大连理工大学网络教育学院
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：坝坡稳定性研究
层 次： 专科起点本科
专 业： 水利水电工程
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2022年7月8日
坝坡稳定是水利工程中很受关注问题，坝坡失稳造成的滑坡运动不仅引起局部环境破坏，还危害和威胁人民生命财产的安全及经济建设的发展。本文论文主要对坝坡稳定的破坏原因、形式及防治的措施进行研究。首先针对坝坡稳定破坏进行调查，简单介绍滑坡危害，对坝坡稳定研究进行概述，分析坝坡失稳的原因并提出相应的防治措施。结合冶勒水电站水利工程坝坡失稳实例，进行具体的原因分析，并针对存在问题提出定期检查维修改进建议和防治措施。
关键词：坝坡；稳定；破坏原因；防治措施
目 录
4.1 坝针对滑坡现象，要做好监测工作.............................................................. 8
4.3 对滑坡外形进行改变，并设置一些抗滑的建筑.......................................... 9
5.2 监测仪器种类及布置情况.............................................................................. 13
引 言
对于现今多数的土石坝，经过多年运行，坝体的渗漏现象可能比较突出，严重影响坝体的安全。再加上坝基砂卵石层未截断，坝基渗漏及绕坝渗流现象一直存在。为此，应对坝进行稳定分析，通过计算分析求得稳定安全系数，对大坝进行安全评价，从而提出合理的防险加固措施，使大坝更好地运行，发挥其经济效益和社会效益。边坡的稳定分析不仅可为工程施工提供科学的理论依据，而且对边坡加固和滑坡的预测预报也具有重要的指导作用。
目前，对于岩质边坡，可使用土力学中的极限平衡方法，其特点在于事先假定滑移面的形状，然后估计使潜滑体保持极限平衡状态所需的抗滑力。滑坡是否产生则取决于抗滑力与下滑力的大小关系。对于弧面滑面，1915年瑞典人Petterson曾用阻抗潜滑体绕滑弧圆心旋滑的力矩与滑体重量驱动旋滑的力矩之比来描述所论潜滑体的安全系数。1963年瑞典人Fellenius首次提出用条分法来考虑滑面上的应力分布的问题，随后，又有了简化Bishop法、Janbu法和Sarma法，即使用诺谟图确定临界滑面。国内长沙矿冶研究院熊传治推导了Mohr-Coulomb破坏准则的安全系数普通表达式，并用优化方法解决了平面或圆弧滑面的确定方法；陈祖煜、邵长华基于改进摩根顿-普赖斯方法采用单纯形法、负梯度法和DPF法来确定滑面最优形状。由于经典极限平衡理论是在金属塑性分析中建立起来的，主要适用于均质的各向同性体，而岩土材料受诸多地质因素影响，常表现出各向异性、非线性和非均质性，因而经典极限平衡理论用于岩土边坡分析，其结果并不理想。
近几十年，一些学者试图改进和发展这一理论，并为此做了大量工作。他们分析了塑性理论中的Misese，Tresca屈服准则，岩土力学中的Mohr-Coulomb准则以及Drucker-Prage优点与不足，结合国内外对各向异性介质强度的理论研究进展，提出了非线性各向异性准则，建立了复杂介质广义极限平衡理论。但由于边坡本身的物质组成的复杂性及其内部的多样性以及其众多的影响因素，人们难以用确定性分析方法对它进行精确的描述，因而其研究方法从确定性分析如蒙特卡罗模拟法、一次二阶矩法和罗森布勒斯法发展到不确定性分析。不确定分析方法具体有：模糊数学、灰色理论、数量化理论、信息量模型法和定量表格法。目前边坡稳定分析方法主要有极限平衡法，条分法，改进的条分法，有限单元法等[[1]]。
