三峽庫區水庫塌岸對滑坡穩定性影響分析

郭 振 王 剛 王世梅

(1.三峽大學土木與建筑學院，湖北 宜昌 443002； 2.遼寧工程勘察設計院，遼寧 錦州 121000)

三峽庫區水庫塌岸對滑坡穩定性影響分析

郭 振1王 剛2王世梅1*

(1.三峽大學土木與建筑學院，湖北 宜昌 443002； 2.遼寧工程勘察設計院，遼寧 錦州 121000)

介紹了三峽庫區三種塌岸位置分布情形，并運用岸坡結構法預測了滑坡塌岸范圍，最后通過Slope/w軟件，計算分析了三個典型滑坡塌岸前、后的穩定性，定量評價了三種典型塌岸位置分布對滑坡穩定性的影響。

三峽水庫，塌岸，滑坡，穩定性

0 引言

根據有關資料統計分析，三峽庫區現已查證涉水滑坡達2 000余處[1]。庫水周期性升降，庫岸自然條件發生顯著變化，造成侵蝕基準面和地下水位的抬高[2]。各類松散堆積體和軟巖組成的庫岸，在受到庫水浸泡軟化、風浪沖擊侵蝕和干濕循環的長期作用下，岸坡消落帶普遍呈現不同程度的塌岸現象，可能誘發滑坡失穩。

國內學者對三峽庫區滑坡受降雨和庫水作用做了大量研究[3,4]，缺少塌岸對滑坡穩定性的影響研究，并且在滑坡地質評價中往往忽略塌岸對滑坡穩定性的影響，在滑坡穩定性數值模擬分析中亦沒有考慮塌岸對滑坡穩定性的影響。為此，針對三峽庫區典型涉水滑坡進行塌岸調查和分析，在此基礎上將塌岸范圍與滑坡下滑段及阻滑段的相對位置進行分類；針對不同塌岸位置，分析和討論塌岸對滑坡穩定性的影響；利用Slope/w軟件對三個典型滑坡塌岸前、后的穩定性進行計算和分析，定量評價了三種典型塌岸位置分布對滑坡穩定性的影響。研究成果對正確評價三峽水庫塌岸對滑坡長期穩定性影響具有較好的借鑒意義。

1 三峽庫區滑坡塌岸發育分布特征

由三峽庫區滑坡發育階段及演化模式[5,6]分析可知：滑坡滑體分為阻滑段和下滑段兩部分，滑坡滑面后緣傾角較陡而前緣傾角平緩甚至反傾，滑動力主要來源于滑坡后緣，而抗滑力主要依靠滑坡前緣。

通過野外地質調查，三峽庫區塌岸與滑坡阻滑段及下滑段的相對位置關系有3類：塌岸范圍位于滑坡阻滑段，如圖1所示；塌岸范圍位于阻滑段和下滑段之間，如圖2所示；塌岸范圍位于滑坡下滑段，如圖3所示。

2 塌岸位置對滑坡穩定性影響分析

為了便于研究塌岸對滑坡穩定性的影響，在極限平衡法[7,8]

基礎上對滑體做以下簡化和假定：1)將滑體分為條塊ABD和條塊CBD，由計算可知：點D是下滑段和阻滑段交界，即滑動面的傾角為內摩擦角φ；2)假定滑體粘聚力和內摩擦角為定值?；w進行受力分析如圖4所示。

由圖4可知：作用在滑體上的抗滑力Ti和下滑力Ri分別為：

Ti=Nitanφ+cli；

Ri=Wisinθi。

故滑體穩定性系數：

其中，W1，W2分別為塊體CBD和ABD的重量;θ1，θ2分別為下滑段滑面傾角和阻滑段滑面傾角；φ為滑體的內摩擦角；c為滑體粘聚力。

通過計算Fs，Fs1可知：Fs

通過計算Fs，Fs2可知：Fs>Fs2，即塌岸在滑坡阻滑段時穩定性系數增大。

3)當塌岸范圍涉及滑坡下滑段和阻滑段時，根據1)和2)可知，若塌岸位于下滑段使得滑坡穩定性增加值小于塌岸位于阻滑段使得滑坡穩定性減小值，滑坡整體穩定性增加；若塌岸位于下滑段使得滑坡穩定性增加值大于塌岸位于阻滑段使得滑坡穩定性減小值，滑坡整體穩定性減?。蝗羲段挥谙禄问沟没路€定性增加值等于塌岸位于阻滑段使得滑坡穩定性減小值，滑坡整體穩定性不變。

3 三種塌岸位置典型滑坡塌岸范圍預測

為了定量研究三種塌岸位置對滑坡穩定性的影響，首先針對三種塌岸位置選取典型滑坡，并進行塌岸預測。本節介紹山區河道型塌岸預測方法——岸坡結構法，并應用該方法對三峽庫區白家包滑坡、八字門滑坡及蓮花陀2號滑坡進行塌岸預測。

3.1 塌岸預測方法

水庫塌岸預測理論起源于前蘇聯-卡丘金法和佐洛塔廖夫法[9-13]，在此基礎上，國內學者許強針對山區河道型水庫邊岸提出了岸坡結構法。具體步驟[14]為：1)以死水位A為起點，以不同物質的水下堆積坡角η1，…，ηn為傾角依次作線，與設計低水位線相交于點B結束；2)以B點為起點，以不同物質的沖磨蝕坡角α1，…，αn依次作線，與設計高水位線相交于點C結束；3)C點為起點，以不同物質的水上穩定坡角β1，…，βn為傾角依次作線，與岸坡地形線相交于點D結束。則由依次連接A，L，B，M，C，N，E成折線為塌岸預測線，見圖5。

