输电铁塔滑坡渗流稳定性及地震动响应:以姜资500 kV铁塔滑坡为例

吴昊; 田述军; 卜祥航; 黄栋; 刘跃洋

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2503561

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (16) :6761-6771 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2503561

天文学、地球科学

输电铁塔滑坡渗流稳定性及地震动响应:以姜资500 kV铁塔滑坡为例

吴昊 ¹^,² ,
田述军 ¹ ,
卜祥航 ³ ,
黄栋 ²^,^* ,
刘跃洋 ²

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Stability and Seismic Response of Transmission Tower Landslide Seepage: Jiangzi 500 kV Iron Tower

WU Hao ¹^,² ,
TIAN Shu-jun ¹ ,
BU Xiang-hang ³ ,
HUANG Dong ²^,^* ,
LIU Yue-yang ²

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摘要

“西电东送”的能源工程得以大力实施,输电铁塔不可避免地修建在陡峭山坡地带,这类山坡的稳定性直接关系着输电线路的安全运行。以姜资500 kV某铁塔滑坡为例,基于有限元数值模拟的方法,分别建立铁塔滑坡渗流稳定性及动力响应分析模型,研究姜资500 kV铁塔滑坡在短时强降雨和持续性中雨条件下滑坡变形的差异,并进一步分析地震动对铁塔滑坡的动力响应。结果表明:降雨是诱发姜资500 kV铁塔滑坡的主要因素,在雨水渗透作用下,滑坡将沿着潜在滑动面发生滑移,但滑坡后缘位移较小,坡体整体仍处于稳定状态,对输电铁塔的正常运行并未产生较大威胁。长时间久雨作用下,滑坡体内孔隙水压力和渗透速度大幅度增加,导致土体抗剪强度降低、下滑力增加而使坡体变形更剧烈。地震作用下,塔-坡动力响应特征表现为随着高度的上升,加速度放大倍数逐渐增大;且随地震加速度的增大,地震惯性力突破坡体抗剪强度阈值,引发坡体-塔基系统失稳滑动,导线柔性约束与滑动过程产生动力耦合效应,最终导致塔腿失稳破坏。

Abstract

The energy project of “West-to-East Power Transmission” has been vigorously implemented. Transmission towers are inevitably built on steep slopes, and the stability of such slopes is directly related to the safe operation of transmission lines. Taking the landslide of a 500 kV tower in Jiangzi as an example, based on the finite element numerical simulation method, the seepage stability and dynamic response analysis models of the tower landslide were established respectively to study the differences in landslide deformation of the 500 kV tower landslide in Jiangzi under short-term heavy rainfall and continuous moderate rainfall conditions, and the dynamic response of ground motion to the tower landslide was further analyzed. The research results show that rainfall is the main factor inducing the landslide of Jiangzi 500 kV tower. Under the infiltration of rainwater, the landslide will slide along the potential sliding surface, but the displacement at the rear edge of the landslide is small, and the overall slope body remains in a stable state, posing no significant threat to the normal operation of the transmission increase significantly, resulting in a decrease in the shear strength of the soil and an increase in the sliding force, which makes the slope deformation more severe. Under the action of earthquakes, the dynamic response characteristics of the tower and slope are manifested as the acceleration amplification factor gradually increasing with the increase of height. Moreover, with the increase of seismic acceleration, the seismic inertial force breaks through the shear strength threshold of the slope, triggering the instability and sliding of the slope-tower base system. The flexible constraint of the conductor and the sliding process generate a dynamic coupling effect, eventually leading to the instability and failure of the tower legs.

