我國(guó)水利水電建設(shè)中的滑坡及防治(陳祖煜)

1、我國(guó)水利水電建設(shè)中的滑坡及防治,陳祖煜中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京車(chē)公莊西路20號(hào) 100044電話： 010 68514824(家)，68415522*6976（辦） 13910696266 (手), 010 68438317 (傳真)email: chenzy@tsinghua.edu.cn chenzuyu@iwhr.com,我國(guó)水利水電建設(shè)中的滑坡及防治,河岸和江堤滑坡

2、工程建設(shè)中的滑坡滑坡冶理方案的討論,雅礱江唐古洞滑坡,時(shí)間：1967年6月8日規(guī)模：坡高1000 m, 總方量=68×106 m3天然壩：壩高=175~ 335,庫(kù)容=680 ×106 m3地質(zhì)：殘留無(wú)粘性土。事故：河道阻塞了9天。這個(gè)自然形成的壩 決口以39m高的三波形式?jīng)_向下游洪 量=5,300m3 /s，疏散了好幾個(gè)小村莊 的

3、居民。,西藏易貢巨型滑坡,時(shí)間：2000年4月9日規(guī)模：坡高3330 m, 堆積體2500m、寬約 2500m，總方量=280-300×106 m3天然壩：壩高=290 m, 庫(kù)容=1534 ×106 m3地質(zhì)：風(fēng)化殘積土。險(xiǎn)情：湖水以每日0.5 m速度上升。,78,滑坡后緣高程5520m,79,,易貢滑坡堰塞湖,滑 坡 堆 積 區(qū),扎木弄溝,易貢巨型高速滑坡及堰塞湖平面示意圖,

4、,,5520m,,2264m,,2210m,,2165m,,2340m,易貢茶廠,80,,,高程（m）,滑距（m）,滑坡堆積體,2210m,,易貢藏布,,2264m,5530,2200,4000,0,8000,4000,易貢巨型高速滑坡剖面示意圖,2000,6000,2340m,,扎 木 弄 溝,,81,Elevation,The Yigongzhangbu River,The cross section of the land

5、slide,滑坡堰塞湖—易貢湖,,82,The natural lake,The water level of the natural lake rises 50 cm every day,83,August 7 1998, 13:10,35,河岸和江堤滑坡,Typical Cross Section - 九江城防堤,37,河岸和江堤滑坡,,九江城防舊堤,Design of the new dike of the Jiujiang

6、 City,49,The Jiujiang Dike after reconstruction,50,98洪水主要險(xiǎn)情 — 管涌排洲灣潰堤,1998 年8月1日晚8時(shí),98洪水主要險(xiǎn)情 — 管涌排洲灣潰堤,The Piping that travels a long distance 四公邑堤,,,,,,,,,,,,,,,,750 m,Water level=30.0 m,,,Sand boil,Diameter of th

7、e sand boil = 60～80cm,,Clay,Sand,Ground level=20.0 m,湖北省1998年管涌發(fā)生位置頻率統(tǒng)計(jì)總數(shù)=507,湖北省水利廳河運(yùn)堤防處，湖北省一九九八年汛期江河堤防重大險(xiǎn)情，一九九八年九月。,管涌發(fā)生位置頻率密度圖,98洪水發(fā)生的管涌汲取的教訓(xùn),管涌可以在很低的水頭下發(fā)生;管涌可以在距大堤很遠(yuǎn)處出逸，但有60%的可能發(fā)生于50米以?xún)?nèi),54,長(zhǎng)江大堤崩岸災(zāi)害,‘窩崩’,56,‘片崩’,

8、湖北鄂洲耙鋪大堤 — 崩岸,From 1959-1989 the river bank recessed for 1324 m,The Bapu dike in Wubei,58,Bank failure at Beimenkou(北門(mén)口),The 3 km long dike recessed for 400 m on June 11, 1994 with a rate of 55 m/hrThe bank withdrew

9、100 m in 3 hours on October, 14,北門(mén)口,59,Jingjiangmen (荊江門(mén)）A location that the Tongting Lake is threatened to be invaded by the Yangtze River in the next decades.,Jingjiangmen,Dongting Lake,Yangtze River,60,荊江門(mén)大堤,61,棉船洲

