某庫岸滑坡的成因機制及穩(wěn)定性

王 猛，石豫川，唐興君

某庫岸滑坡的成因機制及穩(wěn)定性

王 猛1，石豫川1，唐興君2

（1．成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室，成都 610059；2．華東勘測設(shè)計研究院，杭州 310014）

某庫岸為典型高山峽谷地貌，斜坡在卸荷作用和重力作用下彎曲拉裂，形成規(guī)模巨大的滑坡。水庫蓄水后，滑坡可能產(chǎn)生復(fù)活，將造成“二道壩”，危及大壩及其它樞紐建筑的安全。結(jié)合滑坡區(qū)的環(huán)境地質(zhì)條件，滑坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，分析其形成機制，并在此基礎(chǔ)上建立地質(zhì)-力學(xué)模型，再現(xiàn)滑坡形成過程。最后采用定量計算、數(shù)值模擬法計算滑坡安全系數(shù)、應(yīng)力分布狀態(tài)等，對滑坡蓄水條件下的變形及穩(wěn)定性進(jìn)行研究和預(yù)測，從而為滑坡治理工程設(shè)計提供依據(jù)。

滑坡；彎曲拉裂；成因機制；蓄水；穩(wěn)定性

水庫庫岸滑坡與一般山地滑坡相比，有其特殊的一面。其特殊性在于它的活動與水庫庫水位的變化、庫水波浪的沖刷及庫水的浸泡有很大的關(guān)系［1］。水庫滑坡的穩(wěn)定性研究對于確保水利水電工程的順利建設(shè)及安全運行具有重大意義［2］。某庫岸滑坡體位于雅礱江右岸，屬單斜構(gòu)造區(qū)，岸坡巖層總體上中傾左岸偏上游，巖層坡面走向與巖層走向夾角18°～25°，巖層傾角約60°，與坡面以小角度相交，屬同向順層結(jié)構(gòu)邊坡。由于工程區(qū)地質(zhì)歷史上地殼隆升運動劇烈，伴隨著強烈的構(gòu)造抬升作用，雅礱江河谷迅速下切，從而導(dǎo)致坡體前緣臨空，后緣卸荷拉裂，形成了目前前陡后緩的滑坡地貌形態(tài)。高陡邊坡及軟硬相間的巖性組合造成滑坡在庫水位漲落及地震等外營力作用下易產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。為了確保水電站的安全運營，故有必要對該滑坡的穩(wěn)定性做出正確的評價。

1 庫岸滑坡概況

1．1 地層巖性

滑坡及周邊地區(qū)出露的基巖主要有2組：三疊系上統(tǒng)雜谷腦組（T3Z）及二疊系上統(tǒng)岡達(dá)概組（P2g）地層，其中板巖強度相對較低，為軟弱巖層，變質(zhì)砂巖、大理巖巖質(zhì)較堅硬，抗風(fēng)化能力較強，為相對堅硬巖層。

1．2 地質(zhì)構(gòu)造

前波斷層（F34）自滑坡體中部斜穿通過，斷層帶寬10～30m，帶內(nèi)為斷層角礫巖、碎粉巖、碎裂巖夾構(gòu)造透鏡體巖。斷層產(chǎn)狀N15°－20°W，SW∠50°～70°，傾向坡內(nèi)，斷層面與巖層層面走向接近一致，為滑坡中后緣提供無約束邊界。

1．3 滑坡體特征

滑坡體位于雅礱江右岸，距壩址約10．70～12．50 km，前后緣高差約800 m，縱向上長約1 210 m，估算面積152．5萬m2，平均厚度47．86 m，其中最大垂直揭露厚度70．10 m，總方量約7 299萬m3，蓄水位以下方量約490．5萬m3，蓄水位以上方量約6 808．5萬m3。

滑坡體整體形狀呈不規(guī)則的“m”形展布，上游側(cè)的“n”形比下游側(cè)高，地形前陡后緩。根據(jù)坡體的地貌形態(tài)、形成時期（與河谷演化關(guān)系）、物質(zhì)組成的差異可將滑坡體分為A，B1，B2 3個區(qū)（如圖1，表1）。