Graphical abstract

关键词

铁塔滑坡 / 渗流稳定性 / 动力响应 / 破坏模式

Key words

tower landslide / seepage stability / dynamic response / destruction mode

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吴昊, 田述军, 卜祥航, 黄栋, 刘跃洋. 输电铁塔滑坡渗流稳定性及地震动响应:以姜资500 kV铁塔滑坡为例[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(16): 6761-6771 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2503561

WU Hao, TIAN Shu-jun, BU Xiang-hang, HUANG Dong, LIU Yue-yang. Stability and Seismic Response of Transmission Tower Landslide Seepage: Jiangzi 500 kV Iron Tower[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(16): 6761-6771 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2503561

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输电铁塔的安全是保证电力供给的关键一环,具有高耸、柔性、大跨度、跨越地形绵延起伏及扩展面广等特点,一旦发生倒塌,将导致下一处铁塔接连倒塌,造成严重的经济损失。近年来,全球范围内频繁记录到降雨以及地震灾害对电力输送系统造成的严重破坏案例^[1-3]。2008年“5·12”汶川大地震及其次生灾害,造成1 800余条线路遭受不同程度的破坏,电网直接经济损失超过120亿元;2013年“4·20”芦山地震及其次生灾害造成宝兴、芦山、天全三县电力网全部中断,489条输电线路严重受损或停运^[4-5]。2017年九寨沟7.0面波震级地震,造成周边区域近2 000户居民失去电力供应^[6]。2022年“9·5”泸定地震及其次生灾害造成5座 110 kV 变电站、4座35 kV变电站全停,500 kV石绵变电站三台主变全部漏油。2021 年,云南省昭通市镇雄县境内突发的肖家村高位滑坡,因强降雨诱发山体失稳滑动,直接导致220 kV甘徐输电线路某基铁塔倒毁,造成经济损失超500万元^[7]。国家电网电力科学研究中心调查表明,2019—2022年,全国范围内受地质灾害影响的输电铁塔总数达到4 120座,其中因滑坡灾害引发的隐患占比高达33%,输电通道地质灾害的致灾因子包括降水入渗、地震扰动、岩溶塌陷、坡体开挖卸荷、积雪消融等。其中,地震和降雨入渗诱发的铁塔滑移失稳事故比例高达73.8%^[8]。因此,进一步明确输电铁塔滑坡的致灾机理与演化规律是确保输电通道安全运行、提高电网应对地质灾害韧性能力的基础。

目前,探索滑坡灾害对输电铁塔安全影响,中外的研究者们已经取得了部分研究成果。肖洪伟等^[9]和陈峰等^[10]探讨了滑坡发生机制和其对输电铁塔施力特征。张衡等^[11]针对输电线路工程地基的特殊性,推导了滑坡边缘与铁塔基础间安全水平距离的计算公式,为输电塔选址设计提供了重要参考。邬卓恒^[12]则通过深入分析,揭示了输电塔在滑坡灾害作用下的位移和应力分布规律,为评估铁塔结构安全提供了宝贵数据。Tian等^[13]利用ABAQUS软件,综合考虑了输电线的非线性特性和边界条件,研究了输电塔线体系在空间变化基础激励下的动态响应,为输电塔线体系的抗震设计提供了新思路。田利^[14]聚焦于地震激励作用下塔-线耦联系统的动力响应特征,通过建立多维度地震动输入条件下的动态耦合效应解析模型。Ahmed等^[15]探讨了在考虑螺栓可能发生滑移的条件下,当输电塔基础发生形变时,其安全性特征如何随之变化。陈先勇^[16]分析了震后滑坡等灾害对输电铁塔基础选址的潜在影响评估了输电铁塔基础的抗变形能力及地表变形对其安全性的影响。然而,现有研究多局限于单一致灾因子的分析框架^[17-22],缺乏对降雨与地震耦合作用下的系统性研究,难以真实反映西南山区频发的“强震+强降雨”复合灾害场景。尤其在对滑坡-基础-铁塔协同变形机制、不同工况耦合动力响应以及灾害链演化过程的机理揭示方面尚存明显空白。

