庫水位漲落對某庫岸堆積體滑坡穩定性研究

(1.長江科學院 科研基地(沌口)管理辦公室，湖北 武漢 430010；2.湖北省水利水電科學研究院，湖北 武漢430070)

1 研究背景

長江南岸湖北省巴東縣新城某堆積體滑坡，平面呈蝶狀向北展布，屬巨型巖土混合滑坡。歷史上，該滑坡前緣臨江一帶曾多次發生不同規模的塌岸和滑坡。近年來，滑坡區發生了多起淺表層或局部滑坡，給當地人民生命財產構成威脅或帶來損失。

三峽水庫蓄水以來，由于防洪需要，庫水位在175～145 m范圍內變動。庫水位的抬升和周期性漲落，改變了岸坡原有的水-巖作用環境與條件，成為誘發水庫滑坡地質災害的主要影響因素。

本文根據已有地質勘查資料和前人相關研究成果，建立Ⅰ號崩滑堆積體滑坡的地質概化模型，根據滑坡的穩定現狀對滑帶力學參數進行了分析論證。據此對175 m水位、175 m水位消落至145 m水位以及疊加地震等工況的滑坡穩定性作出分析和評價。

2 滑坡基本地質特征

Ⅰ號崩滑堆積體滑坡后緣高程在290～250 m，前緣直抵長江，高程90～70 m。堆積體南北向最大長度770 m，東西寬450～500 m，面積 32.50萬m2。崩滑體平均厚度為 69.40 m，一般為60～80 m，前緣薄，中上部厚，最大厚度為95.27 m，最小厚度為31.66 m。

堆積體物質成分以塊石土為主，次為碎石夾(含)粘性土，碎石土呈透鏡體狀分布，三類土的體積比約為6∶3∶1。塊石土塊徑一般60～200 cm，部分300～500 cm，極少數大于500 cm。塊石與塊石間多夾(含)有碎石、碎石土，土石比1∶9～2∶8。塊石土累計厚度一般為40～60 m，多分布于135 m高程以上地帶。碎石夾(含)土，土石比2∶8～3∶7，碎石多呈棱角狀至次棱角狀，極少數呈次圓狀。黏性土一般為砂質粉土、粉質粘土。該層主要分布于135 m高程以下地帶，累計厚度35～70 m。碎石土與土石比約為6∶4～8∶2，呈透鏡體狀分布于塊石、碎石層中。碎石直徑一般為2～5 cm，少數為10～15 cm，多呈次棱角狀，接近基巖面的碎石多具弱至中風化特征，少數強風化。土體以粉質粘土為主，呈可塑—硬塑狀態。單層厚度 0.1～1.0 m，少數 5.0～10.0 m。崩滑體物質來源為巴東組第三段，堆積體中塊石為灰色灰巖或淺灰色泥巖[1]。

3 滑坡變形特征及地下水位監測分析

堆積體滑坡布置有5個傾斜儀監測孔。滑坡體前緣中部測孔因堆積體與基巖接觸面位移過大而使測斜管破壞，滑動帶埋深為 63.5～64.5 m，為基巖界面，最大A向累計位移 55.54 mm。滑坡體中部測孔測得滑動帶埋深為78～79.5 m，為基巖界面，最大A向累計位移 21.63 mm。滑坡體中部兩個測孔分別測得滑動帶埋深為 69.5～70 m和78～79.5 m，為基巖界面，最大A向累計位移分別為40.34 mm和42.39 mm。滑坡體中后緣西側測孔測得滑動帶埋深為44～46 m，為基巖界面，最大A向累計位移59.6 mm。

堆積體區域布置GPS衛星定位監測點9個， 4個位于滑坡體前部， 4個位于中部，1個位于后部，測得最大累計位移量為164 mm。滑坡體布設有3個地下水位長觀孔。后緣孔水位變化與長江水位無直接聯系，與降雨量有一定關系。在連續降雨及持續干旱期時，孔內水位表現為漸升或緩降，滯后期較長。中部孔地下水主要接受江水及后緣滑坡孔隙裂隙水的補給，地下水位略高于長江水位，水位上漲略有滯后。前緣孔內地下水接受江水的側向補給，孔內水位與長江水位變化基本同步。

4 滑帶力學參數論證

在分析滑坡變形監測數據的基礎上，選取典型剖面建立滑坡的地質概化模型，根據滑坡的穩定現狀采用極限平衡法對滑帶力學參數進行敏感性分析，通過對滑帶力學參數的不同組合，研究不同參數取值情況下滑坡的安全系數，并對其參數的合理取值予以論證。

采用極限平衡法對Ⅰ號崩滑堆積體基巖面力學參數進行了15組參數敏感性分析，φ，c值分別在19°～21°和25～29 kPa之間變動，不同工況下滑坡安全系數相應在0.998～1.119之間變化。當φ，c值分別取為20°和26 kPa時，不同工況下Ⅰ號崩滑堆積體安全系數在1.048～1.056之間，接近臨界狀態，與Ⅰ號崩滑堆積體目前的穩定現狀較為符合，故下面的分析中，按此參數對Ⅰ號崩滑堆積體基巖面進行計算分析。

