我國水利水電建設中的滑坡及防治(陳祖煜)

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

2、工程建設中的滑坡滑坡冶理方案的討論,雅礱江唐古洞滑坡,時間：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,庫容=680 ×106 m3地質：殘留無粘性土。事故：河道阻塞了9天。這個自然形成的壩 決口以39m高的三波形式沖向下游洪 量=5,300m3 /s，疏散了好幾個小村莊 的

3、居民。,西藏易貢巨型滑坡,時間：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, 庫容=1534 ×106 m3地質：風化殘積土。險情：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洪水主要險情 — 管涌排洲灣潰堤,1998 年8月1日晚8時,98洪水主要險情 — 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)計總數=507,湖北省水利廳河運堤防處，湖北省一九九八年汛期江河堤防重大險情，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,管涌可以在很低的水頭下發(fā)生;管涌可以在距大堤很遠處出逸，但有60%的可能發(fā)生于50米以內,54,長江大堤崩岸災害,‘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,北門口,59,Jingjiangmen (荊江門）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,拋石方案存在的問題,拋石方量極大，每延米江岸拋石100 m3-150 m3高質量的大塊石。據統(tǒng)計截止1992年，長江干堤為防護江岸已拋石7000萬立米，如按每立米75元計，耗資已達52億。,拋石方案存在的問題,拋石體本身不是一個穩(wěn)定的結構。由于未經加密，水流在拋石中流速仍較大，極易將被保護的江岸土體淘走，導致結構失穩(wěn)。因此國外的施工工藝均要求在拋石體和被保護的堤岸之間加鋪一層土工布。但在水深流急的長江，實施這一

11、工藝尚有一定難度。,拋石方案存在的問題,由于拋石是一項水下隨機性的施工方法，在實際施工中對其數量和質量均難于控制，實施嚴格的監(jiān)理和監(jiān)督十分困難。在一次大規(guī)模的整治后，是否過十幾年，又要重復一次這樣的防護工程。長此下去，年復一年，世世代代炸山開石，又會對生態(tài)造成多大的影響。,新型護岸技術,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,我國水利水電建設中的滑坡及防治,河岸和江堤滑坡工程建設中的滑坡滑坡冶理方案的討論,天生橋二級泄水閘邊坡,時間：1984年12月24日規(guī)模：7000 m3地質：第四紀碎巖石，上覆開挖拋棄的碎 巖石和礫石。剛挖到一層黑

14、色粉質 粘土時滑坡即發(fā)生了。事故：48人遇難。,天生橋二級廠房邊坡,時間：1985年規(guī)模：不穩(wěn)定巖體總方量=1.40 ×106 m3地質：頁巖和泥巖中有厚的粘土夾層角10?, 構成斷裂面。事故：水平位移速率=8.2 mm/d,龍羊峽虎山坡,時間：1986年7月26日規(guī)模：坡高170m, 總方量=0.87×106 m3地質：變質砂板巖，F306逆斷層

15、與NNW 和NE及層面裂隙構成塌滑體事故：泄流底孔進行了長達40天的泄水,查納,黃河,時間：1943年2月7日規(guī)模：坡高430 m, 總方量=127×106 m3地質：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，淹沒三個村莊，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,時間：1989年1

17、月8日規(guī)模：坡高103m，總方量=0.10×106 m3地質：流紋巖中有強風化的密集節(jié)理，還 包括一個小型不連續(xù) 面。事故：電站廠房比計劃推遲一年，修復時 安裝了大量預應力錨索。,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,時間：1996年3月18日規(guī)模：坡高150 m, 總方量=0.2×106 m3地質：全、強風化凝灰?guī)r。事故：堵塞了河道，使處于下流的導流洞 無法過水，迫使地下廠房的施

19、工支 洞打開過水，廠房施工不得不停下 來,76,(1) 凝灰熔巖；(2) 灰質凝灰質砂巖夾灰?guī)r；(3) 厚層灰?guī)r；(4) 凝灰質砂巖與灰質砂巖；(5) 厚層灰?guī)r；(6) 凝灰質角礫巖夾厚層灰?guī)r。,WH5,F121,F340,排砂泄洪洞的塌方事故,砂泄洪洞的開挖始于1997年12月。1998年11月16日，在樁號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、擴展到樁號0+080至0+125。坍方總量估計達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,抗滑樁加固設計實例,柴石灘水庫溢洪道高邊坡,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,排水卸荷和壓載預應力錨固混凝土抗滑結構

