三峽庫區典型滑坡的穩定分析及預測研究

吳 勇 曹 霧 彭曉濤

(1.三峽大學土木與建筑學院，湖北 宜昌 443000； 2.東北巖土工程勘察總公司，遼寧 鞍山 114000)

三峽庫區典型滑坡的穩定分析及預測研究

吳 勇1曹 霧1彭曉濤2

(1.三峽大學土木與建筑學院，湖北 宜昌 443000； 2.東北巖土工程勘察總公司，遼寧 鞍山 114000)

以三峽庫區某典型滑坡為例，介紹了滑坡基本特征，結合Morgenstern-Prince法對滑坡進行了穩定性計算，分別計算出各個監測點水平位移17種預測模型的5年預測數據，分析了預測數據變化趨勢和滑坡變形趨勢。

滑坡，穩定分析，預測

1 滑坡基本特征

1.1 地理位置

該典型滑坡位于開縣東河左岸岸坡上，行政區劃屬重慶市開縣豐樂鎮。地理位置東經107°55′05″～108°53′36″，北緯30°50′04″～31°41′31″。

1.2 滑坡邊界、形態和規模

滑坡邊界清楚，前至東河，后緣以陡壁下出現的大量張裂縫為界，滑坡右側以觀音巖下的自然沖溝為界，左側巖質陡崖下部為界。滑坡體剪出口為東河東側的鄉村公路。滑坡體平面呈長條形，主滑方向238°；剖面形態呈直線形，局部有坎。

滑坡體前臨東河，前緣高程150 m，后緣高程340 m，滑體長1 200 m，寬約400 m，厚5 m～23.15 m，平均厚度17 m左右，其中北東側(上部)厚度較大。滑坡總面積44.4萬m2，總體積754.8萬m3。坡度10°～20°，前緣距東河約為140 m，東河河漫灘較平緩，坡角3°左右。滑體上發育二級平臺，主平臺長250 m，寬

200 m，高程310 m。

2 滑坡二維穩定性分析

2.1 滑坡滲流計算

1)網格劃分。

基于有限元商業軟件GEO-SLOPE，采用四邊形單元對滑坡的主縱剖面進行有限元網格劃分。該模型的節點數為7 519，單元數為7 323，網格圖見圖1。

2)計算參數選取。

根據課題組前期所得巖土體物理力學參數建議值，通過反演滑體凝聚力和摩擦角,結合庫區類似滑坡參考值，綜合確定了該滑坡計算參數。該滑坡計算參數見表1。

表1 計算參數表

3)計算工況及荷載組合確定。

計算工況及荷載組合具體見表2。

表2 計算工況及荷載組合

4)計算結果。

采用飽和—非飽和非恒定滲流理論計算滑坡在各工況下的地下水位(如圖2所示)和孔隙水壓力的變化。

2.2 滑坡穩定系數計算

在上節滑坡滲流計算的基礎上，用Morgenstern-Prince法對滑坡進行穩定性計算，各工況下的穩定性系數見表3。

表3 計算工況及穩定系數表

2.3 滑坡穩定性評價

在175 m下降至145 m過程的初始時刻，分別疊加3 d不同強度的降雨。在庫水向外滲流的動水壓力及降雨的作用下，坡體穩定系數均顯現不同幅度的下降，從初始時刻的1.113下降到1.097左右。在3 d不同強度降雨作用下，降雨強度的變化對穩定性系數影響較小。

在162 m下降至145 m過程的初始時刻，分別疊加3 d不同強度的降雨。在庫水向外滲流的動水壓力及降雨的作用下，坡體穩定系數均顯現不同幅度的下降，從初始時刻的1.164下降到1.16左右，而且雨強越大，下降的幅度越大。

在145 m上升至175 m過程中，疊加50年一遇3 d暴雨，坡體穩定系數隨著庫水位上升略有下降，從145 m的1.597下降到175 m的1.33左右。50年一遇3 d暴雨會使穩定系數有一定幅度的下降，但其影響較小。

工況3為滑坡最危險工況，在該工況條件下，滑坡的穩定系數最小值為1.096，滑坡處于基本穩定狀態。

3 滑坡監測數據分析及預測

3.1 監測內容和方法

該滑坡體上共布設3個GPS監測點KX01-01，KX01-02，KX01-03，同時在滑坡外圍穩定基巖處布設2個GPS基準點；同時布設滑坡深部位移監測孔3個、滑坡推力監測孔3個，地下水位監測孔3個。

