水电工程边坡稳定论文

【摘要】随着我国经济的不断发展，对水利水电工程要求越高，在土石围堰导流系统中，边坡失稳是出现最频繁、带来损失最大且最难弥补的破坏形式。本文对土石围堰边坡稳定的多因素综合风险分析进行了详细分析。下面是小编精心推荐的《水电工程边坡稳定论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

水电工程边坡稳定论文 篇1：

基于简化Bishop法的船闸超高边坡整体稳定性计算分析

文章以广西某船闸工程超高边坡为例，基于简化Bishop法对边坡整体稳定性进行计算分析，评估边坡稳定性，并研究对比不同地下水位变化对边坡稳定性的影响，提出采用多种方式相结合的综合排水方案降低边坡地下水位，以保证边坡安全，为工程实践提供技术参考。

高邊坡;简化Bishop法;稳定性计算;地下水位

U641.2-A-51-182-3

0 引言

高边坡稳定问题是水利枢纽船闸工程中经常遇到的问题。高边坡的设计方案直接决定着工程建设的可行性与合理性，也影响到工程的投资经济性以及建成后的运行安全。高边坡的地质构造往往较为复杂，影响边坡稳定的因素也很多，因此边坡稳定计算需选择合理可靠的计算方法[1]。

极限平衡分析法是目前评价边坡稳定性的主要方法，是一种基于平衡理论的数学模型计算分析方法[2]。该方法是工程实践中应用最早、也是目前使用最普遍的一种定量分析方法。目前已有了多种极限平衡分析方法，如Fellenius法、Bishop法、Jaubu法、Morgenstern-Prince法、Sarma法、楔体极限平衡分析法等。该方法以安全系数作为度量边坡稳定的指标，经过长期的工程实践证明是目前最成熟、应用最广泛、有效和实用的边坡稳定性分析方法[3]。

本文以广西某船闸工程上游引航道右岸超高边坡为例，运用极限平衡分析法中的简化Bishop法进行边坡稳定计算分析。

1 工程概况

工程区域地貌为侵蚀～剥蚀低山丘陵地貌。根据地质勘察结果揭示，地层主要为第四系地层大面积覆盖，按其成因可分为人工堆积层（Qs）、冲积层（Qal）和残积层（Qel），下伏基岩为燕山早期侵入的花岗岩（γ1 5）。丘陵顶面高程为120～210 m，山体坡度一般约20°～25°，地表大部分为第四系残积层覆盖，厚0～15 m，下伏花岗岩多呈全风化状出露。全风化花岗岩广泛分布于整个场地，厚度一般>25 m，且随地形的增高风化厚度明显增大（最厚达55 m）。强风化花岗岩层厚度分布不均，一般为1.5～4 m，局部厚达20 m。弱风化花岗岩层厚度分布不均，厚度一般为10～30 m。

本文以船闸上游引航道右岸高边坡为研究对象，该边坡最大高差接近120 m，因此其边坡整体稳定安全成为本项目重点关注的主要工程地质问题。上游右岸边坡自引航道设计底高程50.00 m往上基本以全风化、弱风化花岗岩为主，属于岩土混合边坡。主要开挖地层部分为全风化花岗岩，少量冲积黏性土、强风化花岗岩及弱风化花岗岩。

以右岸高边坡群中一典型断面进行具体分析。该段边坡底高程为50.00 m，坡顶高程约为146 m，每级边坡坡比均为1∶2。由于边坡高差较大，考虑其稳定安全，因此边坡每隔10 m设一级马道作为减载平台。其中：50.00 ～80.00 m高程段马道宽2 m;80.00 m高程处为一条宽12 m的船闸上游右岸对外交通公路，同时兼作为一级减载平台;80.00～140.00 m高程段间隔布置2 m和8 m宽马道。边坡结构断面及地质情况如图1所示。

2 边坡整体稳定计算分析

该段边坡高差达到96 m，对于这种开挖高度及规模都较大的高边坡来说，需要对高边坡的稳定性进行专门的研究，以保证工程的安全、经济、可靠。根据《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）第5.2.7条相关规定，本文选用简化Bishop极限平衡方法计算边坡在不同控制工况下的整体稳定性，并对计算结果进行了比较，为工程实践提供参考。