针对上述不足,以雅安市名山区姜资500 kV铁塔滑坡为研究对象,创新性地耦合考虑降雨入渗与地震动双重驱动因素,通过现场调查结合数值模拟的方法,研究两种西南地区典型降雨类型(短时强降雨与持续性中雨)和铁塔荷载大小等因素对浅层牵引型滑坡变形的影响;基于此进一步分析三种地震烈度(0.1g、0.2g、0.4g)下塔-坡系统的加速度放大效应、位移响应及破坏模式(g为重力加速度)。解决了在降雨和地震灾害作用下,铁塔基础与滑坡体协同变形的动力响应机制不清的关键技术问题。为西南山区电网线路工程规划、运行维护及灾害防治工作提供理论依据和技术支撑。

1 姜资500 kV铁塔滑坡

1.1 研究区地质环境条件

姜资500 kV铁塔滑坡位于雅安市名山区蔡家沟,滑坡南侧距离名山区直线距离约9 km,位于成渝环线高速和国道G318之间,交通条件较好,如图1所示。滑坡区地形地貌受蒙顶山背斜、总岗山背斜及夹名山向斜控制,地形总体趋势为西端高,向东逐次降低。滑坡区地下水位主要依赖大气降水垂直入渗补给,年均降水量达1 542.63 mm,其中6—7月为主汛期,该时段降水量占全年降水总量的60%以上。滑坡主要由第四系全新统素填土(${Q}_{4}^{ml}$),残坡积粉质黏土(${Q}_{4}^{el+dl}$)和第三系下中统名山群泥岩(K₂g)组成。

1.2 滑坡特征

姜资500 kV铁塔滑坡宽约80 m,纵长60~100 m,面积约为4.8×10³m²。以坡脚水沟为界,水沟侧壁开裂、鼓胀现象明显;滑坡中部调查发现数条明显的拉张裂缝,裂缝宽10~50 cm,走向约170°,与等高线斜交;滑坡后缘圈椅轮廓明显,后缘错落高度约为30 cm,如图2所示。

姜资500 kV某铁塔滑坡地貌特征表现为前部坡度较大,中后部坡度较小。滑坡体物质组成以第四系全新统素填土为主,夹有粉土状黏土及砂泥岩互层。素填土主要分布在滑坡前端区域,由黏土夹40%碎石组成,呈松散堆积状。

2 模型建立及工况设计

2.1 模型构建

姜资500 kV铁塔滑坡渗流稳定性及地震动响应分析通过ABAQUS有限元分析软件进行。根据姜资500 kV 铁塔滑坡的勘察资料,建立有限元分析三维模型,如图3所示。模型采用200 m×200 m×50 m的三维地形,对于输电塔模型,选择受该灾害点影响的塔体进行分析,该塔体类型为转角塔,其总高度为51.9 m,呼称高度为36.4 m,塔脚的根开为14.74 m。输电塔的基础采用的是桩基础,基础的截面直径为1.8 m,总高度为12 m,而基础地面露出的高度介于15~30 cm。

依据滑坡地质剖面,基于 ABAQUS软件构建了该区域的边坡简化模型(图4)。根据勘察资料,地层岩性设置为粉质黏土、素填土和泥岩。边坡几何尺寸为120 m×40 m,采用四结点双线性平面应变四边形单元(CPE4)。降雨条件下滑坡渗流场的变化满足式(1)^[23]。

(1)$\begin{array}{c}\frac{\partial}{\partial x}\left[k_{x}\left(h_{\mathrm{w}}\right) \frac{\partial h_{\mathrm{w}}}{\partial y}\right]+\frac{\partial}{\partial y}\left[k_{y}\left(h_{\mathrm{w}}\right) \frac{\partial h_{\mathrm{w}}}{\partial y}\right]+ \\\frac{\partial}{\partial z}\left[k_{z}\left(h_{\mathrm{w}}\right)\left(\frac{\partial}{\partial z}+1\right)\right]=B \frac{\partial h_{\mathrm{w}}}{\partial t}\end{array}$