1 坝坡稳定性概述
1.1 坝坡失稳的调查
坝坡失稳是指一定体积的边坡地质体，在荷载作用下失稳，沿着坡体内部一个或多个软弱面带发生的具有一定规模的顺坡下滑现象，多发生在山区、河流沿岸、暴雨区、蓄水区等。水利水电工程边坡、水库岸坡、河道岸坡、道路边坡等每年都会发生一些滑坡事故，甚至造成重大灾难。滑坡运动不仅造成局部环境破坏，而且还危害与威胁人民生命财产的安全及经济建设的发展。
统计资料显示，全球的滑坡灾害与人类活动密切相关，并且呈数量越来越多、规模越来越大、影响越来越广、经济损失越来越严重的趋势。近20年来，仅意大利、日本、美国、俄罗斯、印度、中国、捷克、奥地利、瑞士等国，各国每年因滑坡灾害所造成的经济损失，平均达15亿—20亿美元，总和平均每年达120亿—160亿美元。人类在利用自然和改造自然的过程中，遇到的滑坡问题越来越多，滑坡灾害的影响范围和程度日趋增大，滑坡灾害及其防治工程的分析研究也日益引起普遍关注。
1.2 滑坡的危害
坝坡的失稳将会产生滑坡，滑坡这类地质灾害的发生将给人民生命财产、工程设施、对地质、环境等方面都产生较大的危害。
（1）对人民生命财产的危害：规模较大的滑坡可摧毁城镇，砸毁建筑物，造成人畜伤亡。
（2）公共设施：滑坡可毁坏大坝、水电站、厂房，冲毁渠道和溢流设施等；滑坡是导致溃坝的主要原因，使大坝存在溃坝危险，对下游农田等造成毁坏；对道路交通产生较多不利影响；由于特殊的地形地貌，河流沿岸特别是峡谷地段多为滑坡灾害易发生段，滑坡发生后易阻塞河道，在较大程度地阻碍了航运的开展，甚至形成天然水库，形成洪水灾害。
（3）人民生活：滑坡的产生导致下游生活区供水供电受到影响，交通的破坏也影了救援的开展和物资的输入，严重影响了人民生活的正常开展。
（4）对环境的危害：滑坡使植被遭到破坏，地表涵养水分能力减弱，水土流失增强，导致当地地质环境、生态环境进一步恶化，更加速了滑坡地质灾害的形成与发展。
1.3 研究课题的提出
目前，我国在水库大坝设计中普遍存在设计标准偏低的问题，加上之前建设的中小型水库多为边勘察、边设计、边施工的“三边”工程，存在较多的病险问题，从而给工程埋下了一定的安全隐患。具体来说，在水库大坝设计过程中主要存在以下几个方面的问题：
（1）防洪设计标准偏低。从我国水库大坝建设情况来看，中小型水库坝和一些低坝建设最多，这些大坝普遍存在在防洪设计标准偏低，并且多属于“三边”工程，从而存在着许多的安全隐患，如果遇到标准设计洪水，加上泄洪设施配备不足时，容易引起石坝漫顶，情况严重的话可能导致溃坝事故。
（2）水库大坝普遍存在渗漏现象。近年来，由于设计前期地质勘查工作做得不够充分等客观原因，导致水库大坝经常出现管涌、流土、脱坡等渗漏问题，而严重的莫过于渗漏破坏引起的溃坝、冲决等方面的险情，这些险情在水库失事中占较 大比例，且危害严重。因此，需要做好大坝防渗设计工作。
（3）抗震设计标准偏低。过去，在水库大坝设计中，部分工程出现抗震设计标准偏低，安全系数不能满足现行标准及规范的要求。同时，由于我国处于地壳运动活跃的地带，而一些水库正建在地震灾害频发的地区，一旦发生地震灾害，水库大坝地基中的砂土将会发生液化，从而人水库大坝带来较大的危害，严重的话将出现沉陷、变形、开裂等问题，严重威胁水库下游人民的生命安全。
（4）结构稳定性差。我国大部分水库大坝设计中还存在着以下问题：混凝土设计强度偏低、输水隧洞衬砌结构强度不满足设计要求，以及坝基及涵管基础比较差等，因此易发生不均匀沉降，最终导致水库大坝结构失稳，无法满足水库的正常使用。
2 滑坡的原因分析
2.1 滑坡的分类
坝坡失稳造成滑坡，由于滑坡的危害较大，为深入分析滑坡的原因，主要从坝坡失稳的形式来分类。
（1）剪切破坏导致的滑坡