自2007年4月截止到2012年4月，開展了多期專業監測。常規每月監測一次，汛期的時候根據需要不定期監測。各GPS監測點累計水平位移—時間曲線見圖3。

3.2 滑坡預測方法及理論

1)采用的理論。基于滑坡現場監測資料，對其進行數值擬合，現行流行的13種模型為：尖點突變模型、協同分岔模型、灰色GM(1，1)模型、優化GM(1，1)模型、新陳代謝GM(1，1)模型、非等時距GM(1，1)模型(基于等時距原理)、弱化灰色模型、Verhulst模型、Verhulst反函數模型、Pearl生長模型、泊松回旋法、曲線回歸分析模型、指數平滑法。本課題組盧應發教授研究提出了4種模型：比例法則速度法、比例法則加速度法、比例法則加加速度法及比例法則位移法。總共17種數值擬合法。對于這些模型具體的理論在此不加贅述。

2)分析方法。運用上述17種方法，本課題組基于MATLAB開發了滑坡預測預報軟件2.0，可以采用不同時距段進行變形分析，從而獲得相對應的變形及變形速率，變形預測分析流程見圖4。

3.3 滑坡監測數據預測的實現

根據3個監測點2007年～2012年實測累計水平位移數據，利用課題組開發的滑坡預測軟件，采用上述17種模型進行預測分析。得出每個監測點各個模型未來5年的預測位移，加速度和加加速度等數據和圖片。選取擬合程度較好，適合該滑坡的幾種模型的預測位移值作參考。KX01-01，KX01-02和KX01-03點的預測分析圖分別如圖5～圖7所示。

3.4 滑坡監測數據預測分析

1)由滑坡表面位移監測點KX01-01，KX01-02和KX01-03的實測位移數據可以看出，這3個監測點數據基本呈振蕩上升型曲線。此種曲線是因為滑坡在變形發展過程中，受非周期性外界因素(如降雨、庫水位、人工活動)的影響，表現出一定的波伏起伏的振蕩特性，有時振幅還很大，但很快又恢復常態。各監測點在2007年～2008年產生較大的變形，之后基本處于等速變形。

2)利用17種數學模型對3個監測點未來5年變形進行預測。由提取的每個點的擬合度較好的模型預測數據可知，3個點變形均呈現上升趨勢，但是變形不大，變形速率不斷降低。從每個點大多數模型計算的預測加速度來看，基本趨于零。由此可知，3個監測點未來變形將趨于穩定。

4 結語

1)結合地質等資料獲知該滑坡體后緣在1985年年初開始出現拉裂縫并伴有輕微的變形，處于蠕滑階段。根據斜坡結構，滑體物質組成及現有房屋及地面變形特征，結合專業監測成果綜合分析，滑體目前處于基本穩定狀態。

2)根據滑坡二維穩定性數值模擬結果可知，滑坡在庫水位變化和降雨條件下的最不利為工況3，此時滑坡的穩定系數最小值為1.096，滑坡處于基本穩定狀態。

3)由滑坡監測數據分析及預測可知各監測點未來變形將趨于穩定，滑坡整體趨于基本穩定狀態。

由以上綜合分析，推定該典型滑坡處于基本穩定狀態，且在短期內發生失穩滑塌的可能性很低。鑒于該滑坡隨著時間的推移，在降雨及庫水作用下，位移將繼續發生累計增加，建議加強觀測，并運用上述各種分析方法進行實時計算分析，從而預測各點的位移、變形速率、每天降雨量和庫水位升降速率，結合氣象及水庫水位變化，實時進行預警預報。

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The stability analysis and prediction researchon typical landslide in Three Gorges reservoir area

WU Yong1CAO Wu1PENG Xiao-tao2

(1.CivilEngineeringandArchitectureCollege,ThreeGorgesUniversity,Yichang443000,China;2.NortheastGeotechnicalEngineeringInvestigationCorporation,Anshan114000,China)

Taking a typical landslide in Three Gorges reservoir area as an example, this paper introduced the basic characteristics of landslide, combining with Morgenstern-Prince method made stability calculation to landslide, respectively calculated 5 years forecast data of 17 kinds of forecasting model of each monitoring point horizontal displacement, analyzed the prediction data change trend and landslide deformation trend.

landslide, stability analysis, prediction

2014-07-19

吳 勇(1988- )，男，在讀碩士； 曹 霧(1989- )，男，在讀碩士； 彭曉濤(1985- )，男，助理工程師

1009-6825(2014)27-0070-03

TU413.62

A