23、,107,108,109,The spillway slope after reinforcement,抗滑樁的設計的基本原則(1) 假定作用在抗滑樁側面所有作用力的合力以某一角度作用在樁的中點左右；(2)確定使安全系數提高到要求值的這一合力；(3)按偏心受壓的鋼筋混凝土設計抗滑樁斷面,抗滑樁斷面按偏心受壓設計配筋,1. 有關符號的約定為便于計算說明，特約定有關符號如下（見圖A.1）：a = 84cm — 受拉鋼筋合力點至混

24、凝土受拉邊緣的距離；a’ = 36cm — 受壓鋼筋合力點至混凝土受壓邊緣的距離；h0 — 受拉鋼筋合力點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 — 鋼筋的實際受拉屈服極限；Rg‘— 鋼筋的實際受壓屈服極限；Rgk — 箍筋的實際受拉屈服極限；

25、Rgw — 斜筋的實際受拉屈服極限；Rw — 混凝土的實際彎曲等效抗壓強度；Rc — 混凝土的抗壓強度；s — 箍筋間距；a — 斜筋與構件軸的夾角；? — 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、還是少筋混凝土構件 ? = Ag/A0設計抗滑樁截面為5 m ? 5 m，樁長為40 m，由Ag = 3630 cm2，A0 = 250000 cm2 得：

26、? = 0.0145?max = 0.55 Rw/ Rg由300號混凝土Rw = 22 MPa，級鋼筋Rg = 320 MPa得：?max = 0.0378?min = 0.0015?min ? ? ? ?max 故設計抗滑樁為適筋混凝土構件。3 受壓混凝土面積計算對于適筋混凝土構件，破壞時受拉區(qū)混凝土早已開裂，全部拉力由受拉鋼筋承擔，鋼筋拉應力達到屈服極限Rg，假設受壓區(qū)混凝土的應力在整個受壓面上均勻分布，其合

27、力點至受拉鋼筋合力點的距離（內力偶力臂）為Lc，受壓鋼筋合力點至受拉鋼筋合力點的距離為Lg。根據力的平衡關系可得如下關系式：Ag Rg = Ag‘Rg‘ + Ac RwAg = 3630 cm2，級鋼筋Rg = 320 MPaAg‘ = 1815 cm2，級鋼筋Rg‘ = 320 MPa300號混凝土Rw = 22 MPa，得：Ac = 26400 cm2,4. 計算抗彎力矩MP根據幾何關系求得Lc = 389.4 cm ?

28、 Lg = 380 cm，可以認為受拉鋼筋變形已足夠大，應力已達到設計強度，按下式計算出抗彎力矩MP： MP = Ac Rw Lc + Ag‘Rg‘Lg = 447024.4 kN?m計算抗剪力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，抗滑樁的作用簡單地體現為樁體向滑坡體提供一個抗力。這個抗力應在抗彎力矩和抗剪力中選擇小者。設形成抗彎力矩的外力作用在樁的二分點。由于抗滑樁長為40 m，所以力臂為40 m / 2 = 20 m。故按抗彎力矩計，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)的無保護錨索,無粘結雙層保護預應力錨索,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成果,在 3 個 1000 KN的錨索中, 2 個在 1600 KN 時破壞，部位為外錨頭夾片外的鋼絞線； 1個在 1556 KN 時破壞，部位為內錨固段;在 3 個 3000 KN的錨索試驗中，全部都在4310 KN - 4318 KN時破壞，破壞形式是鋼絞線抽絲。鋼絞線長度= 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,無粘結自由錨全程防銹防水工廠化生產可拆卸壓縮分散型,對 35 個錨固工程銹蝕情況的調查 Littlejohn, 1992,銹

33、蝕與錨固件形式無關。9 個為錨桿，19 個為鋼絲，8個為錨索。,對 35 個錨固工程銹蝕情況的調查 Littlejohn, 1992,發(fā)生銹蝕破壞的時間: 9 個發(fā)生于6個月內；10個發(fā)生于6個月至2年內；其余的在 2-31內。,對 35 個錨固工程銹蝕情況的調查 Littlejohn, 1992,調查不