表1 坡體分區(qū)特征一覽表Table 1 The characteristics of the landslide geological zonation

2 滑坡成因機制分析［3］

滑坡基巖為軟硬互層地層，巖體易變形。由于受斷裂構(gòu)造控制，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，3組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的組合在促使巖體破碎的同時，控制著滑坡形成的邊界條件及變形破壞模式，見圖2。其中結(jié)構(gòu)面1為巖層層面，這是控制斜坡變形破壞的主要結(jié)構(gòu)面，尤其是風(fēng)化軟弱巖層面；結(jié)構(gòu)面2為陡傾節(jié)理面，主要起到控制滑坡發(fā)育的上下游邊界條件及切割巖體；結(jié)構(gòu)面3為緩傾坡內(nèi)節(jié)理面，與層面共同切割巖體，但不提供底滑邊界。這就決定滑坡具備彎曲拉裂的破壞條件。

圖2 基巖邊坡結(jié)構(gòu)面極點赤平投影圖Fig．2 The stereographic projection of bedrock slope joints

在雅礱江河谷下切的漫長地質(zhì)歷史過程中，岸坡巖體發(fā)生卸荷，巖層結(jié)構(gòu)面1變得陡傾，在重力作用下軟硬相間巖層產(chǎn)生彎折傾倒，并沿著根部結(jié)構(gòu)面3剪切折斷，伴隨著兩側(cè)邊界結(jié)構(gòu)面2的貫通，傾倒變形體解體，出現(xiàn)滑動，形成如今的滑坡。前波斷層的產(chǎn)生，使岸坡巖體更加破碎，并給滑坡體提供無約束邊界，其牽引作用也使下盤巖體彎折更加強烈。目前坡體上無明顯變形破壞跡象，滑坡天然狀況下穩(wěn)定性較好。

3 邊坡穩(wěn)定性的主要控制因素

庫岸滑坡體的穩(wěn)定性影響因素根據(jù)蓄水條件不同，可分為常規(guī)工況下影響因素，主要包括坡體形態(tài)、坡體結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、地震活動、暴雨降水；蓄水工況下影響因素，主要指庫水作用效應(yīng)、地震動力效應(yīng)［4－7］。從野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，常規(guī)工況下滑坡體整體穩(wěn)定，僅表部有小范圍遛滑，坡體進(jìn)一步變形破壞，需經(jīng)過漫長的地質(zhì)歷史過程（如前緣江河的進(jìn)一步下切）。針對該庫岸滑坡而言，影響其變形破壞的主控因素為庫水作用效應(yīng)，由于該區(qū)地震烈度不高，且蓄水水頭小，地震動力效應(yīng)不明顯。

庫水對滑坡穩(wěn)定性的影響，主要包括強度軟化效應(yīng)、對坡腳沖刷淘蝕效應(yīng)、靜水壓力和動水壓力效應(yīng)等。水庫蓄水后，滑坡巖土體和庫水間發(fā)生水巖交互作用，降低其物理力學(xué)強度。庫水的靜水壓力作用，對透水的巖土體主要表現(xiàn)為產(chǎn)生浮力，對隔水的巖體表現(xiàn)為產(chǎn)生浮托力和側(cè)面靜水壓力。

本文滑坡體為透水的巖土體，故蓄水的靜水壓力作用主要是產(chǎn)生浮力，即懸浮減重效應(yīng)。庫水的浮力一面降低坡體上的下滑力，另一方面降低坡體上的有效壓力和坡體的抗滑阻力。當(dāng)抗滑阻力降低較大時，將加速了坡體形狀的改變和累進(jìn)性破壞向縱深方向發(fā)展。在庫水位驟降時，坡體內(nèi)孔隙水來不及隨庫水位下降而排出，在坡體內(nèi)形成很高的水頭差，地下水在庫水位升降空間范圍內(nèi)形成復(fù)雜的非穩(wěn)定滲流局面，產(chǎn)生強大的和動水壓力，加大了地下水滲流方向的滑動力，誘發(fā)岸坡變形并可能導(dǎo)致坡體失穩(wěn)。庫水位下降速度越快，岸坡穩(wěn)定性下降越大。

