降雨和庫水位下降聯合作用下某滑坡穩定性分析★

冀承蕾　 魏云杰　 吳瑞安　 許有俊　 馮 超　 張 棟

(1.內蒙古科技大學建筑與土木工程學院，內蒙古 包頭　014010；2.中國地質環境監測院，北京　100081；　3.中國地質科學院研究生部，北京　100037)

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降雨和庫水位下降聯合作用下某滑坡穩定性分析★

冀承蕾1魏云杰2*吳瑞安3許有俊1馮 超1張 棟1

(1.內蒙古科技大學建筑與土木工程學院，內蒙古 包頭014010；2.中國地質環境監測院，北京100081；3.中國地質科學院研究生部，北京100037)

摘要：以三峽庫區秭歸縣樹坪滑坡為例，分析了滑坡的位移監測數據，采用有限元軟件Geo-studio中的SEEP/W模塊，研究了不同工況下滑坡體內地下水滲流場的變化過程，探討了不同降雨強度對滑坡穩定性的影響，有助于制定出適宜該滑坡的治理方案。

關鍵詞：三峽庫區，滑坡，水位，穩定性

大量的滑坡案例表明，降雨與庫水位漲落是誘發庫岸滑坡復活變形的重要因素[1-3]。有研究表明，長江中上游地區發生在雨季的滑坡數量占全年滑坡總數的87%以上[4,5]。降雨使滑坡體的抗滑強度大幅度下降，降低了滑坡體的穩定性。在滑坡的穩定性分析方面，前人已經做了大量的工作，如分析庫水位變化和降雨聯合作用下斜坡的穩定性；研究不同庫水位及降雨強度下滑坡體中的浸潤線[7,8]；對庫水位漲落與降雨聯合作用下滑坡地下水動力場進行分析研究等。

三峽水庫正常運行以后，庫岸很多古滑坡在庫水的周期性漲落和庫區較大強度的降雨下發生了復活[10，11]，產生了較大的變形，給人民的生命財產安全和長江航道的正常運行帶來了很大的威脅。因此非常有必要對降雨及庫水位漲落作用下庫岸滑坡的穩定性進行研究。

1樹坪滑坡工程地質概況及變形特征分析

1.1滑坡工程地質概況

樹坪滑坡發育于湖北省宜昌市秭歸縣長江右岸的沙鎮溪鎮樹坪村一組，距離三峽大壩約47 km處。該滑坡屬古崩滑堆積體，滑坡位于長江南岸向北傾斜的逆向斜坡上，前緣直抵長江，滑坡體地形總體呈南高北低、陡緩相間。滑體南北縱長800 m，東西寬約700 m，面積約55×104m2，滑體厚10 m～70 m，總體積達2 750×104m3。

1.2滑坡變形特征分析

2003年6月開始對樹坪滑坡進行專業監測，根據湖北省地質環境監測總站《湖北省三峽庫區后續地質災害秭歸縣樹坪滑坡勘察報告》中的監測數據可知(見圖1)，自2003年6月三峽水庫蓄水以來，樹坪滑坡主滑區變形有隨著庫水位下降而明顯加快的趨勢。由此可見，庫水位漲落特別是庫水位下降對滑坡穩定性影響顯著。

2降雨和庫水位下降聯合作用下樹坪滑坡穩定性分析

2.1計算工況

通過分析可知，庫水位上升對滑坡變形影響不大，滑坡變形量在庫水位下降過程中明顯增加。故在分析庫水位變化和降雨聯合作用對滑坡穩定性影響時，選擇在庫水位下降過程開始時疊加短時暴雨和長時小雨等不同情況進行討論。通過對秭歸縣近50年來降雨資料進行數理統計分析，確定50年一遇和10年一遇暴雨的降雨量分別為164.51 mm/d和122.56 mm/d。具體模擬工況見表1。

2.2計算參數的確定

根據勘察報告試驗成果，結合三峽庫區相似堆積層滑坡巖土體參數，采用工程地質類比法和地質分析法初步擬定了巖土體物理力學參數以及水力學參數，具體見表2。

2.3滑坡穩定性分析

在SEEP/W程序中模擬得到不同工況滲流場的基礎上，考慮滑坡自重及滑坡前緣受到的庫水壓力作用，采用Morgenstern-Price極限平衡法分析庫水位變化與疊加不同降雨強度時滑坡的穩定性變化。水庫運行一年時滑坡穩定性系數變化和工況一、二、三滑坡穩定性系數隨時間變化分別如圖2，圖3所示。

