水利枢纽工程边坡稳定性分析与防护措施

刘维肖

522632198705052593

摘要：山区水利枢纽工程建设多依托复杂山地地形开展，岩土质混合边坡是工程最主要的边坡形式，整体地质结构复杂、力学性质不均，受外界环境与工程活动扰动极易出现变形失稳问题，直接威胁坝体结构、泄洪设施及库区整体运行安全。为系统解决山区水利边坡失稳频发的工程难题，本文以西南地区高坝水利枢纽岩土质混合边坡为具体研究对象，梳理现阶段边坡工程存在的突出安全痛点，依托工程失稳案例统计规律，从地质、水文、工程、气候多维度剖析边坡失稳的内在作用机制，结合极限平衡法与有限元数值模拟技术，引入典型动态工况边界条件，搭建适配多场景的边坡稳定性定量分析模型，完成模型精度与适用性核验。研究能够精准揭示边坡失稳诱因与演化规律，可为水利枢纽边坡风险研判、稳定性管控、专项防护治理提供科学的理论支撑与技术参考，助力水利工程长期安全稳定服役。

关键词：水利枢纽；岩土质边坡；稳定性分析；数值模拟；极限平衡；边坡防护

引言

我国西南山区水资源丰富，是高坝水利枢纽工程的核心建设区域，区域地形起伏大、岩土体交错分布、地质构造发育复杂，边坡整体稳定性较差。水利工程施工开挖、库区蓄水调度、长期自然侵蚀等多重作用持续改变边坡原始应力与渗流状态，极易诱发滑移、坍塌等地质灾害，严重影响工程建设质量与运行安全。开展边坡稳定性专项分析，构建科学完善的研判模型与防护体系，能够有效规避边坡安全风险，提升水利枢纽工程防灾减灾能力，对推动山区水利工程高质量建设具有重要现实意义。

一、水利枢纽边坡稳定性研究背景与研究范围

（一）山区水利枢纽边坡失稳工程痛点

山区水利枢纽工程边坡普遍存在地质条件复杂、结构稳定性弱、外界敏感度高的特点，相较于平原地区均质边坡，岩土质混合边坡界面粘结性能差、抗变形能力弱，在工程扰动与自然环境影响下极易发生失稳破坏。长期工程实践表明，多数山区水利工程在施工期或运行期均会出现不同程度的边坡变形、表层脱落、局部滑移等问题，不仅增加工程治理成本，还会干扰枢纽正常调度运行，严重时引发重大安全事故，制约山区水利工程安全长效发展[1]。

（二）本次研究明确对象与适用范围

本文研究对象锁定西南地区高坝水利枢纽岩土质混合边坡，此类边坡由上部覆盖土层与下部风化岩体共同组成，岩土交界面为天然薄弱滑移带，是山区水利边坡失稳问题的集中高发区域。研究范畴涵盖枢纽施工建设期开挖边坡、库区蓄水运行期岸坡、泄水建筑物进出口边坡等核心工程边坡，全面覆盖工程建设与运营全周期工况，聚焦复杂地质与动态水文环境下的边坡稳定性演化规律。

（三）边坡稳定性研究的现实意义

水利枢纽属于重大民生基建工程，服役周期长、安全等级要求高，边坡稳定性是保障整体工程结构安全与运行效能的基础前提。系统开展边坡稳定性分析研究，精准识别边坡薄弱区域与失稳风险，能够提前制定针对性防控与防护方案，有效降低地质灾害发生概率，规避工程安全隐患与经济损失。同时可完善山区水利边坡分析技术体系，为同类工程设计、施工、运维提供借鉴，推动水利边坡工程管控标准化、精细化发展，切实提升山区水利工程建设的安全性与可靠性[2]。

二、水利枢纽边坡失稳的核心影响因素识别

（一）地质构造对边坡稳定性的基础影响

地质构造与岩土体力学特性是决定边坡稳定性的内在核心因素，区域断层、节理裂隙、软弱夹层等不良地质结构，会直接割裂岩土体的整体性，降低结构抗剪强度与承载能力。岩土质混合边坡岩土界面力学性质差异显著，结构面粘结强度偏低，天然存在滑移隐患，会直接改变边坡原始应力场分布，在外力扰动下极易出现应力集中，诱发边坡变形破坏，是边坡失稳的根本诱因。