边坡整体稳定采用有效应力法计算最小安全系数，计算公式如下：

K=∑[c′ ib i+（q ib i+W i-u ib i）tgφ′ i]cosα i+sinα itgφ′ iK∑（q ib i+W i）sinα i（1）

其中：

K——安全系数;

C′ i——第i个土条滑动面上土的粘聚力（kPa）;

b i——第i个土条的宽度（m）;

q i——第i个土条顶面上作用的荷载（kN/m2）;

W i——第i个土条的重度（kN/m），设计低水位以下用浮重度计算，设计低水位以上、浸润线以下用饱和重度计算;

α i——第i个土条弧线中点与水平线的夹角（°）;

φ′ i——第i个土条滑动面上内摩擦角（°）;

u i——第i个土条滑动面上的孔隙水压力（kPa）。

根据规范要求，结合本工程的特点，选取计算控制工况为：（1）工况1：正常运用条件;（2）工况2：非常运用条件Ⅱ（正常运用+地震）。计算结果（详见图2和表1）表明，采用坡比为1∶2的断面形式，边坡稳定满足规范要求，安全系数处于较合理的范围内，说明该坡比选取是合适的。

3 不同地下水位对边坡稳定影响分析

影响边坡稳定的因素复杂多样，但许多相关研究表明，地下水位的变化通过不同方式对边坡的整体稳定性产生不利影响。例如地下水位升高会降低土体的黏聚力和内摩擦角，影响土体重力、滑动力和抗滑力等，因此在进行边坡稳定计算时需要重点分析地下水位变化情况[4-5]。

分析选取的边坡段全风化花岗岩层厚达55 m，边坡开挖后全风化层呈松散砾状结构，遇水浸泡后强度指标下降较多，在降雨（尤其是突发性大暴雨）的作用下，有可能产生滑动变形。因此，本文以地质勘察阶段监测所得正常地下水位线为基准，通过设置不同高度的地下水位线（水位分别升高2 m、4 m和6 m）进行边坡稳定计算，进而研究其对边坡稳定的影响。不同地下水位情况下边坡稳定计算结果详见表2。

根据表2中不同地下水位情况下的边坡稳定计算结果可知，水位抬升2 m时，安全系数处于规范要求的安全范围内，边坡仍处于稳定状态;水位抬升4 m和6 m时，安全系数已经不能满足规范要求，边坡存在失稳与滑动的风险。根据计算结果推测，当地下水位不断抬升时，边坡整体稳定安全系数在不断降低，两者呈较显著的负相关关系。

4 边坡排水措施

上述计算分析表明，高边坡的整体稳定性与地下水位的变化十分密切，具有非常大的关联性。因此在进行边坡防护设计时，要查明地下水位的变化情况，做好边坡的截水和排水设计，减小地下水对边坡的不利影响。结合相关工程的经验，提出以下几点提升边坡排水性能的建议：

（1）深層排水管设置：右岸边坡整体较高，全风化层厚度较大，因此在边坡稳定性较差的区域设置深层排水管，用于降低地下水位。深层排水管采用软式透水管，沿航道中心线长度方向每10 m设置一根，处于全风化层的边坡每级马道布置一排，根据地形变化现场布置。深层排水管能够较好地将坡体深处的地下水导出至马道排水沟后排走。

（2）护坡坡面截排水沟设置：在边坡开挖边线外侧5 m设置截水明沟，拦截后方更高山体的来水;在护坡平台（马道）坡脚处设置排水明沟，每级平台排水沟末端设置1个集水坑;在护坡上相应设置护坡急流槽，急流槽设跌水坎，最后汇入位于80.00 m高程处的道路排水边沟。

（3）坡面排水突坎设置：本项目土质边坡采用混凝土网格+草皮的防护方式，在各个混凝土网格上沿坡面方向设置一个100 mm×50 mm（宽×高）的排水突坎，引导降水顺坡面方向汇入各级马道上的排水沟，可以在一定程度上减少雨水顺坡面流入坡体内。

