸稳定性预测

库岸稳定对水库蓄水后的安全和长期运行有重要影响,将常见库岸类型划分为基岩库岸、土质库岸、岩土混合库岸,探讨图解法和卡丘金法计算水库塌岸的结果差异,利用图解法对某水库塌岸进行预测。结果显示,随着距坝距离的增加,塌岸宽度先增加后减少,拟合曲线大致呈抛物线型,同时塌岸宽度大于100 m的严重塌岸贡献塌岸总方量的89%。该文的数据分析方法及研究成果对类似工程勘察设计、施工具有一定的借鉴意义。

水库软岩库岸稳定的联合支护方案

依据重庆涪陵太和抽水蓄能电站工程建设经验,因地制宜地提出每种环境对应的支护方式并进行联合建设。例如在上水库石方开挖量及防渗工程量大,下水库东流溪左岸岩性为泥岩,属软岩遇水易崩解失稳情况下,工程边坡进行系统挂网锚喷支护。对于岩体极易风化的现象工程采用混凝土预制板整体防护等。文中支护方法充分联合各类防护,成功通过稳定验算,兼具安全性实用性和经济性,创新性地提出了各方案的联合处理方式可为之后工程提供联合支护的施工经验。

下降速率对不稳定库岸边坡的内力影响分析

位于金沙江电站库区范围的丽宁公路边坡,受库水位升降影响已发生多次崩塌滑坡,本文通过GEO-SLOPE软件,建立该区域丽宁公路边坡二维渗流稳定模型,模拟库岸在水库水位不同下降速率情况下的安全稳定情况,得出随着水库水位下降速率越大,库岸越不稳定,孔隙水压力越小,法向力抗剪力不断增大,土体安全系数会有所提高等规律,并提出相关的边坡防止措施,为该路段边坡的处理及之后新公路的修建提供相关依据。

丹江口库区库岸稳定性评价

对丹江口库区库岸进行专项调查,在库岸基本特征分析的基础上,从地质条件、斜坡自然环境、地质灾害、动力作用4个方面对库岸稳定性进行评价,为丹江口库区生态环境保护和地质灾害防治规划提供初步的基础地质依据。

秭归县水田坝云盘居民点库岸塌岸防护设计

秭归县水田坝云盘居民点库岸位于三峡库区湖北省秭归县长江左岸一级支流吒溪河左岸,平面上呈不规则的长条形,南北宽约980 m,东西长150~250 m,面积约为15.0×10^(4) m^(2),总体坡向为285°。该库岸基本由姜家湾滑坡、沙湾滑坡、云盘Ⅰ#滑坡、云盘Ⅱ#滑坡等滑坡群组成,属于滑移型库岸。姜家湾滑坡、沙湾滑坡小幅变形,处于欠稳定状态;云盘滑坡变形迹象明显,稳定性较差;且居民集中、威胁对象众多,有产生库岸塌岸、滑坡的风险。自三峡大坝135 m蓄水以来变形明显,变形集中在归水公路上下,地面、房屋、公路路面及高切坡防护工程产生多条拉张裂缝,变形区域大,变形严重,库岸一旦塌岸或滑坡成灾,将严重危及35户139人的生命财产安全和归水公路、吒溪河航道的通行安全。本次防护设计方案为:抗滑桩+桩间挡土板+锚杆砼格构+生态砖块+排水沟。设计工况为:自重+175 m水位+20年一遇暴雨,安全系数K_(s)=1.15。

某水库库岸边坡稳定性分析及计算

某拟建水库库岸由峡谷、宽谷相间组成,峡谷区岸坡陡立,大多基岩裸露,宽谷区大多为斜坡,岸坡中下部一般分布有崩坡积层和坡残积层,梯子碥滑坡距拟建下坝址约0.3km,位于近坝库岸,对水库正常运行存在重大安全隐患,本文对梯子碥滑坡进行了分析及计算,为设计对边坡进行工程处理提供依据。因此,水库库岸稳定性调查及研究是必不可少的工作。

沙坡头水电站库岸公路安全隐患处治方案研究

沙坡头水电站枢纽为河道型水库,库区沿岸地质灾害频发,岸坡坍塌已严重影响库岸公路的安全运行,需对该段安全隐患进行有效治理。通过对岸坡坍塌成因、稳定性进行分析研究,根据现状地形、地质、水位、水流及场地条件就不同处治方案从稳定性、适应性、经济性等方面进行综合对比分析,重点对比了护肩桩、桥梁两种方案,提出了综合处治措施,以期为其他类似工程提供参考。