從圖2可以看出，滑坡的穩定性變化與庫水位升降變化相關性顯著。具體來說，在庫水位下降初始階段，由于庫水還在向坡內補給，對滑坡的影響相對較小，此時滑坡穩定性變化不大；隨著庫水位的繼續下降，由于滑體滲透性較差，滑坡內的地下水位下降速度滯后于庫水位，使得滑坡內外產生水頭差而形成了指向滑坡外的滲透壓力，在這一不利滲透力的作用下，滑坡體穩定性急劇下降，滑坡穩定性系數由175 m時的1.057穩定狀態降至145 m時1.004的不穩定狀態；在145 m穩定水位運營的初始幾天，滑坡體內的庫水繼續排出，滑坡的穩定性略有下降；而當滑坡內的水位幾乎與145 m庫水位線平齊時，水頭差消失，滑體僅受庫水的浮托力作用，此時滑坡穩定性略有升高；在145 m升至175 m的過程中，庫水位上升速率較大，而滑體滲透能力有限，庫水向滑體“倒灌”，對滑坡下部施加了一個指向滑坡內的滲透壓力，對滑坡穩定性有利，滑坡穩定性也不斷提高；當庫水位升至175 m開始穩定運營后，庫水繼續向坡內滲入，滑坡穩定性系數繼續小幅增加；隨著穩定在175 m高程，此時滑坡體內外水壓力平衡，而滑坡受到的浮托力更大，其穩定性略有降低。

通過計算庫水下降階段疊加不同強度降雨時的穩定性系數(見圖3)可以發現，在庫水位下降階段，疊加30 d的10 mm/d小雨時，隨著雨水不斷入滲，滑體自重增加，巖土體力學強度降低，滑坡穩定性不斷降低；在庫水下降開始疊加3 d的10年一遇的降雨和50年一遇的降雨，降雨量過大來不及入滲，會在淺表層形成

暫態飽和區，此時滑坡體有很大的孔隙水壓力，隨著降雨的不斷滲入，滑體基質吸力迅速下降并喪失，滑坡穩定性急劇下降，處于不穩定狀態。相比前述疊加30 d小雨的工況，在庫水下降階段疊加3 d暴雨時滑坡穩定性下降更迅速，穩定性系數也更小，滑坡也更易復活變形，而且降雨強度越大，對滑坡穩定性越不利。

3結語

1)集中降雨及庫水位周期性波動是誘發滑坡復活變形重要因素。一方面，隨著庫水位的下降，滑坡內的地下水向水庫排出，由于滑體滲透性較差，滑坡內地下水位下降速度滯后于庫水位，從而使得滑坡內外產生水頭差而形成了指向滑坡外的滲透壓力，在這一不利滲透力的作用下，滑坡穩定性急劇下降。另一方面，長時間小雨和短時間暴雨會增加滑坡體的自重和下滑力，大量的水富集于易滑軟層，軟化滑帶土，降低滑坡體抗滑強度，使滑坡體變形加劇。

2)相比庫水位下降疊加30 d小雨的工況，庫水位下降疊加3 d暴雨時滑坡穩定性下降更快，而且降雨強度越大，滑坡穩定性系數越小，滑坡也更易復活變形。

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[11]朱大鵬.三峽庫區典型堆積層滑坡復活機理及變形預測研究.北京：中國地質大學，2010.

Analysis of landslide stability under rainfall and drawdown of reservoir water level★

Ji Chenglei1Wei Yunjie2*Wu Rui’an3Xu Youjun1Feng Chao1Zhang Dong1

(1.TheSchoolofArchitectureandCivilEngineering，InnerMongoliaUniversityofScience&Technology，Baotou014010,China;2.ChinaInstituteofGeologicalEnvironmentMonitoring，Beijing100081,China;3.GraduateSchoolofChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China)

Key words:Three Gorges Reservoir, landslide, water level, stability

Abstract:In this paper, Shuping landslide is chosen as a research subject in Zigui county of Three Gorges Reservoir. Based on the displacement monitoring data， the finite element software Geo-studio is used to simulate the seepage field of Shuping landslide under different conditions， and the effect of different rainfall intensity to landslide stability is discussed, so as to enhance the treatment scheme for the landslide.

文章編號：1009-6825(2016)14-0041-02

收稿日期：2016-03-04★:國家自然科學基金(項目編號：41172254)

作者簡介：冀承蕾(1989- )，男，在讀碩士；吳瑞安(1991- )，男，在讀博士；許有俊(1979- )，男，博士，副教授；

通訊作者：魏云杰(1973- )，男，博士，教授級高級工程師

中圖分類號：P642.22

文獻標識碼：A

·巖土工程·地基基礎·

馮超(1988- )，男，在讀碩士；張棟(1992- )，男，在讀碩士