式(1)中:h_w为吸力水头;k_u(h_w)为水头h_w下u方向的渗透系数(u表示x、y、z方向);t为时间;B为土壤容水度。

在模拟计算过程中,针对降雨,模型底部设置为不透水边界,将模型地下水位线上部设为零流量边界,水位以下设为给定水头边界。针对地震,模型底部和四周都设置黏弹性边界,以减少地震波的反射。土体本构模型选用莫尔-库伦模型,该准则能够较好地反映土体在地震荷载下的非线性变形特性,且在工程实践中应用广泛、参数易于获取。

模型中输电塔基础和岩土体采用六节点线性三角形棱柱单元(C3D6),划分为190 809个单元,82 180个结点。模型内部设置7个监测点,用来监测动力响应特征。如图5所示,A、B、C、D 4个点沿竖向分布。A点为塔顶,高程为796.9 m;B点为塔腿,高程为751.6 m;C点为坡顶,高程为746.5 m;D点为坡底监测点,高程为695 m。E、F、G为水平方向的3个监测点,3个点距左侧边界的水平距离分别为46.3、87.5、136.9 m。

2.2 参数选取

试验用土取自四川省雅安市名山区姜资500 kV铁塔滑坡的后缘。通过6个钻孔试样对滑坡体土层及岩层的物理力学性质进行测试,其基本性质如表1所示(输入材料为均匀连续介质)。按照《土的工程分类标准》(GB/T 50145—2007)的规定,可将滑体土划分为低液限土。基于滑体土的工程性质及颗粒组成特征,通过RETC软件计算得出该土壤的参数α和n分别为0.182和0.583,Van Genuchten模型^[24]拟合参数m和l分别为3.41和0.63,基质吸力测试范围为0.1~1 000 kPa,滑坡土-水特征曲线如图6所示。塔材选用等边角钢,角钢规格最大为L140 mm×10 mm,最小为L60 mm×4 mm,钢材型号为Q235。

2.3 工况设计

针对铁塔滑坡渗流稳定性,依据名山区气象降雨强度分级规范(表2)及近年的降雨观测数据,近期持续暴雨的天数通常不超过3 d,因此将短时强降雨的持续时间设定为3 d,同时将滑坡灾害前发生单次大暴雨的日降雨量90 mm/d且持续3 d的降雨过程定义为暴雨工况;根据2024年滑坡期间降雨监测记录,连续降雨过程周期约为20 d,因此将持续性中雨设定为20 d降雨过程。经统计,该时段平均单日降水量为24.8 mm(属于中雨等级),故定义单日降水量24.8 mm且持续20 d的降雨过程为久雨工况。

外附荷载是触发滑坡灾害的关键因素。滑坡发生的根本原因在于坡体承受的剪应力与正应力超过岩土体抗剪强度,导致坡体沿潜在滑动面滑动。依据《110 kV~750 kV架空输电线路设计规范》(GB 50545—2010), 采用自重500 kN的典型铁塔结构作为降雨条件下铁塔基础的外附载荷。

针对铁塔滑坡地震动响应,根据研究区域的抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第三组,设计地震基本加速度为0.10g,特征周期为0.3 s,对应多遇地震情况,场地类型为Ⅱ类。为研究地震峰值加速度对输电塔滑坡动力响应的影响,依次向模型施加加速度峰值为0.1g、0.2g和0.4g的地震激励,分别对应8度多遇地震、8度基本地震和8度罕遇地震三种烈度等级。

根据《建筑抗震设计标准》(GB/T 50011—2010)的反应谱,从太平洋地震工程研究中心(PEER)强震数据库中选取3条实际地震记录作为输入地震波,分别为Imperial Valley-06地震(1979年)的El Centro Array #10台站记录、Loma Prieta地震(1989年)的Gilroy Array #3台站记录,以及Northridge地震(1994年)的Sylmar Converter Station台站记录。所选地震波的基本信息与动力特性如表3所示,其原始记录的加速度反应谱与目标规范反应谱具有良好的匹配度。