干湿循环对库岸边坡土体抗剪强度特性的影响研究

为研究干湿循环对土体物理力学特性的影响,文章基于室内三轴剪切试验,分析了周期性干湿循环对库岸土体内聚力和内摩擦角的影响,结果表明:随干湿循环幅度增大试样的主应力差减小,干湿循环幅度越大主应力差减小幅度越大,干湿循环次数和幅度对内聚力的影响明显大于对内摩擦角的影响,土体的内聚力和内摩擦角均随干湿循环次数的增多而呈指数规律下降。研究结果为边坡稳定治理提供了参考。

抽水蓄能电站库区淹没与库岸稳定分析系统研发及应用

为进一步加快构建新型电力系统,促进抽水蓄能电站数字化转型。笔者通过运用地理信息系统(geographic information system,GIS)技术和数字高程模型(digital elevation model,DEM)建立抽水蓄能电站库区淹没与库岸稳定分析系统,并从系统的技术结构、三维可视化、库区淹没分析、库区浸没分析和库区塌岸分析等方面分析系统模块建设及其功能实现。结果表明,该系统可实现库区淹没范围、库区浸没范围和库区塌岸预测范围边界线的三维模拟分析及实时动态演示,相关的土地利用数据快速整合评估等。该系统可为合理确定抽水蓄能电站水库大坝位置,制定征地拆迁、土地赔偿、移民安置等方案提供科学的决策依据。

考虑水库岸坡特征的滑坡稳定性计算修正传递系数法

随着低碳能源的推行,大量水电站的兴建引发了大量库岸滑坡问题。库岸滑坡与普通滑坡有着显著区别,但在实际工程的稳定性计算过程中,工程人员常将二者归为一体,采用同样的思路和方法进行研究。为了更好地治理库岸滑坡,根据库岸自身的特点,在长期野外地质调查和室内文献调研的基础上,提出按结构面特征、坡体位置和滑体物质成分进行库岸斜坡分区的原则;针对库岸滑坡的特点,推导了被牵引段有推力+后缘拉裂面有剪力、被牵引段不存在推力+后缘拉裂面有剪力、被牵引段不存在推力+后缘拉裂面无剪力三种情况的水库岸坡滑坡稳定性计算公式;结合工程实例,验证基于水库岸坡特征滑坡稳定性计算修正传递系数法的正确性。

西南山区大型水电工程库岸滑坡InSAR早期识别与监测研究进展

我国西南山区大型水电工程大量建设于金沙江、澜沧江、雅砻江流域,但是这些流域复杂的地层、岩性、构造、水文等地质条件导致水电工程库岸滑坡灾害分布广泛,多发频发。合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术凭借其覆盖范围广、监测精度高、不受云雾遮挡等特点为水电工程库岸滑坡早期识别与监测带来了新的机遇,在近年来得到水电工程建设及库岸地质灾害防治相关领域的极大重视。基于此,对西南山区大型水电工程库岸滑坡InSAR早期识别与监测的应用概况进行了梳理,从研究时间、研究内容、研究对象等多角度进行了分析;对水电工程库岸滑坡InSAR早期识别与监测技术的研究现状、研究热点进行了归纳与总结,揭示了以白鹤滩水电站为里程碑,水电工程库岸滑坡早期识别与监测目前已开始进入InSAR技术应用与研究的爆发阶段;最后,探讨了水电工程全生命周期(蓄水前阶段、蓄水阶段、蓄水后阶段)对InSAR技术的不同应用需求与算法适用性。随着SAR数据质量提升与算法进步,InSAR技术必将常规化地参与到水电工程全生命周期库岸滑坡的识别与监测工作中,为水电工程库岸滑坡的早期识别、监测预警、触发机理研究及灾害防治等提供重要支撑,提升我国水电工程库岸滑坡地质灾害防治能力。