（二）水文条件对边坡渗流场的扰动作用

水文条件是诱发边坡失稳的关键外部因素，降雨入渗与库区水位波动会持续改变边坡内部渗流场分布状态。水体渗入岩土体内部后，会软化软弱结构面、降低岩土有效应力与抗剪强度，同时产生渗透压力，加剧岩土体裂隙扩张与变形滑移。干湿循环的持续作用会反复破坏岩土体结构完整性，逐步累积变形隐患，大幅提升边坡失稳破坏风险。

（三）工程扰动与气候侵蚀的叠加影响

工程施工开挖、坡面堆载、枢纽蓄水调度等人工扰动，会打破边坡原始应力平衡，形成临空自由面，加速裂隙发育拓展，为水体入渗提供便捷通道。同时区域长期温差风化、雨水冲刷等气候侵蚀作用，会持续剥蚀边坡表层岩土结构，弱化边坡整体稳定性。多重因素叠加耦合，会持续恶化边坡力学状态，逐步诱发边坡滑移、垮塌等灾害，是边坡失稳的重要诱因，也是工程边坡防护需要重点把控的核心风险点[3]。

三、多工况下边坡稳定性定量分析模型构建

（一）组合分析方法整体构建思路

为兼顾边坡整体稳定性判定与细部变形机理分析，本次研究采用极限平衡法与有限元数值模拟相结合的组合分析模式。依托极限平衡理论完成边坡整体安全状态的定量计算，快速判定边坡整体稳定等级；通过有限元数值模拟精细化还原边坡内部应力分布、应变规律与渗流特性，精准定位局部薄弱变形区域，两种方法互补融合，有效弥补单一分析方法的局限性，保障分析结果全面可靠。

（二）动态工况边界条件科学引入

结合水利枢纽边坡实际运行环境，将降雨持续入渗、库水位动态波动两类典型动态工况作为模型核心可变边界条件，摒弃传统静态单一工况的分析模式。充分还原自然降雨、汛期蓄水、水位升降调节等真实工程场景，模拟多工况耦合作用下边坡应力场、渗流场的动态演化过程，实现复杂环境下边坡稳定性的动态研判，贴合工程实际运行状态。

（三）模型演算与精度适用性验证

依托工程勘察实测岩土力学参数、地质剖面数据搭建数值分析模型，精细化划分网格并还原软弱夹层、风化带等关键结构，完成多工况下边坡安全系数演算与变形规律分析。结合工程现场长期监测的位移、渗流实测数据，对比校核模型演算结果，校正模型参数与边界条件，完成模型精度验证，确保所构建模型能够精准适配西南山区高坝边坡工程，可长期用于边坡稳定性预测与风险评估工作，具备良好的工程推广价值。

结语

综上所述，西南地区高坝水利枢纽岩土质混合边坡受复杂地质、动态水文、工程扰动与自然侵蚀多重因素耦合影响，失稳风险突出，严重制约工程安全运行。本文明确研究对象与工程研究价值，系统识别各类影响因素对边坡应力与渗流状态的作用机制，构建多工况耦合的边坡稳定性组合分析模型，实现边坡稳定性的动态定量研判。通过精准分析边坡失稳机理与风险规律，能够为边坡支护加固、排水防渗、动态监测等防护措施的制定提供科学依据，有效提升水利枢纽边坡安全管控水平，保障山区水利枢纽工程全周期安全、稳定、高效运行，为同类水利边坡工程的安全治理与优化设计提供参考思路。

参考文献

[1] 杨造仁. 玉龙喀什水利枢纽工程 P1 石料场开挖高边坡稳定性分析 [J]. 东北水利水电，2023, 41 (2): 57-59.

[2] 吕赫，杨瑞刚，史海燕. 大藤峡水利枢纽工程下游引航道内边坡稳定性分析 [J]. 东北水利水电，2022, 40 (8): 43-45+72.

[3] 黄秋香，汪家林. 某水利枢纽工程泄洪排砂洞进口边坡稳定性监测分析 [J]. 防灾减灾工程学报，2005, (4): 401-405.

...