4 滑坡體的穩(wěn)定性評價

4．1 計算模型

本次穩(wěn)定性計算分析選取縱剖面，剖面分布位置見圖1（分區(qū)圖）；根據(jù)工程地質(zhì)分區(qū)，對滑坡整體（分區(qū)）穩(wěn)定性進(jìn)行計算，計算模型見圖3。

4．2 計算參數(shù)的確定

工程區(qū)50年超越概率10%水平的基巖動峰值加速度為1．136 m／s2。力學(xué)強度參數(shù)以試驗成果為基礎(chǔ)，參考工程地質(zhì)類比法，綜合選取穩(wěn)定性計算參數(shù)?；w土、滑帶土抗剪強度參數(shù)取值，見表2。

4．3 整體穩(wěn)定性計算分析

滑坡的整體穩(wěn)定性計算包括常規(guī)工況和蓄水工況2種，計算方法主要參照規(guī)范，采用Morgenstern-Price極限平衡條分法。

表2 滑坡計算模型參數(shù)綜合取值表Table 2 Physical-mechanical parameters of the landslide

圖3 滑坡計算模型Fig．3 Numericalmodel of the landslide

（1）常規(guī)工況對滑坡體整體（分區(qū)）穩(wěn)定性進(jìn)行驗算，計算結(jié)果見表3。

表3 常規(guī)工況下穩(wěn)定性計算結(jié)果表Table 3 Stability coefficients of the landslide under conventional condition

計算結(jié)果表明：①天然工況下，A區(qū)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)在1．2以上，處于穩(wěn)定狀態(tài)；B1區(qū)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)在1．10～1．15之間，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。②暴雨導(dǎo)致滑坡體穩(wěn)定性有所下降，分別下降0．116（A區(qū)）～0．038（B1區(qū)），但均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。③地震對滑坡穩(wěn)定性影響程度不一，其中A區(qū)穩(wěn)定性系數(shù)K＝1．090，相對天然工況下有所降低，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；B1區(qū)穩(wěn)定性系數(shù)下降幅度為7．11%，穩(wěn)定性系數(shù)K＝1．054，處于基本穩(wěn)定臨界狀態(tài)。

（2）蓄水工況下高孔隙水壓力是導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生的內(nèi)動力［8］?，F(xiàn)場調(diào)研表明，滑坡體在正常的工況下不存在產(chǎn)生和保持高孔隙水壓力的水位地質(zhì)條件，但水庫蓄水改變了滑坡體地下水的賦存條件，導(dǎo)致地下水位升高，同時在庫水位驟升驟降的過程中，地下水將產(chǎn)生較高的水力梯度，對滑坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。A區(qū)未受蓄水影響，不利工況組合主要以B1區(qū)滑坡體為研究對象，計算結(jié)果見表4。

表4 蓄水工況穩(wěn)定性計算結(jié)果表Table 4 Stability coefficients of the landslide under reservoir storage

計算結(jié)果表明：①B1區(qū)蓄水導(dǎo)致滑坡體穩(wěn)定性系數(shù)略微提高；考慮不利工況的組合，蓄水＋暴雨工況，滑坡穩(wěn)定性相對降低，B1區(qū)穩(wěn)定性系數(shù)K＝1．176，處于穩(wěn)定狀態(tài)。②按最不利工況考慮，蓄水＋地震工況下，B1區(qū)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)相對常規(guī)地震工況有所升高，K＝1．10，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。③孔隙水壓力效應(yīng)（以該處水位H w與滑體厚度H之比H w／H表示）分析結(jié)果表明，從安全角度考慮，水位降落的過程孔隙水壓力未消散，在這過程中，滑坡穩(wěn)定性降低0．143（B1區(qū)），B1區(qū)穩(wěn)定性系數(shù)仍大于1．05，但趨于基本穩(wěn)定臨界狀態(tài)。