当坝体与坝基土层是高塑性以外的粘性土，或粉砂以外的非粘性土时，土坝滑坡多属剪切破坏。破坏的原因是由于滑动体的滑动力超过了滑动面上的抗滑力所致，滑坡体移动的距离可有数米到数十米不等，直到滑动力和抗滑力经过调整达到新的平衡以后，滑动才停止。
（2）塑性破坏导致的滑坡
坝坡产生显著塑性流动现象时，称为塑性破坏型滑坡。滑坡土体的蠕动一般进行十分缓慢，发展过程较长，较易觉察。但是当高塑性土的含水量高于塑限而接近流限时，或土体几乎达到饱和状态又不能很快排水固结时，塑性流动便会出现较快的速度，危害性较大。水中填土坝在施工期由于水不能很快排泄，坝坡也会出现连续的位移和变形，以致发展成滑坡。
（3）液化破坏导致的滑坡
当坝体或坝基土层是均匀中细砂或粉砂，水库蓄水之后，坝体在饱和状态下突然经受强烈的震动时，砂的体积有急剧收缩的趋势，坝体中的水分无法析出，使砂粒处于悬浮状态，从而向坝趾方向急速流泻，产生滑坡。
2.2 地质原因引起滑坡
岩土体是产生滑坡的物质基础。一般说，各类岩、土都有可能构成滑坡体，其中结构松散，抗剪强度和抗风化能力较低，在水的作用下其性质能发生变化的岩、土，如松散覆盖层、黄土、红粘土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等及软硬相间的岩层所构成的斜坡易发生滑坡。
组成斜坡的岩、土体只有被各种构造面切割分离成不连续状态时，才有可能向下滑动的条件。同时、构造面又为降雨等水流进入斜坡提供了通道。故各种节理、裂隙、层面、断层发育的斜坡、特别是当平行和垂直斜坡的陡倾角构造面及顺坡缓倾的构造面发育时，最易发生滑坡。大断层带附近修建土石坝则极有可能发生滑坡体，大断层带附近岩层往往破碎，有利于地下水的浮动和滑坡产生。断层交错部位，则常有大型滑坡或滑坡群分布，断层上部，滑坡产生的几率更大。在倒转褶皱的轴部，由于岩层十分破碎，破碎岩石与堆积土集中分布，也易产生滑坡。
各种软弱结构面上陡下缓的组合是产生滑坡的重要条件 ，各种不同成因的结构面，包括不同风化程度的岩体接触面，在其因各种原因被切割，而暴露了该软弱面时，就极容易产生滑坡。
地下水活动在滑坡形成中起着主要作用。它的作用主要表现在：软化岩、土，降低岩、土体的强度，产生动水压力和孔隙水压力，潜蚀岩、土，增大岩、土容重，对透水岩层产生浮托力等。尤其是对滑面的软化作用和降低强度的作用最突出。
2.3 降雨引起滑坡
大量的雨水使土颗粒表面的水膜加厚，土颗粒之间的距离被拉远。边坡失稳与土的抗剪强度有关。边坡土受到剪应力作用后易发生剪切变形，随着剪切变形的不断发展，剪应力大于边坡土的抗剪强度，致使土体的塑性变形区扩展成一个连续的滑动面，土体之间产生连续滑动，使得土体发生剪切破坏，也就是边坡失稳。降雨入渗引起非饱和土的基质吸力减小，土颗粒间胶结软化，吸附凝聚力减小。同时，降雨强度愈均匀，持续时间愈长，边坡稳定性安全系数愈低。
首先，降雨入渗对非饱和膨胀土边坡的直接影响使得边坡土体中（特别是浅层土）基质吸力降低从而导致土体抗剪强度降低。基质吸力的降低将使得原来非饱和土层在竖向发生膨胀，如果土体随膨胀而发生软化，会导致土体抗剪强度降低。其次，在侧向力约束条件下，非饱和膨胀土吸水（或基质吸力降低）后的膨胀趋势就以膨胀力的形式表现出来，膨胀力的形成将导致边坡土体中水平应力增加。降雨入渗后，局部土体有可能产生破裂面，并可能最后发展成为膨胀土中常见的渐进式滑坡。由此可见，降雨入渗引起的膨胀土体基质吸力降低和内应力比的增加是降雨触发边坡失稳的重要原因。
降雨时如大坝排水系统未设置获知遇到大暴雨，强度大，时间长，排水不及时的情况，会使土石坝坡土含水量达到饱和，增加坝体的土体重量，形成反向渗透压力，降低抗滑力，加大土体滑动力，也将会形成滑坡。
2.4 地震诱发滑坡
强地震作用下的边坡稳定性是一直国内外工程界和学术界共同关注的重大课题。地震诱发的滑坡和坍塌往往分布广、数量多、危害大，国内外曾发生大量因地震造成的边坡失稳事例，2008 年的“5.12”汶川特大地震，触发不同规模的滑坡数万起，具有危害的6000 余起，形成近百个堰塞湖，导致大量人员伤亡和财产损失。