10、供電的輸電塔已岌岌可危,拋石方案存在的問(wèn)題,拋石方量極大，每延米江岸拋石100 m3-150 m3高質(zhì)量的大塊石。據(jù)統(tǒng)計(jì)截止1992年，長(zhǎng)江干堤為防護(hù)江岸已拋石7000萬(wàn)立米，如按每立米75元計(jì)，耗資已達(dá)52億。,拋石方案存在的問(wèn)題,拋石體本身不是一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。由于未經(jīng)加密，水流在拋石中流速仍較大，極易將被保護(hù)的江岸土體淘走，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。因此國(guó)外的施工工藝均要求在拋石體和被保護(hù)的堤岸之間加鋪一層土工布。但在水深流急的長(zhǎng)江，實(shí)施這一

11、工藝尚有一定難度。,拋石方案存在的問(wèn)題,由于拋石是一項(xiàng)水下隨機(jī)性的施工方法，在實(shí)際施工中對(duì)其數(shù)量和質(zhì)量均難于控制，實(shí)施嚴(yán)格的監(jiān)理和監(jiān)督十分困難。在一次大規(guī)模的整治后，是否過(guò)十幾年，又要重復(fù)一次這樣的防護(hù)工程。長(zhǎng)此下去，年復(fù)一年，世世代代炸山開(kāi)石，又會(huì)對(duì)生態(tài)造成多大的影響。,新型護(hù)岸技術(shù),沉排模袋混凝土塑枕土工包水泥固化土水泥固化土包,New technology to combat bank failure,63,Plac

12、ing Geotexile and concrete mattress,64,The concrete mattress,65,Rescue of the failed river bank by dumping rip-raps,66,A ‘lumped failure’ happened in March, 2000, in Jiujiang,67,Dumping geotexile bags to protect the toe

13、,68,Pulling geotexile into the river,69,70,The dumped rip-rap placed on a layer of geotexile,71,我國(guó)水利水電建設(shè)中的滑坡及防治,河岸和江堤滑坡工程建設(shè)中的滑坡滑坡冶理方案的討論,天生橋二級(jí)泄水閘邊坡,時(shí)間：1984年12月24日規(guī)模：7000 m3地質(zhì)：第四紀(jì)碎巖石，上覆開(kāi)挖拋棄的碎 巖石和礫石。剛挖到一層黑

14、色粉質(zhì) 粘土?xí)r滑坡即發(fā)生了。事故：48人遇難。,天生橋二級(jí)廠房邊坡,時(shí)間：1985年規(guī)模：不穩(wěn)定巖體總方量=1.40 ×106 m3地質(zhì)：頁(yè)巖和泥巖中有厚的粘土夾層角10?, 構(gòu)成斷裂面。事故：水平位移速率=8.2 mm/d,龍羊峽虎山坡,時(shí)間：1986年7月26日規(guī)模：坡高170m, 總方量=0.87×106 m3地質(zhì)：變質(zhì)砂板巖，F(xiàn)306逆斷層

15、與NNW 和NE及層面裂隙構(gòu)成塌滑體事故：泄流底孔進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)40天的泄水,查納,黃河,時(shí)間：1943年2月7日規(guī)模：坡高430 m, 總方量=127×106 m3地質(zhì)：湖積的硬粘土巖和砂巖。事故：黃河斷流。巖體以40 m/s 的速度下滑，淹沒(méi)三個(gè)村莊，100多人遇難。,Displacement measurement of three surface points,Predicting th

16、e failure by Sato’s method,Sato’s method forLandslide Forecast,龍羊峽廠房泥石流,時(shí)間: August 4 of 1997 at 23:55原因: A 2-hour constant rainfall with a total precipitation of 55 mm泥石流材料 : 北大溝中的施工堆碴,北大溝,,漫灣滑坡,時(shí)間：1989年1

17、月8日規(guī)模：坡高103m，總方量=0.10×106 m3地質(zhì)：流紋巖中有強(qiáng)風(fēng)化的密集節(jié)理，還 包括一個(gè)小型不連續(xù) 面。事故：電站廠房比計(jì)劃推遲一年，修復(fù)時(shí) 安裝了大量預(yù)應(yīng)力錨索。,順坡節(jié)理,A Plan View of the Manwan Project,88,LESSONS LEARNED FROM SLOPE FAILURESLandslides due to ex

18、cavation Landslides due to slope excavation,The hole indicating poor back-filling of the concrete shear keys,89,天荒坪,時(shí)間：1996年3月18日規(guī)模：坡高150 m, 總方量=0.2×106 m3地質(zhì)：全、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r。事故：堵塞了河道，使處于下流的導(dǎo)流洞 無(wú)法過(guò)水，迫使地下廠房的施