綜上所述，滑坡體在天然情況下，穩(wěn)定性系數(shù)K＝1．144（B1區(qū)），此時坡體內(nèi)地下水位線大部分位于基覆界面之下，坡體飽水程度僅1／4，滑坡穩(wěn)定性很好，能保持長時期的整體穩(wěn)定性。水庫蓄水后，懸浮減重效應(yīng)降低坡體的下滑力幅度大于其抗滑阻力的下降幅度，蓄水后滑坡穩(wěn)定性略有增加，前者影響起主導(dǎo)作用；水位驟降，使坡體內(nèi)產(chǎn)生較高的水位差，形成滲流作用，產(chǎn)生滲流力，坡體穩(wěn)定性下降幅度較大。但總的來說，由于各工況下坡體穩(wěn)定性都大于1．05（如圖4），坡體至少處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，水庫蓄水情況下，滑坡體短期內(nèi)不會破壞失穩(wěn)。

圖4 水庫蓄水對滑坡穩(wěn)定性的影響Fig．4 Effects of reservoir working on the stability of landslide

5 蓄水工況下坡體變形破壞預(yù)測

極限平衡分析法表明蓄水工況下滑坡體A和B1區(qū)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，整體穩(wěn)定，局部存在失穩(wěn)可能，圖5為其屈服區(qū)數(shù)值模擬圖［9］。

圖5 蓄水下坡體屈服區(qū)Fig．5 The yield area of the landslide during the reservoir operation

從圖上可以看出，A區(qū)后緣拉應(yīng)力集中易產(chǎn)生拉裂縫及后緣下挫，中部表層存在局部的拉剪應(yīng)力集中，易產(chǎn)生小范圍垮塌。B1區(qū)的后緣（即A區(qū)的前緣）拉剪應(yīng)力集中，為最不利區(qū)域，單元多屈服，B1區(qū)表部應(yīng)力集中不明顯，底滑面剪應(yīng)力集中程度較高，但目前屈服區(qū)沒貫通。

蓄水對滑坡穩(wěn)定性影響是一個動態(tài)的長久過程［7］。隨著庫水對坡體前緣的沖刷、淘蝕，坡體內(nèi)強度參數(shù)進(jìn)一步軟化，B1區(qū)底滑面屈服單元將增多，可能導(dǎo)致剪切面貫通。一旦B1區(qū)變形破壞，A區(qū)將失去前緣的阻擋，穩(wěn)定性也隨著降低。

建議蓄水期間在B1區(qū)后緣及中部布置位移監(jiān)測點，后緣監(jiān)測點可以最先捕捉到坡體的變形破壞跡象，而中部監(jiān)測點產(chǎn)生位移，則說明坡體可能發(fā)生了整體變形破壞。

6 結(jié) 論

（1）庫岸滑坡體規(guī)模巨大，體積高達(dá)數(shù)千萬方以上，具多期次、復(fù)合型特征，即共經(jīng)歷了多期滑動破壞才塑造成目前的堆積形態(tài)，滑坡體上無明顯變形破壞跡象，滑坡天然狀況下穩(wěn)定性較好。

（2）滑坡受軟硬相間的地層、高陡岸坡、結(jié)構(gòu)面不利組合等影響以彎曲拉裂形式破壞；蓄水條件的庫水作用效應(yīng)導(dǎo)致滑坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定惡化。

（3）由穩(wěn)定性計算結(jié)果可知：常規(guī)工況下，坡體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，可保持長期穩(wěn)定；蓄水條件下，表現(xiàn)為水位上升至穩(wěn)定時，坡體穩(wěn)定性略有增加，隨著坡體水位的回落，穩(wěn)定性也開始降低，尤其水位驟降時，穩(wěn)定性下降幅度大，但坡體仍可保持基本穩(wěn)定。

（4）數(shù)值模擬表明：B1區(qū)的后緣（即A區(qū)的前緣）拉剪應(yīng)力集中，為最不利區(qū)域，單元多屈服，B1區(qū)底滑面剪應(yīng)力集中程度較高。由于蓄水對滑坡穩(wěn)定性影響是一動態(tài)的長久過程，建議蓄水期間在這些單元屈服較大部位，布置一定變形監(jiān)控量。

