緩地形阻滑段滑坡對三峽水庫水位日降幅的響應特征分析

楊 帆

(四川省地質礦產勘查開發局成都水文地質工程地質中心，四川 成都 610000)

三峽工程水庫自2003年汛后蓄水以來，由于控制了消落期庫水位下降速率(0.6 m/d)，10余年來2 600多處涉水崩塌滑坡僅有6處(0.23%)大規模崩滑入江，另外591處滑坡均以小規模變形為主，近年來滑坡變形數量和程度出現了減少減弱的趨勢。但是嚴格控制庫水下降速率在一定程度上限制了三峽工程綜合效益的發揮。鑒于此，是否可以增大三峽水庫消落期庫水位下降控制速率(擬提高至0.8～1.2 m/d)，以提高防洪發電效益成為了目前亟待研究解決且備受關注的重大問題。

受三峽庫區庫岸再造效應，大量涉水滑坡前緣阻滑段地形逐漸平緩，對庫水位升降相應特征出現改變。本文在通過詳細的現場調查，結合收集往期滑坡勘察設計資料，綜合分析評價三峽庫區麻地灣滑坡在非汛期水庫增加水位下降速率條件下的穩定性，綜合分析論證增加庫水位下降速率的可行性。

1 麻地灣滑坡基本概況

1.1 麻地灣滑坡地質概況

麻地灣滑坡區位于重慶市萬州區溪口鄉，滑坡區域距離三峽大壩約309.90 km。斜坡所處地貌類型屬侵蝕堆積低山丘陵地貌，斜坡傾向333°，長約680 m，平均坡度為15°。該坡結構為斜向坡，局部上覆較厚的第四系沖積、滑坡堆積、崩滑堆積等成因的碎塊石土，下伏侏羅系中統新田溝組(J2χ)砂巖、泥質砂巖，巖層產狀333°∠17°。斜坡所處構造部位為萬州復向斜南東冀，其上堆積了較厚的松散堆積物。滑坡平面形態呈舌形，縱長680 m，橫寬330 m，平均厚度20 m，面積22.4 m2，體積4 484 m3，為土質滑坡，主滑方向305°(圖1)，受原始地形及庫岸再造效應影響，滑坡涉水段地形較為寬緩。

居民在斜坡上分散居住，主要表現為在坡體上修路建房、農田種值和開挖坡腳等。此外，三峽水庫蓄水、降雨等將對斜坡產生一定的影響。

1.2 滑坡變形情況

2004年7—8月，滑體重新產生活動，致使前緣部分果樹歪斜、中部農田下沉，民房出現裂縫。2010年6月，滑坡上有31戶人家房屋均有輕微變形。滑坡體上及其影響范圍內有較多居民，建有房屋、道路等設施，因此，該滑坡一旦突發，將嚴重危及滑坡體上及周邊居民的生命財產安全，并對長江航道產生影響。

2 三峽庫水位變動對滑坡的影響

2.1 模型建立

麻地灣滑坡為典型滑動面位于145～175 m水位變動帶的滑坡，該類滑坡穩定性受庫水位影響最大，為研究該滑坡的水力響應特征，通過Geo-studio軟件Seep、sigma、slope分別模擬庫水位升降對滑坡滲流場、應力應變場、穩定性的影響。

通過查閱該滑坡原有勘察資料及實驗室力學檢測數據，確定力學參數見表1。

表1 數值模擬力學參數

通過類比分析該地區以往成果獲取該區域基巖非飽和滲透參數，利用該滑坡原有勘察資料結合Seep模塊耦合滑坡堆積體非飽和滲透參數，結果見表2、3。

表2 滑坡堆積體耦合參數

表3 新田溝組水文計算參數

首先使用Seep模塊模擬三峽庫區水文變動，創建滑坡瞬態滲流場，其次使用Sigma模塊模擬瞬態應力應變場，最后利用Slope模塊使用Sigma計算結果模擬庫水位變動過程中滑坡穩定性。創建數值模擬二維模型見圖2，計算整體覆蓋層穩定性。

2.2 水位上升段穩定性變形分析

通過分析水位上升段結果(圖3)，麻地灣滑坡在水位上升階段(145～175 m)，因滑體內地下水水位抬升速率滯后于庫區水位抬升速率，產生指向坡體內部的滲透力，滑坡抗滑力增加，穩定性隨之增大。由于該滑坡基覆界面位于150 m處，當庫水位上升至150 m前，位移和穩定性并沒有明顯改變(圖5、6)。但隨著水位的繼續上升，因該滑坡前緣涉水段坡型寬緩，前緣抗滑段受地下水浮托減重作用明顯，抗滑力下降。導致該滑坡穩定性在10～30 d基本持平。隨著庫水位的繼續上升，滑坡指向坡內滲透力逐漸增大，滑坡抗滑力增加，穩定性逐步增加。通過位移場云(圖4)及地表位移量(圖5)分析可以得出，該滑坡前緣水位變動帶附近存在一定變形，且變形量隨著水位變動量增加而增大，峰值為庫水位上升至175 m時，整體最大位移量16 mm，160 m坡表最大位移15.7 mm。