高边坡应尽量采用地面截水、坡面排水与深层排水等多方面相结合的综合排水方案[1]，最大程度减少雨水下渗，降低边坡体地下水位，有利于提高边坡稳定性。

5 结语

本文以广西某船闸工程上游引航道右岸超高边坡为例，基于极限平衡分析法中的简化Bishop法对边坡整体稳定性进行计算分析。计算结果表明，采用坡比1∶2的断面形式下的边坡稳定能够满足规范要求，安全系数处于较合理的范围内，说明该坡比选取是合适的，可为工程实践提供一定的技术参考。

地下水位变化是影响边坡稳定的重要因素，文中研究对比了不同地下水位情况对边坡稳定的影响。结果表明，地下水位越高边坡稳定安全系数就越小。此外，建议采用多种方式相结合的综合排水方案，降低突发暴雨时山体的地下水位，保证边坡安全。

参考文献：

[1]林观涛.论述水利水电工程中高边坡的加固治理措施[J].建筑工程技术与设计，2016（19）：2 170.

[2]姚艳领.基于Bishop法的边坡稳定性分析[J].中国锰业，2016，34（4）：68-70.

[3]黄昌乾，丁恩保.边坡工程常用稳定性分析方法[J].水电站设计，1999，15（1）：53-58.

[4]刘新喜，夏元友，张显书，等.库水位下降对滑坡稳定性的影响[J].岩石力学与工程学报，2005，24（8）：1 439-1 444.

[5]肖志勇，邓华锋，李建林，等.库水位间歇性下降对堆积体滑坡稳定性的影响[J].长江科学院院报，2016，33（8）：114-119.

作者：王彬谕 苏平

水电工程边坡稳定论文 篇2：

土石围堰边坡稳定的多因素综合风险分析

【摘要】随着我国经济的不断发展，对水利水电工程要求越高，在土石围堰导流系统中，边坡失稳是出现最频繁、带来损失最大且最难弥补的破坏形式。本文对土石围堰边坡稳定的多因素综合风险分析进行了详细分析。

【关键词】土石围堰边坡；影响因素；风险分析

一、前言

土石围堰边坡稳定不仅受土石料力学性质不确定性影响，还与施工洪水和导流建筑物泄流能力的随机性密切相关，需建立综合多随机因素的风险计算模型分析土石围堰边坡稳定。

二、边坡稳定的概括理解

边坡一般是倾斜坡面的土体或岩体边坡，由于坡面倾斜，在坡体本身重力及其他外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土（岩）自身具有一定的强度和人力的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说，如果边坡土（岩） 体内部某一个面上的滑动力超过了（岩） 体抵抗滑动的能力，边坡将产生滑动，即失去稳定；如果滑动力小于抵抗力，则认为边坡是稳定的。

三、土石围堰边坡风险分析方法

长期以来处理土石围堰边坡的风险问题主要采取定值论的方法，用安全系数来表示风险程度。认为只要采用了适当的安全系数，就能保证工程的绝对安全。这虽然也是一种处理工程问题的方法，并且已经积累了相当丰富的经验。可是传统方法毕竟还是不完备的，它无法提供说明工程可靠性的评价指标。所谓可靠性是指一个系统在给定的条件下和预计的时间内完成规定功能运行的概率。可靠性在系统工程中占有很重要的地位，它不仅直接反映系统的质量指标，而且关系到整个系统的成败。一个复杂的系统往往有许多子系统或元件以一定的组合联系在一起的，其中某一部分的失效都会影响整个系统。风险分析的目的在于既对各个子系统的可靠性作出估计，也要评价它们在构成大系统的可靠性中起什么样的作用，从而控制薄弱环节以提高整个系统的可靠性。

对土石围堰边坡来说，我们可以把整个工程看成一个大系统，并把它分解为若干个子系统或单元，运用风险分析的一些基本原理，分析设计所冒的风险以及在经济上承担的风险，并把所冒的风险限制在人们可以接受的限度以内，这亦称为风险分析。其目标是使可能达到极限状态的概率足够地小，因此又称为概率极限状态设计。

四、影响土石围堰稳定性的主要因素

1.岩性

岩性包括岩石的化学水理和物理力学性质。岩石在饱和水条件下的力学强度是影响边坡稳定的重要因素；在坚硬和半坚硬的岩石中，岩性对边坡的稳定性影响不是最主要的，富含亲水性、膨胀性、崩解性矿物的岩层，则容易软化、泥化，可明显降低滑面处岩石的抗剪强度。