［1］ 鐘立勛．意大利瓦依昂水庫滑坡事件的啟示［J］．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，1994，5（2）：77－84．（ZHONG Li-xun．Enlightenments from the Accident of Vaiont Landslide in Italy［J］．The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，1994，5（2）：77－84．（in Chinese））

［2］ 徐湘濤，汪家林，黃潤秋．紫坪鋪水利樞紐工程左岸壩前堆積體變形破壞機制研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2008，27（增1）：2642－2650．（XU Xiang-tao，WANG Jia-lin，HUANG Run-qiu．Research on Deforma-tion and Failure Mechanism of the Talus Slope Located at Left Riverbank Ahead of the Dam of Zipingpu Hydraulic Project［J］．Chinese Journal of Rock Mechanics and En-gineering，2008，27（Sup．1）：2642－2650．（in Chi-nese））

［3］ 張悼元，王士天，王蘭生．工程地質(zhì)分析原理（第二版）［M］．北京：地質(zhì)出版社，1994．（ZHANG Zhuo-yuan，Wang Shi-tian，WANG Lan-sheng．Engineering Geological Analysis Principle［M］．Beijing：Geological Publishing House，1994．（in Chinese））

［4］ 李俊亭，王愈吉．地下水動力學(xué)［M］．北京：地質(zhì)出版社，1987．（LI Jun-ting，WANG Yu-ji．Groundwater Dy-namics［M］．Beijing：Geological Publishing House，1987．（in Chinese））

［5］ 雷謙榮．邊坡中地下水壓力問題的探討［J］．工程勘察，1997，（1）：29－32．（LEIQian-rong．The Discussion of the Question of Ground Water Pressure in Slope［J］．Engineering Investigation and Survey，1997，（1）：29－32．（in Chinese））

［6］ BROMHEAD E N．The Stability of Slopes［M］．Blackie Academic＆Professional，1992．

［7］ International Commission on Large Dams（ICOLD）．Res-ervoir Landslides：Guidelines for Investigation and Man-agement［S］．ICOLD，2000．

［8］ 孫玉科，牟會寵，姚寶魁．邊坡巖體穩(wěn)定性分析［M］．北京：科學(xué)出版社，1988．（SUN Yu-ke，MOU Hui-chong，YAO Bao-kui．The Stability Analysis of the Slope Rock Mass［M］．Beijing：Press of Science，1988．（in Chinese））

［9］ 黃潤秋．邊坡治理工程的數(shù)值模擬研究［J］．地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，1996，7（1）：69－76．（HUANG Run-qiu．Numerical Simulation of Reinforcement Works of Rock Slopes［J］．Journal ofGeological Hazards and Envi-ronment Preservation，1996，7（1）：69－76．（in Chi- nese） ）

（編輯：趙衛(wèi)兵）

A Case Study of the M echanism and Stability of Reservoir Bank Landslide

WANG Meng1，SHIYu-chuan1，TANG Xing-jun2
（1．State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2．East China Survey and Design Institute，Hangzhou 310014，China）

As the geomorphology of the studied reservoir bank presents typicalmountainous and canyon characteris-tics，bending and ripping deformation of its slope occurs due to unloading and gravity，thus give rise to large scale landslide．The landslidemay reactivate after impoundment of the reservior，hence may endanger the safety of the dam and other structures．Based on the environmental geological condition and the geological structure characteris-tics of the landslide，a geomechanicsmodel has been established to simulate the forming process of the landslide．Finally，quantitative calculation method and numerical simulationmethod are used to compute landslide safety fac-tor and stress distribution，etc．so as to further study and forecast the deformation and stability under impoundment，and provide basis for engineering design of the treatment．

landslide，bending and ripping deformation，the formation mechanism，impoundment；stability

X43；P642

A

1001－5485（2011）04－0041－04

2010-05-20

王 猛（1984-），男，江蘇徐州人，碩士研究生，主要從事巖土體穩(wěn)定性及工程環(huán)境效應(yīng)方面的研究，（電話）15928734117（電子信箱）lantian＿g＠163．com。