地震是一种强烈的底层活动，大地震动的地震最直观和普遍的现象。水坝发生地震时，由于地震惯性力突然增加，水库大坝在坝体结构本身和库水的动水压力的作用下，大坝坝体将会发生变形，并可能造成坝体的错动和滑动，产生滑坡破坏。我国土石坝因地震滑坡的，据初步统计共有10座，多发生在上游坝坡，但未引起垮坝失事。经分析这些土石坝滑坡，多数是坝体无粘性土受地震振动力产生液化而引起的。
2.5 运行管理方面的原因
大坝运行过程中，由于蓄水、库水位变化、排水等电站运行调度时都可能引起滑坡。
（1）库水位骤降造成滑坡。在水库放水时，库水位下降过快，容易造成滑坡。
（2）蓄水后，随着水位的升高，坝体内浸润线回更高，水库的水位剧降或者连续降雨的雨水侵入坝体，但是坝体的排水能力较差，土体的孔隙水压力增大造成阻滑力减小从而形成滑坡。
（3）未进行及时的监测和分析，对于可能或即将放生的滑坡现象未能进行精确地量测分析，错过最好的除险加固时机，最终导致滑坡。
（4）大坝不合理的附加工程。
在下游坝脚附近挖坑塘养鱼：势必降低坝坡稳定，应加以禁止；
在坝顶或背水坝坡建造引水渠道：有些中、小型水库，为了引水灌溉农田，减少过河建筑物，利用土石坝坝顶或下游坝坡开挖渠道，一旦衬砌破损，大量的水渗入坝体，将会引起滑坡。
形成滑坡的原因较多，除上述已分析的原因外，还包括地下水状态、岩土体性状、地质构造、岩体结构等内在因素，以及施工开挖或回填引起的荷载和应力调整、施工爆破引起的岩体损伤和动力荷载、河流侵蚀等引起的地下水位变化等外在因素可能成为导致坝坡失稳的重要原因。
3 坝体滑坡的监测与分析判断
3.1 滑坡的监测
滑坡对坝的安全至关重要，加强监测力度是有效地防治坝体失稳的重要途径。大坝运行期间，除经常进行检查外，当处在以下情况时，更应严加监视：水库初次蓄水时期、高水位时期、水位骤降时期、持续特大暴雨时、春季解冻时期、发生强裂地震后。
滑坡监测技术方法通常有地面宏观形迹的简易观测、地面仪器监测、空间遥测和遥感监测、综合的实时监测预报系统等。监测指标包括地质宏观形迹监测、地面位移监测、深部位移监测、诱发因素监测、水压力监测和滑坡地球物理、地球化学场监测等。现今，边坡监测技术方法已发展到较高水平，光纤传感器、孔隙压力仪、GPS和GPRS无线传输技术的应用，使监测的精确程度得到了较大的提高。
3.2 滑坡的分析与判断
（1) 通过裂缝进行判断
裂缝的形状：动裂缝主要特征，主裂缝两端有向边坡下部逐渐弯曲的趋势，两侧分布有众多的平行小缝，主缝上下侧有错动。
裂缝的发展规律：滑动性裂缝初期发展缓慢，后期逐渐加快，而非滑动性裂缝则随时间延长而逐渐减慢。
（2) 从坝顶位移观测的规律判断
当坝身在短时间出现持续而显著的位移时，特别是伴随着裂缝出现连续性的位移，而位移量又逐渐加大，边坡下部的水平位移量大于边坡上部的水平位移量，边坡上部垂直位移向下，边坡下部垂直位移向上。
（3) 从浸润线观测资料分析判断：当库水位相近而测压管水位逐渐上升。
（4) 根据孔隙水压力观测成果判断：有孔隙水压力观测资料的土坝，当实测孔隙压力系数高于设计值时。
以上这些都可能是滑坡的前兆，应及时进行坝坡稳定校核。根据核算结果，判断是否可能滑坡。
4 坝坡失稳的防治
4.1 坝针对滑坡现象，要做好监测工作
针对滑坡现象，要做好监测工作。滑坡直接影响到坝的安全性，要防治坝体失稳，就要对滑坡做好监测工作。在大坝运行的时候，要经常对其进行检查，另外，在水库进行第一次蓄水的时候、水位比较高的时候、水位骤降的时候、特大暴雨一直持续的时候、强烈地震发生以后、春天解冻的时候都要加强监视。当前，我们对滑坡进行监测的技术方法一般都有对地面宏观行迹进行的简易观测、具有实时性和综合性的预报系统、空间遥测与遥感监测技术、地面仪器监测技术等。监测指标主要有水压力监测、诱发因素监测、地面位移监测、宏观行迹监测、诱发因素监测等。当前，边坡监测技术处于不断发展之中，光纤传感器以及空隙压