2.地质构造

地质构造因素，包括区域构造特点、边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙发育特征以及区域新构造运动活动特点等。地质构造对边坡稳定，特别是对岩质边坡稳定的影响是十分明显的。

3.岩体结构

岩体结构包括两个因素，即结构面和结构体。结构面是指岩石物质分异面及不连续面，具有一定方向、一定规模、一定形态和特性的面、缝、层、带状的各种地质界面。结构为面一般分五级，见表1。结构体是由不同产状的各种结构面组合起来，将岩体切割单元块体而成的。岩体结构主要是指结构面和岩块的特性以及它们之间的排列组合。岩体结构类型及其特征请搜本网站的铁路隧道围岩分类表及按声波速度隧道围岩分类表（或来电进行索取）。影响边坡稳定的岩体结构因素主要包括下列几方面：

（一）结构面的倾向和倾角

一般来说，同向边坡（结构面倾向中与边坡倾向一致）的稳定性较反向边坡差；在同向边坡中结构面倾角小于边坡角为不稳定型边坡。

（二）结构面的走向

当结构面倾向和走向与坡面平行或两者走向夹角很小时，整个坡面都具有临空自由滑动的条件。因此，对边坡的稳定最为不利。结构面走向与边坡走向夹角愈大，对边坡的稳定愈有利。

（三）结构面的组数和数量如表1

表1 结构面分级

结构面名称 规模 地质类型 工程地质问题

长 宽

Ⅰ 区域性巨型

地质结构面 数十公里 数米以上 深断层

大断层 区域稳定性

山体稳定性

岩体稳定性

Ⅱ 工程区大型

地质结构面 数百米到

数千米 1～5m 断层、不整合、假整合面、大型侵入岩，软弱夹层 山体稳定性

岩体稳定性

Ⅲ 岩体中型

结构面 数百米 <1m 除上述外，泥化夹层、构造错动面剪切面、风化夹层 岩体稳定性

Ⅳ 岩体小型

结构面 数米到

数十米 <0.1m 节理、层面、片理、劈理、风化卸荷裂隙、裂隙夹层 岩体稳定性影响岩体的强度和变形性能

Ⅴ 微型结构面 数米以内 隐蔽 小节理、劈理、微节理、不发育的片理、层理 影响岩块的力学性质

结构面的组数和数量，直接影响被切割岩块的大小，它不仅影响边坡的稳定性，也影响边坡变形破坏的形式；同时为地下水的活动提供了条件，而地下水的活动对边坡的稳定性是很不利的。

（四）结构面的连续性

在边坡稳定计算中，是把结构面假定为连续的，而实际情况往往并非如此，所以解决实际工程问题时，应认真研究结构面的连续性。

（五）结构面的起伏差和表面性质

在结构面上正应力低的情况下，起伏差使有效摩擦角增大；正应力过大，在滑动过程中不允许因为爬坡而产生岩体的隆胀时，则出现滑动的条件必须是剪断结构面上互相咬合的起伏岩石，因而结构面的抗剪强度。如果结构面上充填的软弱物质的厚度大于起伏差的高度时，就应当以软弱充填物的抗剪强度为计算依据。

4.水的作用

水对边坡的稳定性有显著影响。处于水下的透水边坡将承受水的浮托力作用；不透水的边坡坡面将承受静水压力；充水的张开裂隙将承受裂隙水压力的作用；地下水的渗透流动，将对坡体产生动水压力。另一方面，水对边坡岩体将产生软化作用。水流的冲刷也直接对边坡产生破坏。

5.其它因素

地震、大规模爆破和机械振动都可能引起边坡应力的瞬时变化；长期的开采爆破也可以使岩体产生疲劳效应；地应力也是控制边坡岩体节理裂隙发育及边坡变形特征的重要因素；边坡高度、长度、平面和剖面形态、边坡的临空条件以及生产管理、气候条件、风化作用、植物生长等都会影响边坡的稳定。

五、土石围堰边坡风险分析与应用展望

尽管人们对风险分析的应用存在多种的疑虑或偏见，但长期以来，对于土石围堰边坡这样的不确定性因素较多、量测实验数据有限、模型误差大的介质，工程师的认识依然是从概率现象入手的，研究的结果和评价也须以概率的形式表达。实践证明，利用各种不确定性研究方法，使用定量风险分析作为决策工具或传统设计的补充，在相当程度上可给决策者提供更多的辅助评价信息。