2.3 水位下降段穩定性變形分析

通過分析水位下降段結果(圖7)，可以發現麻地灣滑坡在庫水位下降階段因坡體內水位變動滯后于庫水位變動，產生指向坡體外部的滲透力，導致滑坡下滑力增加，穩定性隨著庫水位的下降明顯降低。當庫水位下降至150 m基覆界面以下后，隨著坡體內滯后水頭逐漸排空，滑坡穩定性逐漸趨于平穩。通過位移場(圖8)地表位移量(圖9)分析可以得出，該滑坡前緣水位變動帶存在明顯位移，且變形量隨著水位變動量增加而增大，峰值為庫水位下降至剪出口150 m時，滑坡出現最大位移量51 mm，坡表最大位移量50.4 mm，坡體最低穩定性，滑坡處于基本穩定狀態。

2.4 最不利公開穩定性變形分析

為研究滑坡在極端條件下穩定性，通過統計該區域50 a降雨量獲得暴雨量102.7 mm/d，選取滑坡最不利工況，即庫水位降至150 m時疊加3 d暴雨，獲取滑坡最不利工況穩定性及變形特征。

從圖11中可以看出，3 d暴雨導致滑坡后緣拉裂縫區域出現變形，整體坡表出現小變形，坡體前緣水位變動帶依然受坡體內未完全排出的地下水影響產生變形。整體變形量增加至63.5 mm，增加量約13.5 mm(圖12)。

3 提高日降幅對滑坡的影響

根據目前三峽水庫調度方案，退水期水庫水位從175 m降至145 m分為兩個階段，T3階段為175～159 m，T4階段為159～145 m，其中T3階段水位降速緩慢，T4階段降速快。目前T4階段庫水位下降速率嚴格控制為0.6 m/d，增大非汛期水位日降幅主要是針對T4階段。

為研究三峽水位日降幅增大對麻地灣滑坡的影響，設置庫水位變動條件分別為△H/d=(0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0 m/d)自159 m勻速下降，分別研究其在不同水位變動條件下穩定性情況。并于穩定性最低點疊加降雨模擬最不利工況，獲取其極限值，計算結果見表4。

表4 日降幅計算結果統計

麻地灣滑坡在T4階段以各降速降至145 m時，隨著庫水位降速由0.6 m/d增大至1.2 m/d，隨著水位下降，麻地灣滑坡的穩定性系數逐漸變小，但變化幅度很小，庫水位降速由0.6 m/d增大至2.0 m/d，時麻地灣滑坡穩定性系數僅下降了0.003 7，說明麻地灣滑坡整體穩定性對日降幅增大不敏感。穩定性最低值并不在水位下降至145 m時，而是水位下降至接近150 m剪出口時，這主要是由于接近剪出口時指向坡外的動水壓力與前緣寬緩阻滑段浮托減重效應同時對滑坡穩定性產生不利作用導致的。

通過分析前緣緩坡阻滑段穩定性發現，前緣阻滑段水位響應明顯，隨著日降幅增加，穩定性降幅達0.168 2，隨著日降幅的增加，穩定性、位移變幅逐漸增大。且當日降幅達到1.6 m/d時，穩定性低于1且位移量變幅明顯加快，說明該滑坡前緣寬緩阻滑段在庫區水位日降幅增加至1.6 m/d時可能失穩。

4 結語

通過綜合分析麻地灣滑坡數值模擬成果可以發現，麻地灣滑坡屬于剪出口位于水位變動帶的滑坡，因此該類滑坡變形特征與三峽庫區水位升降直接相關，為典型動水壓力型滑坡，水位下降對滑坡產生不利影響。

水位上升階段，初期受到地下水浮托減重效應，滑坡前緣寬緩阻滑段存在變形。水位上升至剪出口附近時，滑坡前緣出現變形。隨著庫水位的繼續上升，滑坡主要受動水壓力作用影響明顯，因外部水頭高于坡內水頭，產生指向滑坡內部的滲透力，對滑坡抗滑力產生有利作用，滑坡整體穩定性增加。但因該過程中存在較明顯的應力調整，涉水段剛性構筑物，如護岸、碼頭等可能出現開裂等問題。

水位下降階段，麻地灣滑坡明顯屬于動水壓力型滑坡，坡體內部高位地下水迅速外滲，出現指向滑坡體外側的滲透力，導致滑坡下滑力明顯增加，且隨著庫水位的逐步降低，動水壓力逐漸增大，表現為穩定性下降，淺表層位移量加大。雖然滑坡整體仍然處于基本穩定狀態，但滑坡前緣變形量加大，可能出現前緣次級滑動，導致抗滑力消散，滑坡出現整體失穩。

通過模擬最不利降雨工況，該滑坡對降雨的響應主要集中于坡體后緣拉裂縫位置，可在滑坡后緣設置截排水溝工程，加大地表水導流，減少降雨對滑坡的影響。

為研究三峽庫區日降幅對邊坡穩定性的影響，設置梯級降幅模擬T4消落，該滑坡整體對日降幅響應較小。說明該滑坡在三峽庫區日降幅增大時，不存在滑坡整體突然失穩的風險。但隨著日降幅的增加，滑坡前緣寬緩阻滑段響應明顯，當降幅達到1.6 m/d以上時，FOS=0.998<1.000，最大變形73.7 mm，說明前緣寬緩阻滑段存在失穩可能。所以該滑坡能承受最大日降幅為1.6 m/d。后期應加強前緣寬緩阻滑段帶土體穩定性，可通過設置格構護岸、鋼筋石籠等強透水防沖刷結構，減少水位變動導致寬緩阻滑段變形，避免因滑坡前緣阻滑段失效導致滑坡整體失穩。