3.2 典型滑坡塌岸范圍預測

根據三種塌岸位置分別選取與之對應的滑坡：1)塌岸位于滑坡下滑段選取蓮花陀2號滑坡；2)塌岸位于滑坡阻滑段選取白家包滑坡；3)塌岸位于滑坡下滑段與阻滑段之間選取八字門滑坡。根據白家包滑坡、八字門滑坡及蓮花陀2號滑坡地質主剖面圖，采用岸坡結構法進行塌岸預測，其中塌岸預測參數由野外調查統計并參考有關研究[15]得出香溪河庫岸段塌岸后的穩定坡角如表1所示，白家包滑坡、八字門滑坡及蓮花陀2號滑坡塌岸預測圖見圖6～圖8。

表1 香溪河庫岸段塌岸后穩定坡角 (°)

4 三種塌岸位置典型滑坡穩定性受塌岸影響評價

4.1 計算方法及參數

1)計算方法。

本文采用巖土工程有限元分析軟件Geo-Studio中的Slope/w模塊進行滑坡穩定性計算，其計算原理為極限平衡法，包括Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法等，其中Morgenstern-Price法可對任意曲線形狀的滑裂面進行分析，既滿足力平衡又滿足力矩平衡條，是國際公認的最嚴密的邊坡穩定性分析方法[16]，這里采用Morgenstern-Price法進行典型滑坡的穩定性計算。

2)計算參數。

選取白家包滑坡、八字門滑坡及蓮花陀2號滑坡塌岸前后地質剖面圖建立相應的計算模型，見圖6～圖8。

根據《白家包滑坡地質勘查報告》《八字門滑坡地質勘查報告》《蓮花陀2號滑坡分析報告》及三峽庫區滑坡滑帶土抗剪強度參數統計規律[17]綜合確定，見表2～表4。

表2 白家包滑坡體計算參數表

表3 八字門滑坡體計算參數表

表4 蓮花陀2號滑坡體計算參數表

4.2 計算結果與分析

三個典型滑坡塌岸前后的穩定性計算結果列于表5。由表5分析可知，白家包滑坡塌岸前穩定性系數為1.04，滑坡處于基本穩定狀態，塌岸后穩定性系數為0.985 1，滑坡處于失穩狀態，塌岸前后滑坡穩定性系數降低了5%，表明塌岸位于滑坡阻滑段時，塌岸會使滑坡穩定性降低，對滑坡穩定性不利。蓮花陀2號滑坡塌岸前穩定性系數為1.086，滑坡處于基本穩定狀態，塌岸后穩定性系數為1.112，滑坡處于基本穩定狀態，塌岸前后滑坡穩定性系數增加了2.4%，表明塌岸位于滑坡下滑段時，塌岸會使滑坡穩定性增大，對滑坡穩定性有利。八字門滑坡塌岸前穩定性系數為1.026，滑坡處于基本穩定狀態，塌岸后穩定性系數為1.031，滑坡處于基本穩定狀態，塌岸前后滑坡穩定性系數增加了0.5%，表明塌岸位于滑坡下滑段和阻滑段時，塌岸位于下滑段使得滑坡穩定性增加值小于塌岸位于阻滑段使得滑坡穩定性減小值，滑坡整體穩定性增加。

表5 滑坡塌岸前后穩定性變化

5 結語

1)塌岸在滑坡上的位置分布三種情況：塌岸位于滑坡阻滑段，塌岸位于滑坡下滑段，塌岸位于滑坡阻滑段和下滑段之間。塌岸范圍位于滑坡阻滑段時，塌岸使滑坡穩定性降低；塌岸范圍位于滑坡下滑段時，塌岸使滑坡穩定性增大；塌岸范圍位于滑坡下滑段和阻滑段之間時，塌岸對滑坡穩定性要具體分析。

2)白家包滑坡塌岸發生在滑坡阻滑段，八字門滑坡塌岸涉及滑坡阻滑段和下滑段，蓮花陀2號滑坡塌岸發生在滑坡下滑段。

3)通過塌岸預測及數值模擬計算，白家包滑坡前緣塌岸會使滑坡整體穩定性降低了5%，對滑坡穩定性不利；八字門滑坡塌岸會使滑坡整體穩定性增加0.5%，對滑坡穩定性有利；蓮花陀2號滑坡塌岸會使滑坡整體穩定性增加2.4%，對滑坡穩定性有利。

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Analysis of landslide stability of the Three Gorges Reservoir bank collapse

Guo Zhen1Wang Gang2Wang Shimei1*

(1.CollegeofCivilEngineering&Architecture，ChinaThreeGorgesUniv.，Yichang443002，China； 2.InstituteofEngineeringInvestigation&DesignofLiaoningProvince，Jinzhou121000，China)

According to the distribution of the three bank collapse position, predict the scale of bank collapse by using bank structure method. Then, the Slope/w module of Geo-Studio numerical simulation method is used to calculate the stability of the typical landslide to quantitatively evaluate the impact of bank collapse on landslide stability.

Three Gorges Reservoir, bank collapse, landslide, stability

1009-6825(2017)03-0044-03

2016-11-14

郭 振(1990- )，男，在讀碩士

王世梅(1965- )，女，博士生導師，教授

P642.21

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