地震动以X向作为模型中地震作用的主方向, 沿X、Y、Z向加速度峰值之比为1∶0.8∶0.6。通过对所选原始记录进行基线校正与幅值调幅,使其满足不同工况的峰值加速度要求。其中,加速度峰值为0.1g的X向加速度时程曲线及傅里叶谱如图7所示。上述地震波信息的补充确保了输入条件的明确性与结果的可重复性。

综上所述,为查明姜资500 kV铁塔滑坡在不同降雨类型下渗流及稳定性的差异,采用数值模拟法^[25-26]分析在两种典型降雨类型下姜资500 kV铁塔滑坡的稳定性、渗流及变形特征,而后进一步分析8度多遇、8度基本、8度罕遇三种地震烈度下的铁塔滑坡地震动响应。

3 铁塔滑坡降雨稳定性

3.1 渗流及变形模拟结果分析

根据地质勘查报告,该滑坡的初始地下水位线位于滑动面以下6~12 m处。在无雨工况下,大部分岩土体表现为非饱和状态且孔隙水压力为负,孔隙水压力在地下水位线处由负值过渡为正值。

由图8可知,不同降雨工况下滑坡体的地下水水位线无明显变化,这是由于地下水位距滑体有较远距离,导致降雨对地下水位并无显著影响。但两种工况下随降雨的持续,浅层土体逐渐饱和,坡体表面孔隙水压力逐渐升高,坡体内基质吸力逐步减弱,孔隙水压力呈现出由表及里逐渐增大的趋势。与之对应的是,坡体孔隙水压力等值线呈现先降低后升高的封闭分布特征。同时,图9为不同工况坡体内部流速矢量图,可以看出,在无雨工况下,坡体内部渗流流速较小且分布均匀,而在久雨和暴雨工况下,渗透流速明显变大且集中分布在坡体表层附近。此外,相较于久雨工况,暴雨工况下的坡体表面渗透流速更大,最大值为0.15 m/s,且在坡顶坡脚最大渗透流速分布更集中。

为深入研究输电铁塔滑坡对不同降雨类型的孔隙水压力及渗透流速的变化,在滑坡的滑面位置分别布设监测点Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,具体位置如图10所示。对两种降雨工况下三个滑面监测点的孔隙水压力变化值和渗透流速随时间的变化进行模拟分析,结果如图11所示。

如图11所示,不同降雨条件下各监测点孔隙水压力变化呈现显著差异。暴雨工况中,监测点Ⅰ孔隙水压力在初始阶段呈快速上升趋势,当达到21 kPa 阈值后增速趋于平缓;监测点Ⅱ、Ⅲ压力值变化幅度则表现出持续加速增长特征,至第72小时分别累积至49 kPa与62 kPa。在久雨条件下,监测点Ⅰ孔隙水压力变化值仍保持显著上升趋势,最终累积至36 kPa;监测点Ⅱ呈现渐进式上升过程;相较之下,监测点Ⅲ压力增长最为缓慢,最终达到57 kPa量级。

地质结构差异是导致上述现象的主要诱因:①滑坡后缘区域主要由渗透系数较小的粉质黏土碎石土构成,加之该区域堆积层厚度较中部显著减薄,这种地质组合使其在降雨入渗过程中更易形成压力积聚,特别是久雨条件下后缘区水力梯度显著高于暴雨工况;②占滑坡主体结构的含碎石粉质黏土层本身具有弱透水性,配合中部区域较大的堆积体厚度,形成天然的水力阻隔层,有效延缓了后缘地下水的径流排泄,致使中部孔隙水压力动态变化相对平缓。值得注意的是,降雨历时差异通过改变水分入渗总量和渗流路径饱和度,进一步强化了不同工况下的孔隙水压力响应特征。此外,从总体曲线变化上看,久雨条件下,坡体内部孔隙水压力和渗透流速都有阶跃型特征;而暴雨条件下,其内部孔隙水压力及渗透流速则呈现持续性的增长特征,符合降雨入渗的动力学机制差异。