19、工支 洞打開(kāi)過(guò)水，廠房施工不得不停下 來(lái),76,(1) 凝灰熔巖；(2) 灰質(zhì)凝灰質(zhì)砂巖夾灰?guī)r；(3) 厚層灰?guī)r；(4) 凝灰質(zhì)砂巖與灰質(zhì)砂巖；(5) 厚層灰?guī)r；(6) 凝灰質(zhì)角礫巖夾厚層灰?guī)r。,WH5,F121,F340,排砂泄洪洞的塌方事故,砂泄洪洞的開(kāi)挖始于1997年12月。1998年11月16日，在樁號(hào)0+040至0+080段發(fā)生大面積洞頂塌方，此塌方段在11月27日再次

20、擴(kuò)展到樁號(hào)0+080至0+125。坍方總量估計(jì)達(dá)10000m3。,The Three-Gorges Project,The Three-Gorges Project,,Factors of safety associated with different strength parameters for Wedge No. 4,The Xiaolangdi Project,The intake structure slope,左右側(cè)邊坡加

21、固剖面,Cross Section P. 0+070.7,,The Caishitan ReservoirProject,100,LESSONS LEARNED FROM SLOPE FAILURESLandslides due to excavation,抗滑樁加固設(shè)計(jì)實(shí)例,柴石灘水庫(kù)溢洪道高邊坡,101,Landslide of the spillway slope of the Caishitan Reservoir19

22、97年9月27日,102,A close view of the landslide,The landslide on September 27, 1997,The slip surface,Back analysis results,Heavily weathered dolemiteand clayslate,,104,c = 11.4 kPa, ? = 25.3?,105,邊坡冶理,排水卸荷和壓載預(yù)應(yīng)力錨固混凝土抗滑結(jié)構(gòu)

23、,107,108,109,The spillway slope after reinforcement,抗滑樁的設(shè)計(jì)的基本原則(1) 假定作用在抗滑樁側(cè)面所有作用力的合力以某一角度作用在樁的中點(diǎn)左右；(2)確定使安全系數(shù)提高到要求值的這一合力；(3)按偏心受壓的鋼筋混凝土設(shè)計(jì)抗滑樁斷面,抗滑樁斷面按偏心受壓設(shè)計(jì)配筋,1. 有關(guān)符號(hào)的約定為便于計(jì)算說(shuō)明，特約定有關(guān)符號(hào)如下（見(jiàn)圖A.1）：a = 84cm — 受拉鋼筋合力點(diǎn)至混

24、凝土受拉邊緣的距離；a’ = 36cm — 受壓鋼筋合力點(diǎn)至混凝土受壓邊緣的距離；h0 — 受拉鋼筋合力點(diǎn)至混凝土受壓邊緣的距離，即界面的有效高度；A0 — 樁的有效截面面積；Ag — 總的受拉鋼筋截面積；Ag‘— 總的受壓鋼筋截面積；Ak — 總的箍筋截面積；Aw — 總的斜筋截面積；Ac — 受壓混凝土面積；Rg — 鋼筋的實(shí)際受拉屈服極限；Rg‘— 鋼筋的實(shí)際受壓屈服極限；Rgk — 箍筋的實(shí)際受拉屈服極限；

25、Rgw — 斜筋的實(shí)際受拉屈服極限；Rw — 混凝土的實(shí)際彎曲等效抗壓強(qiáng)度；Rc — 混凝土的抗壓強(qiáng)度；s — 箍筋間距；a — 斜筋與構(gòu)件軸的夾角；? — 截面配筋率；?max — 截面最大配筋率；?min — 截面最小配筋率；,2. 校核是超筋、適筋、還是少筋混凝土構(gòu)件 ? = Ag/A0設(shè)計(jì)抗滑樁截面為5 m ? 5 m，樁長(zhǎng)為40 m，由Ag = 3630 cm2，A0 = 250000 cm2 得：