在风险分析中，概率方法的优点是能分析材料参数的变异性和其他方面的不确定性，其计算结果提高了置信程度。但并不是用一个“破坏概率”代替“安全系数”，问题本身就完全解决了。应当指出，对边坡稳定、结构动力稳定性、大坝破坏、洪水演算、渗透等的确定性分析结果是综合风险评估方法的重要基础。应将风险分析与确定性分析结合考虑，共同作为决策依据。

六、结束语

正确运用影响土石围堰边坡稳定的因素充分的提升水利水电工程的利用率，不仅可以极大的节约社会能源，还可以为以后改善效率方法提供重要参考。

参考文献：

[1] 郭宏.谈岩土工程的可靠性设计[J].山西建筑.2010（7）：11-15

[2] 杨漫熙.浅谈强化岩土工程勘察的措施与手段[J].中小企业管理与科技（上旬刊）.2013（33）：20-22

[3] 栗心輝.可靠度分析方法计算强夯影响深度研究[J].现代物业（上旬刊）.2010（05）：145-146.

作者：魏凯

水电工程边坡稳定论文 篇3：

影响岩土边坡稳定的因素及应力分布特征

摘 要：边坡包括天然斜坡和人工开挖的边坡，自然界中的山坡、谷壁、河岸等各种斜坡的形成，是地质营力作用的结果，人类工程活动也经常开挖出大量的人工边坡，如路堑边坡，运河渠道、船闸、溢洪道边坡，房屋基坑边坡和露天矿坑的边坡等，文章将对影响岩土边坡稳定的因素及应力分布特征进行分析，指导水利水电工程边坡的设计与施工。

关键词：临空面；失稳破坏；边坡稳定；应力分布

1 边坡稳定的基本分析方法

水利水电工程中边坡的稳定问题，水库库岸边坡的垮塌问题，是水利工程设计中充分论证的问题。对边坡的稳定性进行分析，目的在于查明过程地段天然边坡是否可能产生危害性的变形与破坏，论证其变形与破坏的形式、方向和规模；并事先采取防治措施，减轻地质灾害，采取经济合理的工程措施使人工边坡的设计达到安全、经济的目的，以保证边坡在工程运营期间不致发生危害性的变形和破坏。

边坡工程地质研究的目的是查明边坡基本工程地质条件，评价和预测其稳定性，提出相应有效的防治措施。在边坡工程地质研究中，应对边坡稳定性做专门评价。边坡稳定性的评价方法可归纳为三种：一是工程地质分析法；二是理论计算法，包括公式计算法、图解法以及数值分析法；三是试验及观测方法。前两种方法应用很普遍，第三种一般用在大型或者重要的水利工程之中，当然，这些方法是互为补充和共同采用的。

2 影响岩土边坡稳定的因素

2.1 构成岩体的岩石性质

各类岩石的物理力学性质不同，所以影响边坡岩体的稳定性及所能维持岩体稳定最大坡角的程度也不同。

火成岩（岩浆岩）一般岩土性均一，力学指标较高，新鲜完善者均能使边坡保持陡立并处于稳定状态。但其中流纹岩和玄武岩常因原生节理发育而影响边坡稳定。凝灰岩则因易风化或有夹层存在而对边坡稳定不利。

水成岩（沉积岩）中一般厚层且含硅质较多的砂岩、砾岩、石灰岩等的边坡稳定性较好，而含黏土矿物成分多的黏土岩、页岩、泥灰岩等，常发生边坡失稳现象。

变质岩中片麻岩、石英岩等坚硬岩石均较稳定，而云母片岩、绿泥石片岩、千枚岩、板岩等稳定性较差。在绢云母片岩、滑石片岩中还常见到蠕变现象。

2.2 岩体的结构特征

岩土边坡的失稳破坏多数是沿各种软弱结构面发生，此外在河谷边坡上，有时两侧被冲沟切割而形成三面临空的岩体时，则常由一组倾向河床的软弱结构面称为滑动面。

2.3 风化作用活跃的程度

风化作用活跃的地方：一是在坡体中温度和湿度变化频繁的部位，如坡面附近的湿度变化带、高寒地区的昼夜或季节冻融带、地下水位季节变动等；二是坡体中抗风化能力相对薄弱的部位。在寒冷地区，坡面附近温度昼夜的变化，常使渗入裂隙中的水反复冻融，从而扩展裂隙，使岩体碎裂，成为可能发生滑塌式滑坡的重要因素。风化作用沿易风化岩石或断裂破碎深入坡体、造成风化夹层或囊状风化带，它们常是导致斜坡变形破坏的主导原因。