库水位变动下库岸滑坡变形失稳机制离心模型试验

为研究滑坡在库水位变动下的变形演化机制,以车邑坪滑坡为原型,建立了1∶70滑坡概化模型,设计了一套库水位升降系统,开展了一次水位抬升及两次不同速率水位连续骤降的离心模型试验。研究结果表明:水位抬升阶段滑坡变形不明显;当水位首次骤降时,滑坡前缘拉裂缝迅速发展贯通形成断裂带,随后断裂带下错滑塌,中后部产生张拉裂缝;当水位二次骤降时,滑坡沿原断裂带继续下滑,但滑动程度明显减弱,中后部竖向压密行为导致裂缝扩展趋稳。水位抬升阶段孔压滞后性明显,随后各阶段逐渐减弱,前缘滑体土压各阶段变幅剧烈,而中后部在首次骤降时最剧烈。总体上来看,导致滑坡失稳的水位骤降速率区间为0.7~1.5 m/d,滑坡深部动水压力效应较浅层强烈,滑坡变形受库水位首次骤降影响强于二次骤降,变形破坏呈现由前缘到后部逐渐减弱的牵引式特征,各阶段依次呈现初始变形、加速变形及减速变形特征。

知识图谱优化卡尔曼滤波预测库岸滑坡位移

中国三峡库区库岸滑坡灾害频发,预测库岸滑坡位移是降低风险的重要措施之一。文章构建了库岸滑坡中文知识图谱,提出了知识图谱优化卡尔曼滤波预测库岸滑坡位移模型KG-MTKF。以三峡库区奉节县新铺滑坡为例,采用现场监测数据验证了模型有效性。结果表明,与监测数据系列相比,多因素卡尔曼滤波模型(MT-KF)和知识图谱优化卡尔曼滤波模型(KG-MTKF)用于预测库岸滑坡时,在稳定变形阶段均表现出良好的一致性;在滑坡变形的初始阶段和阶跃段,KG-MTKF模型预测精度更高。初始段两种模型存在误差,主要由于滑坡初期变形值较小、系统噪声显著所导致。在阶跃段、平稳段与整个监测周期中,两种模型的误差都较小,且KG-MTKF模型的预测精度显著高于MT-KF模型。对于新铺滑坡这类非线性动力系统,KG-MTKF预测模型在不同位置与变形阶段均能保持高精度与强鲁棒性。

考虑非饱和渗透系数随机场统计特征的库岸老滑坡稳定性分析

库岸边坡如果在历史上发生过滑坡灾害,计算所得的安全系数将略高于临界状态值1.0,仅以安全系数评价库岸老滑坡的稳定性,将导致预测结果与边坡稳定状态不相符合。提出以土水特征曲线和非饱和渗透系数为核心的水力参数联合随机(场)统计特征为基础,建立库岸边坡稳定性的可靠度分析方法。首先根据有限的室内土水特征关系试验数据,采用贝叶斯理论校准土水特征曲线VGM、VGB、VG和FX模型参数的随机统计特征,并得到模型备选组合的概率。其次根据饱和渗透系数的随机场统计特征,联合土水特征曲线的随机统计特征,生成库岸边坡非饱和渗透系数的随机场空间分布。最后分析仅考虑土水特征曲线随机统计特征的库岸边坡稳定性失效概率,以及综合考虑非饱和渗透系数随机场统计特征的可靠指标。针对三峡库区石榴树包老滑坡在2020年强降雨和长江水位快速升降的工程背景,开展考虑渗流作用的非饱和土边坡稳定性可靠度分析。研究结果表明,虽然边坡稳定性的安全系数较低,但是可靠指标满足规范不小于2.70的要求,无需采取额外的边坡工程加固措施,建议继续开展边坡的长期健康监测。

库岸崩滑机理研究方法综述

述评库岸崩滑机理研究方法的研究现状、存在问题和发展方向。监测法具有速度快、自动化程度高等优势,但易受到天气、环境等因素的影响。调查法具有灵活性强且适用范围广等特点,但调查法不能全面地获取研究区灾害信息。监测法和调查法都能为模型试验和数值模拟提供校正数据,但是二者均难以观测库岸崩滑发生、发展的过程。模型试验不仅能对下垫面形状进行情形假定,还能够在实验室条件下对崩滑过程进行精确观测,但模型试验必须考虑模型与原型的相似问题。现场试验法不用重塑下垫面地形,易于对复杂的水土流失现场进行模拟,但在野外往往难以进行精细的模拟和观测。数值法能对较大尺度的库岸崩滑进行统计分析或者预测,但其计算结果须通过监测、调查或者试验的结果来验证。因此,应根据项目的研究目标和研究内容确定相应的研究方法。