由数值模拟中提取的3个监测点处的累计位移值可知(表4),无雨工况下的滑坡几乎没有位移变化,而久雨工况下的各监测点位移均大于暴雨工况,滑坡从后缘至前缘位移逐渐增大,呈现出推移式变形特点。结合数值模拟结果和现场调查数据可知,在久雨作用下滑坡水平位移显著增大,且大变形集中在滑坡前缘,滑坡后缘变形较小,模拟结果与现场调查结果一致。因此,长时间中雨是诱发姜资500 kV铁塔滑坡变形的主要原因,这与实际现场调查结果基本一致,如图2所示。

3.2 坡体稳定性模拟结果分析

为分析两种降雨工况对姜资500 kV铁塔坡体稳定性的影响,将短时强降雨和持续性中雨后的应力场与渗流场作为初始条件,使用强度折减法评估在两种不同降雨类型过程中坡体的稳定性。

图12(a)为暴雨工况下滑坡坡脚位移与折减系数的关系曲线。如果以强度折减过程中位移突变或塑性区贯通时的折减系数作为滑坡稳定性系数,暴雨条件下,随着降雨的持续,滑坡稳定性系数曲线由急到缓,这表明降雨初期在雨水渗透作用下,浅层土体趋于饱和的速度快,导致抗剪强度也迅速降低,因此降雨初期稳定性系数下降快。图12(b)展示了久雨工况下坡脚位移与折减系数的关联曲线。久雨工况下稳定性变化仍表现出降雨前期稳定性系数下降速度快,随后下降速度逐渐减小的特征;但与暴雨工况不同的变化特点的是随着降雨的持续,稳定性系数处的位移并未逐渐趋于平缓,而是逐渐增大,直到位移达到临界点在坡脚处发生剪出破坏,如图13所示。这种差异主要源于不同降雨模式下渗流场与应力场的耦合效应差异,中雨工况下较低强度的持续降雨使得水分以基质吸力消散为主导模式向土体深部渗透,形成渐进式饱和区扩展。

数值模拟结果表明,当降雨历时超过48 h后,坡体内部孔隙水压力累积速率较初期提升27%,导致抗剪强度参数呈现非线性衰减特征。进一步分析表明,浅层土体在反复湿润-收缩作用下产生累进性裂隙网络,使得位移发展速率与折减系数间的相关性较暴雨工况提高1.8倍。由此可推断,姜资500 kV铁塔滑坡在2024年7月长时间久雨作用下滑坡前缘发生了推移式破坏,但滑坡后缘位移较小,且坡体稳定性仍处于基本稳定状态(1.09),对输电塔的正常运行并未产生较大威胁。

4 铁塔滑坡地震动响应

4.1 不同地震波加速度下的铁塔滑坡动力响应

图14展示了三种不同地震波加速度峰值(0.1g、0.2g、0.4g)下,4个竖向监测点A、B、C、D的加速度时程曲线。坡体底部各位置的加速度时程曲线与输入地震波的加速度时程曲线基本保持一致。在输电铁塔滑坡体系内部,从坡底到塔顶,各部位所受的加速度逐渐增大, 如图15(a)、图15(b)所示,这进一步表明,从坡底到塔顶,各部位所受的地震力逐渐增大,其中输电铁塔塔顶受地震力影响最为显著。这是由于地震波在传播过程中,会因地表土层和建筑物结构的特性而发生变化。当波从较硬的基岩传入较软的土层时,频率较低的波会被放大,导致地表加速度增大。同时,输电铁塔的高耸、柔性特征,加大了地震动放大效应。

