不同庫水位條件下堆積層滑坡滲流場和穩定系數的影響分析

武秀文　賀可強　崔憲麗　羅會來　郭棟

摘要：庫水位的變化將導致邊坡體內滲流場的變化，進而引起邊坡的失穩破壞。邊坡體內的滲流場是飽和與非飽和共同作用的結果。本文分不同的工況對坡體內地下水位的位置變化以及滲流場類型進行分析，揭示在庫水位上升過程中坡體滲透性的變化規律。研究結果表明，不同的飽和滲透系數在相同的庫水位上升速率下的邊坡，其滲流場類型不同，在庫水位上升過程中，坡體某一點的滲透性呈先增大后減小，最后趨于穩定的規律。

關鍵詞：滲流場；岸坡；穩定系數

1 引言

在水庫邊坡失穩的過程中，水是一個至關重要的外在因素，而邊坡滲透系數又是一個影響邊坡穩定性的內在因素。水對邊坡穩定性的影響主要包括兩個方面[1]：一是邊坡巖土體發生機械的、物理的和化學的相互作用，使巖土體性質劣化，從而影響巖土介質的變形和破壞。二是巖土體間發生力學方面的相互作用，不斷改變雙方的力學狀態和特性。從巖土力學的角度來看，水對巖土體的力學作用主要表現為動水壓力和靜水壓力，在非飽和土中還存在著基質吸力。因此水是誘發邊坡失穩的主要的因素之一。而同時水庫水位變化又和滲透系數共同影響著邊坡的穩定性，應視坡體滲流場類型而定[2]。本文以三峽庫區八字門滑坡為背景，研究不同滲透性及庫水位變化條件下滑坡體地下水位線的變化規律以及坡體飽和非飽和區滲透系數的變化規律，為進一步分析研究穩定性系數動力演化規律提供依據。

2 典型滑坡的選取

3. 計算模型

3.1飽和與非飽和滲流理論

隨著庫水位的漲落，滑坡體中的地下水位也隨之發生變化，滑坡浸潤線以上坡體處于非飽和狀態，浸潤線以下坡體處于飽和狀態，處于庫水位的升降變化范圍內的坡體處于飽和與非飽和的交替狀態[4]。

3.2 滲流計算模型及工況的選取

由于研究的目的是為了揭示庫水位上升及不同滲透性對邊坡穩定性系數對邊坡滲流場的影響規律，所以本文設計了如下兩種研究方案：

3.3 計算結果及分析

3.3.1 初始地下水位線的確定

3.3.2 庫水位上升時地下水位線模擬

3.3.4 在庫水位上升過程中坡體滲透性的變化

4. 結論

本文運用Geostudio數值模擬軟件，以三峽庫區八字門滑坡為原型，研究庫岸滑坡飽和非飽和區地下水位線在庫水位上升下降過程中的變動規律，分析了在飽和非飽和交替過程中，坡體不同部位的滲透系數變化規律。基于本文算例，得到如下結論：

（1）庫水位上升時邊坡滲流場是飽和滲流與非飽和滲流共同作用的結果。在坡體飽和與非飽和交替的過程中，坡體滲透性的變化是及其復雜的。

（2）從水位上升過程中地下水位線的變化來看，當庫水位上升時。坡體滲透系數大時，地下水位線抬升基本上和庫水位是同步的。而當坡體滲透系數小于庫水位的上升速率時，地下水位線的上升則明顯滯后于庫水位的上升。地下水位線向坡體內彎曲。

（3）文章最后選取兩個監測點進行研究，認為坡體在庫水位上升過程中，滲透系數有先減小后增大，最后趨于穩定的規律。

參考文獻

[1]劉紅巖，秦四清.庫水位上升條件下邊坡滲流場模擬[J].工程地質學報.2007（6）797-801

[2]賀可強,陽吉寶,王思敬.堆積層滑坡位移動力學理論及其應用--三峽庫區典型堆積層滑坡例析[M].北京:科學出版社.

[3]王榮魯,賀可強等，長江三峽區八字門滑坡穩定性分析與評價[J]，青島理工大學學報，2007，7

[4]鄭曉晶，殷坤龍.基于飽和滲流的水庫庫岸滑坡穩定性計算[J].水文地質工程地質.2007（2）：29-32

[5]Fredlund D G,Rahardjo H.非飽和土力學[M].陳仲頤（譯）.北京：中國建筑工業出版社，1997.

基金項目：國家自然科學基金項目(No.40672182；40872184);中國水利水電科學研究院開放基金項目 (IWHRKF201019);高等學校博士學科點專項科研基金(20113721110002) 三峽庫區地質災害教育部重點實驗室開放基金項目“三峽庫區堆積層滑坡位移矢量角失穩判據研究”（項目編號：2008KDZ04）；山東省自然基金項目“深基坑邊坡位移矢量角對變形控制設計及位移失穩預測的意義研究”（項目編號：BS2009HZ018）；山東省自然科學基金項目“降雨作用下堆積層滑坡變形破壞機理與失穩判據研究”（項目編號：ZR2011DL002）。

作者簡介：

武秀文（1984- ），女，河北張家口人。青島理工大學研究生，從事巖土與環境問題的研究。