2.4 地下水的作用

坡体中发育有强烈溶蚀，渗透变形或泥化作用等地下水作用的活动带时，这些部位常成为导致边坡变形破坏的控制带。边坡在风化过程中，由于强风化层和残积土层的透水性能差，因而在强弱风化带接触部位可形成一个承压的地下水活跃带，具有较高孔隙水压力，常常加大了在此软弱结构面的下滑力而导致坡体的下滑。

2.5 人为因素

在边坡上部修建工程，一般增加了变形体的荷载，也增加了变形体的滑动力；在边坡岩体内或附近进行爆破，往往有与地震相似的影响，成为触发边坡破坏的诱因；在边坡岩体坡脚处开挖，会使变形体的抗滑力削弱，而造成变形体的失稳。

3 边坡应力分布特征及结论

边坡的变形与破坏，决定于坡体中的应力分布和岩土体的强度特点。了解坡体中的应力分布特征，对认识边坡变形与破坏机制很有必要，对正确评价边坡稳定，制定切合实际的设计和整治方案有指导意义。

边坡开挖以后，上部岩体一部分被挖掉，由于卸荷作用，使岩体内的应力重新调整，从而出现应力重分布的现象。在靠近边坡坡面附近，最大主应力方向近于平行临空面。在陡峻边坡的坡面和坡顶则会出现拉应力，并形成拉应力带。在坡脚附近形成剪应力集中带，愈近坡脚应力集中程度愈高。边坡应力分布特征主要与坡脚的坡形密切相关。通常，边坡的坡形是指坡横断面的现状。边坡的坡形主要有直线坡，即一坡到顶型；折线形，就是下陡上缓型或者上陡下缓型边坡；还有台阶坡型，因此在不同坡形的边坡中，应力分布特征图也区分为这三种类型。理论分析和实际调查表明，边坡坡脚处集中应力可能导致边坡的剪切破坏，边坡坡顶的拉张区可能引起平行坡面的拉张裂缝，因此，应力集中区和拉张区的分布是边坡分析中最值得注意的问题。

不论边坡采用何种坡形，其坡脚的应力状态是边坡研究设计的重点。但边坡不同，各自的应力状态不同。直线坡的应力集中区在坡脚处。折线坡有两个重点应力区：坡脚和变坡点。当坡形为下陡、上缓时，坡脚是应力集中区，变坡点是拉张区；当坡形为上陡、下缓时，应力集中区在变坡点，消除了坡脚的应力集中。同时由于应力集中点向坡顶上移，降低了它的埋深，使集中的应力值下降，对边坡稳定有利。但是当坡脚需要防护时，在坡腰处修建支挡防护工程是不方便的，也给下部缓坡增加了额外荷载，所以，在实际工程中不宜采用这种坡形。

台阶坡的应力状态表现为台阶上、下坡脚的集中应力和平台坡顶的拉张。虽然平台的设置降低并分散了应力在坡脚的集中，改善了边坡力学特征。但是在平台处，由于平台后缘的剪切和平台前缘的拉张互相交叉，使该处的应力分布十分复杂，容易产生破坏。因此，要求平台应达到一定宽度。

参考文献

[1] 赵祥生，马少龙，邹湘华，修泽雷.秦巴地区碧口群时代层序、火山作用及含矿性研究[J].西北地质科学，1990（29）：1-144.

[2] 王雪野.耀州區斜坡变形破坏模式及其机理分析[D].西安：长安大学，2012.

[3] 姜立春，张吉龙，李建锋.露天铝土矿山内排土场滑坡破坏模式分析及工程防治[J].有色金属（矿山部分），2007（06）：27-31.

作者：王强　冯涛