力仪还有 GPRS 无线传输技术等都得到了广泛的运用，提升了监测的准确度。
4.2 减轻水灾
第一，要将地表水排除。这是对滑坡现象进行整治的一项重要辅助措施，必须是首先采取并在长时间内进行运用的一项措施。这项措施的主要目的是对滑坡区以外的地表水进行拦截和旁引，防止地表水流进滑坡区以内。具体的措施有：在滑坡体以外设置截水沟，在滑坡体上面设置排水沟，在滑坡区做好绿化工作等。第二，将地下水排除掉，具体的措施有三种：一种是截水盲沟，对位于滑坡区外围处的地下水进行拦截与旁引；一种是支撑盲沟，具有排水以及支撑的作用；第三种是倾斜孔群，主要是将近于水平的钻孔利用起来，从而引出地下水。第三，避免河水以及库水对于坡脚造成的冲刷，具体的措施有：在滑坡体的上游冲刷比较严重的地段修筑丁坝，使主流向对岸偏向；在滑坡体前缘利用抛石以及敷设石笼还有修筑混凝土块排管等措施防止坡脚受到河水冲刷。
4.3 对滑坡外形进行改变，并设置一些抗滑的建筑
第一，进行削坡减重，主要是对头重脚轻，在前方没有什么抗滑地段的各种滑体进行治理，对其外形进行改善，使重心降低，提升其稳定性。第二，对支挡工程进行修筑，这种方法主要适用于没有支撑而进行滑动的各种滑坡或者是滑坡床陡以及滑动速度比较快的各种滑坡，提升重力平衡条件，确保其稳定性。
4.4 填盖坝体
水利工程中坝体之所以会出现滑坡的情况，主要是因为雨水比较多，而在阴雨的天气中，坝体滑坡最易发生，这主要是因为连续降雨，水库水位上升明显，甚至超过了正常水位。在这种情况下，雨水会逐渐的渗透到坝体中，超过了坝体承受能力，进而发生了滑坡。所以可以选择填盖坝体的方式，选择使用黄泥作为填盖坝体的材料，也可以将黄泥坝体作为滑动体材料，如果坝体本身存在裂缝，也可以选择使用黄泥土来填补。填盖坝体结束后，需要在表面覆盖一层薄膜，避免雨水渗入。如果水利工程坝体出现了大范围滑坡情况，需要利用相关设备将滑坡土体覆盖上，以此避免雨水再次冲刷进入裂缝中，导致坝体出现新的不稳定因素[[2]]。
4.5 其他措施
4.5.1 加强意识
我国国土地质地形复杂，山地占了国土面积大部，因此是滑坡等地质灾害多发的国家，但是国家对于滑坡等山地灾害的重视度和采取的措施依然不够。为了减少山地灾害给社会造成的危害，国家和政府应该加大对于存在滑坡等山地灾害的地区的资金投入，加强对于这些地区的排查和监测。历史的经验告诉我们，在自然灾害面前，人的主观能动里极为有限，这时候我们需要“预防为主、防治结合、综合治理”的防治的措施，面对我们无法控制和改变的自然灾害，我们唯有“避之以减灾”。
4.5.2 滑坡保险
类似于洪水保险，滑坡等一些其他自然灾害同样可以设置保险来减灾。
洪水保险对洪水灾害实行的保险。为配合洪泛区管理，限制洪泛区不合理开发，减少洪灾社会影响，对居住在洪泛区的居民、社团、企业、事业等单位实行的一种保险制度。它属于防洪非工程措施之一。一般有自愿保险和强制保险两种形式，后者更有利于限制洪泛区的不合理开发。凡参加洪水保险者，按规定保险费率定期向保险公司交纳保险费。保险公司将保险金集中起来，建立保险基金。当投保单位或个人的财产遭受洪水淹没损失后，保险机构按保险条例来进行赔偿[[3]]。
4.6 抢护过程中的禁忌
在滑坡抢护中要物别注意：1.对滑坡裂缝不能采取灌浆的方法抢护，否则会增大滑坡体内的水份，增大促滑的渗透压力缝间水压力，加速滑坡体的滑动；2.在临水坡滑坡抢护中，严禁在滑动体上部等促滑范围内压重，否则会加大向下的滑动力，促使土体滑动；3.不要采取打桩的办法抢护滑坡，其阻滑作用很小，反而会因为打桩引起土体震动，增大体内空隙水压力，促进险情进一步恶化[[4]]。