26、? = 0.0145?max = 0.55 Rw/ Rg由300號(hào)混凝土Rw = 22 MPa，級(jí)鋼筋Rg = 320 MPa得：?max = 0.0378?min = 0.0015?min ? ? ? ?max 故設(shè)計(jì)抗滑樁為適筋混凝土構(gòu)件。3 受壓混凝土面積計(jì)算對(duì)于適筋混凝土構(gòu)件，破壞時(shí)受拉區(qū)混凝土早已開(kāi)裂，全部拉力由受拉鋼筋承擔(dān)，鋼筋拉應(yīng)力達(dá)到屈服極限Rg，假設(shè)受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力在整個(gè)受壓面上均勻分布，其合

27、力點(diǎn)至受拉鋼筋合力點(diǎn)的距離（內(nèi)力偶力臂）為L(zhǎng)c，受壓鋼筋合力點(diǎn)至受拉鋼筋合力點(diǎn)的距離為L(zhǎng)g。根據(jù)力的平衡關(guān)系可得如下關(guān)系式：Ag Rg = Ag‘Rg‘ + Ac RwAg = 3630 cm2，級(jí)鋼筋Rg = 320 MPaAg‘ = 1815 cm2，級(jí)鋼筋Rg‘ = 320 MPa300號(hào)混凝土Rw = 22 MPa，得：Ac = 26400 cm2,4. 計(jì)算抗彎力矩MP根據(jù)幾何關(guān)系求得Lc = 389.4 cm ?

28、 Lg = 380 cm，可以認(rèn)為受拉鋼筋變形已足夠大，應(yīng)力已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，按下式計(jì)算出抗彎力矩MP： MP = Ac Rw Lc + Ag‘Rg‘Lg = 447024.4 kN?m計(jì)算抗剪力QPQP = 0.07 A0 Rc + 1.5 Ak Rgk h0 / s + 0.8 Aw Rgwsin?不考慮箍筋和斜筋則： QP = 0.07 A0 Rc 將A0 = 250000 cm2，Rc

29、= 30 MPa，代入上式得樁的抗剪力QP = 52500 kN。5 計(jì)算抗滑樁提供的抗力在邊坡穩(wěn)定分析中，抗滑樁的作用簡(jiǎn)單地體現(xiàn)為樁體向滑坡體提供一個(gè)抗力。這個(gè)抗力應(yīng)在抗彎力矩和抗剪力中選擇小者。設(shè)形成抗彎力矩的外力作用在樁的二分點(diǎn)。由于抗滑樁長(zhǎng)為40 m，所以力臂為40 m / 2 = 20 m。故按抗彎力矩計(jì)，可以提供的外力Qm = 22351.22 kN。Qm ? QP，故取Q = Qm，抗滑樁提供的抗力為2235

30、1.22 kN。,常規(guī)的無(wú)保護(hù)錨索,無(wú)粘結(jié)雙層保護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索,The shear capacity of the bounding :(1) increases with increasing borebole stiffness; (2) decreases with the grouted length up to 350 mm and remains largely independent afterwardsJarred

31、and Haberfield , 1997,Tie-back walls-Tendon bond length,三峽船閘高邊坡錨索破壞性試驗(yàn)成果,在 3 個(gè) 1000 KN的錨索中, 2 個(gè)在 1600 KN 時(shí)破壞，部位為外錨頭夾片外的鋼絞線； 1個(gè)在 1556 KN 時(shí)破壞，部位為內(nèi)錨固段;在 3 個(gè) 3000 KN的錨索試驗(yàn)中，全部都在4310 KN - 4318 KN時(shí)破壞，破壞形式是鋼絞線抽絲。鋼絞線長(zhǎng)度= 1 m,S

32、hould grouted anchors have short tendon bond length? Briaud and Weatherby, 1998,TIE-BACK WALLSTendon bond length,主要特點(diǎn),無(wú)粘結(jié)自由錨全程防銹防水工廠化生產(chǎn)可拆卸壓縮分散型,對(duì) 35 個(gè)錨固工程銹蝕情況的調(diào)查 Littlejohn, 1992,銹

33、蝕與錨固件形式無(wú)關(guān)。9 個(gè)為錨桿，19 個(gè)為鋼絲，8個(gè)為錨索。,對(duì) 35 個(gè)錨固工程銹蝕情況的調(diào)查 Littlejohn, 1992,發(fā)生銹蝕破壞的時(shí)間: 9 個(gè)發(fā)生于6個(gè)月內(nèi)；10個(gè)發(fā)生于6個(gè)月至2年內(nèi)；其余的在 2-31內(nèi)。,對(duì) 35 個(gè)錨固工程銹蝕情況的調(diào)查 Littlejohn, 1992,調(diào)查不