摘要：为了分析雅砻江流域卡拉水电站上游库区上田镇滑坡体受暴雨影响程度，选取了上田镇滑坡体典型断面，建立二维饱和非饱和渗流计算模型，采用有限元法模拟了暴雨入渗过程。根据模拟结果分析了在暴雨入渗条件下蓄水前后的工程边坡的渗流特性及应力分布，并对边坡稳定性和边坡防护措施效果进行评价，结果表明，暴雨入渗会引起边坡的稳定性降低，并可能引起边坡失稳。有限元法对分析边坡稳定性有实际的指导意义。
关键词：暴雨入渗；边坡；渗流特性；应力分布；稳定性评价；有限元法
中图分类号：P642文献标识码：A文章编号：16721683（2013）03014704
降水、泄洪雾化、水位骤降等都是引起边坡失稳破坏的主要因素。尤其在强降雨情况下，水的大量入渗使边坡土体饱和度增加、非饱和区基质吸力降低、土体抗剪强度下降。当雨水的强度和持续时间超过一定程度时，便可能导致边坡失稳。目前国内外一些专家学者分别从土体渗透性和抗剪强度、非饱和土基质吸力、降水强度、土坡坡度和植被等方面对该问题进行过相应的研究[13]。其中，有限单元法是数值模拟方法在边坡稳定评价中应用得最早的方法，也是目前应用最广泛的数值方法[46]。
卡拉水电站是四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县境内雅砻江中游河段中的第6级水电站，装机容量980 MW，是以发电为主要任务的二等大（2）型工程。工程所在区域属松潘-甘孜地槽褶皱系（Ⅱ）之雅江褶皱带（Ⅱ2）的南部，与扬子准地台相邻。坝址周围150 km范围内主要有安宁河-则木河断裂带、大凉山断裂带、龙门山断裂带等，区域稳定性差。上田镇滑坡体位于坝址上游右岸约370～910 m处。滑坡体边坡坡度30°～40°，在高程2 080 m、2 180 m一带分布缓坡地带。上游库区的滑坡体工程地质条件复杂，由于暴雨入渗作用会降低边坡稳定性，由此造成的库区边坡稳定性问题十分突出，威胁水电站运行的安全。本文以卡拉水电站坝址区域的上田镇滑坡体为研究对象，采用有限单元法对暴雨入渗下蓄水前后的滑坡体进行渗流和稳定性分析，对滑坡体发生滑动的可能性进行评价[79]，并为进一步研究暴雨入渗对边坡稳定的影响及安全性评价提供依据。
1基本方程及计算方法
方程求解的变量是总水头H。在用数值求解的每一时步计算出压力水头h后再求出基质吸力或体积含水量θw，从而计算非饱和渗透系数k与体积含水量变化参数mw2。如果通过试验实测了详尽的关于体积含水量与压力水头hc、非饱和渗透系数h的关系数据，那么在数值求解方程时可以通过线性内插的方法求得解出来的压力水头对应的体积含水量和渗透系数。但如果实测数据有限就只能通过拟合土水特征曲线模型，然后在数值求解过程中利用这些模型计算θw和k[1012]。
2计算模型
2.1计算原型及有限元离散模型
滑坡体边坡静力有限元计算本文以雅砻江流域卡拉水电站上游库区上田滑坡体典型剖面作为对象，进行滑坡体边坡静力有限元计算。有限元模型计算域底面选至1 669.70 m高程，向上延伸至地表；模型宽度850 m。离散中岩（土）体采用八节点等参实体单元，各类断层以及堆积体或松动体与基岩接触带等采用夹层单元。
2.2计算参数
各类岩土体材料的物理力学参数见表1。滑坡体岩土体渗透参数值见表2。
一般来说，降雨入渗主要影响边坡浅层岩土体的含水量和基质吸力，而边坡内部土体受雨水的影响较小[1315]。考虑到影响边坡稳定的主要因素为滑带土饱和区大小及分布和表层暂态饱和区的大小及分布，综合考虑以上两种因素并根据渗流场边坡稳定分析成果，本文采用24 h典型暴雨分配法暴雨曲线作为边坡渗流场及稳定性分析的暴雨曲线。
3.1暴雨入渗条件下天然及工程边坡（蓄水后）渗流场分布图1、图2给出了50年一遇24 h设计暴雨入渗条件下天然及工程边坡（蓄水后）不同降雨时刻孔隙水压分布。蓄水位以下坡体均处于饱和状态。天然边坡蓄水条件下降雨前滑带土饱和区均位于蓄水位以下，约为20%；降雨过程中滑带土饱和区最大可达75%。由于滑坡体浅表层Q3和Q4材料渗透参数均较大且采取了排水洞等工程措施，故暴雨前后边坡地下水位差异较小。受排水设施的影响，地下水位线较低且饱和区有所减小。降雨前滑带土饱和区位于蓄水位以下，约为20%；降雨过程中滑带土饱和区最大可达45%。
3.2基于静力有限元法的暴雨入渗条件下天然及工程边坡（蓄水后）稳定性评价暴雨入渗条件下天然及工程边坡（蓄水后）应力场等值线分布见图3、图4。暴雨工况下，自然边坡蓄水后滑带土以上范围内最大主应力约0～6.3 MPa，最小主应力约0～3.4 MPa；基岩范围内最大主应力约2.4～14.0 MPa，最小主应力约0.7～6.1 MPa；工程边坡蓄水后滑带土以上范围内最大主应力约0～2.9 MPa，最小主应力约0～0.7 MPa；基岩范围内最大主应力约2.5～14.0 MPa，最小主应力约0.5～6.1 MPa。工程边坡中下部应力水平较中上部明显增加，并向山底部逐渐过渡。受结构面分布的影响，边坡岩土体大、小主应力均在抗剪洞、锚固洞及岩层分界部位出现突变现象，这主要是由于力学参数差异较大所致。
4结论
（1） 卡拉水电站上游库区的上田镇滑坡体自然边坡滑带土倾角随高程的增加增大，表明自然边坡上部稳定性较差，而下部稳定性相对较好。暴雨工况下蓄水后，自然边坡在各工况下的安全系数处于规范允许临界值，安全储备较低，
图4正常运行期暴雨工况下工程边坡（蓄水后）
雨入渗会引起边坡的稳定性降低，安全系数减小，并可能引起边坡失稳。因此，必须对自然边坡采取必要的工程处理措施，才能确保蓄水后边坡的长期稳定性。
（2） 卡拉水电站上游库区上田镇滑坡体工程边坡由于砂砾料分布范围较广而黏性料分布相对较少以及采取了排水洞等工程措施，孔隙水压力消散较快，地下水位受暴雨入渗的影响而有所提高。暴雨工况正常运行期的工程边坡抗滑稳定安全系数比自然边坡有明显提升，表明工程边坡采用的工程措施是必要且有效的。
（3） 对于暴雨入渗过程下的饱和非饱和渗流过程的模拟，以及滑坡渗流特性、稳定性分析主要采用了平面有限元法。此种方法更能准确地反映滑坡体边坡的实际状态，应力场、渗流场分布能得到比较真实的反映。因此，利用有限元法能为进一步研究暴雨入渗对边坡稳定的影响及安全性评价提供依据。
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