图15(c)展示了动力作用下输电铁塔滑坡体系的位移云图。可以看出,在地震力作用下,坡体的位移主要呈现为四周向中间递减。随着地震波加速度的增大,坡体内部的位移也显著增大。这表明地震力导致坡体内部的应力重新分布,最终可能导致滑坡失稳。输电铁塔的位移主要表现为自下而上的增大,塔顶的位移最大。在输入地震波加速度为0.4g时,输电铁塔塔顶的位移达到了51.46 m,接近塔高(51.9 m),此时输电铁塔已经倒塌。这表明输电铁塔在地震作用下,塔脚局部容易发生破坏,带动输电塔倾覆。

4.2 地震动放大效应分析

对比A~G 7个监测点所受加速度的放大系数(图16),在三种不同地震波加速度下,从坡底至塔顶A、B、C、D 4个监测点所受加速度放大系数呈现递增的趋势,但坡底和坡顶的加速度放大系数明显小于塔腿和塔脚的加速度放大系数,表明输电铁塔滑坡体系在受到地震力作用时,不仅会出现滑坡放大效应,且地震波在传播到输电铁塔上时,滑坡放大效应会更明显。但同一高程下的E、F、G 3个监测点加速度并未产生较大变化,说明在地震力作用下,同一高程处所受加速度基本一致。此外,输入不同大小地震波加速度,对于滑坡的坡顶和坡底来说加速度放大倍数基本一致;但是对于输电铁塔来说,塔脚加加速度并未产生较大变化,塔顶的加速度放大倍数在输入的地震波加速度达到0.2g后,有明显提升,之后又处于稳定状态。表明输电铁塔由于非线性结构行为,当地震加速度>0.2g,该输电塔进入非线性阶段,导致刚度降低、阻尼增加,从而放大加速度响应。

数值分析结果表明,输电铁塔滑坡体系沿坡向滑动的原因主要在于地震产生的地面加速度会施加惯性力到滑坡上,同时滑坡上的岩土体在地震作用下发生振动,导致内部应力重新分布,最后使得惯性力超过坡体的抗剪强度时,滑坡带动输电塔基础滑动,同时由于导线对输电塔上部的限制作用,最终导致输电塔塔腿发生倒塌。

5 结论

以姜资500 kV某铁塔滑坡为研究对象,通过现场调查与数值模拟相结合的方法,系统揭示了降雨与地震作用下浅层牵引型滑坡的变形机制及其对输电铁塔稳定性的影响,得出如下主要结论。

(1)降雨是引发姜资500 kV铁塔滑坡的主要因素,姜资500 kV铁塔滑坡在天然条件下处于稳定状态,受降雨影响滑坡会沿着潜在滑面发生推移式变形,且滑坡后缘位移较小,坡体仍处于基本稳定状态(稳定性系数1.09),对输电铁塔的正常运行并未产生较大威胁。

(2)针对两种西南山区典型降雨类型对滑坡变形的影响进行了深入研究,结果表明,长时间中雨对滑坡变形的影响更为显著。虽然短时强降雨的降雨量大,但持续时间短,对滑坡的渗透作用有限,导致土体饱和区小,因此滑坡的变形较小;而在持续性中雨作用下,雨水有更多时间渗透到滑坡的深层土壤和岩层中,滑坡前缘孔隙水压力和渗透速度显著增加,导致土体抗剪强度降低,下滑力增加,从而使前缘变形剧烈,并呈现明显的推移式变形。

(3)地震作用下,加速度放大倍数随高程增大而增大,最大加速度通常出现在塔顶;铁塔上的加速度放大效应相较于坡体内部更显著。坡体位移主要表现为沿坡向的位移,且位移随输入地震波加速度的增大而增大。此外,地震诱发输电铁塔失稳的原因在于地震惯性力超出坡体抗剪强度阈值,触发坡体失稳滑动并牵引塔基位移,与导线对塔体的柔性约束效应形成耦合作用,导致塔腿失稳破坏。

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原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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