5 滑坡穩定性研究

5.1 計算模型及參數取值

采用有限差分法、有限元法和極限平衡法，研究對庫水漲落對堆積體滑坡的穩定性的影響。其中，有限差分法采用美國Itasca咨詢公司開發的FLAC2D程序，有限元法采用加拿大多倫多大學開發的Phase2程序，極限平衡法采用M-P法。

邊坡整體安全系數的數值計算采用強度儲備安全系數法，以變形開始不收斂時的安全系數為邊坡安全系數[2-5]。根據現場巖石力學試驗得到邊坡各類巖層材料的物理力學參數，計算模型中所涉及的邊坡各類巖層材料參數采用值見表1，計算模型見圖1。滑坡體內的地下水滲流場極其復雜，采用數值模擬很難與實際相符，進行滑坡穩定性分析時依據實測地下水位資料進行分析，不同水位條件下滑坡地下水位線見圖2。

表1 邊坡物理力學參數采用值

圖1 Ⅰ號崩滑堆積體滑坡數值計算模型

圖2 Ⅰ號崩滑堆積體滑坡地下水位線示意

5.2 計算工況

根據三峽水庫不同的蓄水運行工況，考慮了如下工況： ①工況1，135 m水位； ②工況2，156 m水位(滑坡前緣長江水位為154 m)； ③工況3，175 m水位；④工況4，175 m水位快速降落至145 m水位；⑤工況5，175 m水位快速降落至145 m水位，疊加地震工況(按Ⅶ度地震烈度，水平峰值加速度為0.1g)。

5.3 堆積體滑坡穩定性分析

對應于各計算工況滑坡安全系數計算結果如圖3所示。圖4～5為滑坡極限破壞時的剪應變率等色區圖；圖6～7為滑坡極限狀態下的位移矢量圖。

圖3 不同計算方法滑坡安全系數對比

圖4 滑坡極限破壞時的剪應變率(有限元法)

圖5 滑坡極限破壞時的剪應變率(有限差分法)

圖6 滑坡極限狀態位移矢量(蓄水工況)

圖7 滑坡極限狀態位移矢量(水位驟降工況)

當水位從135 m抬升到175 m時，兩種數值方法計算的結果均顯示,Ⅰ號崩滑堆積體安全系數有所增加，其中有限元結果安全系數由1.03增加到1.10，有限差分法的結果安全系數由1.02增加到1.05。兩種方法結果較為接近,且均反映出Ⅰ號崩滑堆積體安全系數隨水位上升而有所增加這一規律。

考慮水位從175 m快速降落至145 m時，有限元和有限差分法得到的安全系數分別由1.10降到0.99，1.05降到1.03，安全系數降低幅度在2%～10%；疊加地震作用后，安全系數則降為 0.89和 0.95，安全系數降低幅度在8%～10%之間。計算結果表明，隨著庫水位的抬升，Ⅰ號崩滑堆積體安全系數有所增加；在庫水位從175 m降落至145 m水位時，安全系數有所減小；此時若疊加地震等因素，安全系數將進一步降低。

從多種方案計算的最大剪應變率等色區可以看出，滑坡的最大剪應變率等色區均發生在滑帶部位，并貫穿整條滑帶。從滑坡極限狀態的位移矢量圖可以看出，滑坡處于臨界失穩狀態時滑帶及其上部滑體部位的巖土體產生了很大的變形，整體位移趨勢向下并朝坡外, 滑移方向基本上平行于滑面，在滑帶與下部基巖部位出現明顯的不連續特征。

水庫蓄水至135，156 m和175 m時，滑體前緣坡體受水的浮托力作用，有整體朝上的位移趨勢，同時還有朝坡外變形的趨勢。滑體向上的位移一般為 2.0～3.0 cm，水平朝坡外的位移分量在2.0～3.5 cm之間。隨水位抬升，滑體向上位移有增大的趨勢。

175 m水位快速降落至145 m水位時，坡前145 m以下坡體有朝坡外的位移趨勢，水平向位移量值約 0.4～1.0 cm；145 m以上的坡體變形趨勢向下略朝坡外，鉛直向位移量值一般為 0.3～1.8 cm。疊加地震荷載后邊坡變形基本以平行滑面指向坡外為主，由于該工況下邊坡安全系數已經小于1，計算得出的位移場僅代表滑坡的位移趨勢，其具體數值意義不大，故不再敘述。

6 結 論

Ⅰ號崩滑堆積體是一個以基巖順層滑移為主的巨型滑坡。監測成果表明，三峽水庫蓄水是導致滑坡深部變形啟動及發展的主要原因。

鑒于滑帶物質組成及結構復雜，力學參數具有高度的非均勻性、空間變異性，其力學參數取值采用反演分析方法獲得。采用剛體極限平衡法、有限元、有限差分法3種不同計算方法得到的滑坡安全系數值均較為接近，起到了相互驗證的作用，也反映出一些規律性的結論。

Ⅰ號崩滑堆積體在水位從135 m抬升到175 m過程中，安全系數有所增加，不同方法計算結果均反映出這一規律。水位從175 m快速降落至145 m時，安全系數有所降低，降幅在2%～10%之間；疊加地震作用后，安全系數進一步降低，降幅在8%～10%之間，此時滑坡安全系數已經小于1，邊坡已經失穩，建議要采取有效的工程治理措施。

參考文獻:

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