三峽庫區(qū)堆積層滑坡降雨敏感性分析

【摘 要】堆積層滑坡是三峽庫區(qū)中常見的一類滑坡，大氣降雨是滑坡產(chǎn)生的誘發(fā)因素。不同的滑坡體因其工程地質(zhì)條件不同而表現(xiàn)出不同的對降雨敏感性的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律。本文以三峽庫區(qū)萬州塘角2號滑坡為例，分析其巖土體介質(zhì)物理力學(xué)基本特征、變形破壞機理，在此基礎(chǔ)上，采用MSARAM法邊坡穩(wěn)定性計算程序，分析了大氣降雨對滑坡穩(wěn)定性的敏感性問題。研究表明，。在強降雨等誘發(fā)因素作用下，穩(wěn)定性將明顯降低，當(dāng)庫區(qū)正常蓄水位175m時，該滑坡的啟動降雨強度為20mm/d，當(dāng)庫區(qū)低水位145m運行時，啟動降雨強度為50mm/d?；碌姆乐未胧?yīng)注重降雨和庫水位等誘發(fā)因素的影響。

【關(guān)鍵詞】三峽庫區(qū)； 堆積層滑坡；降雨；敏感性分析

1.引言

堆積層滑坡是三峽庫區(qū)一種常見滑坡，其巖土力學(xué)性質(zhì)、水理性質(zhì)通常具有一定的特性，如數(shù)值計算時常假定為連續(xù)介質(zhì)，考慮地下水力學(xué)作用時，通常認(rèn)為邊坡體為透水介質(zhì)等[1，2]。三峽庫區(qū)中此類滑坡和古滑坡數(shù)量較多，滑坡體的穩(wěn)定性威脅著位于其上或鄰域的居民和建（構(gòu)）筑物，迫切需要針對此類滑坡研究其基本特征、形成機理和主要誘發(fā)因素（降雨、庫水位波動），評價其穩(wěn)定性，制定合理的防治措施等。本文以萬州塘角2#滑坡變形B區(qū)為例，研究其巖土體介質(zhì)物理力學(xué)基本特征、變形破壞機理，在此基礎(chǔ)上，采用MSARAM法邊坡穩(wěn)定性計算程序，分析大氣降雨對滑坡穩(wěn)定性的敏感性問題，為滑坡的綜合防治提供依據(jù)。

2.滑坡基本特征與形成機理

塘角2#滑坡位于重慶市萬州區(qū)江南新區(qū)塘角村長江岸坡地帶，其變形B區(qū)位于滑坡的前部斜坡，平面形態(tài)呈扇形，前緣高程156～175m，后緣高程240～248m，平均橫寬530m，縱長250m，體積75×104m3，滑移方向352°，如圖1所示。該區(qū)域內(nèi)的房屋及地面時有變形開裂發(fā)生，如TJ1附近出現(xiàn)的一條圓弧狀地裂縫，長約15m，縫寬10-15cm，外側(cè)下沉10cm；在鉆孔ZK2-38附近的地面拉裂長約37m，寬3～15cm，外側(cè)下沉5～20cm。從宏觀上看，本區(qū)目前整體處于變形階段，變形開裂主要表現(xiàn)在房屋拉裂、局部地面拉裂下沉，在降雨時變形加劇，但未發(fā)生明顯滑移。

滑坡體主要以粉質(zhì)粘土夾角礫、碎石、塊石等為主，土體可塑狀，局部硬塑及軟塑狀，石質(zhì)分布不均，含量一般25～35%，部分達50%以上，石質(zhì)以砂巖為主，其次泥質(zhì)砂巖及少量泥巖，塊徑一般0.2～1.5m，多為棱角狀～次棱角狀。在厚度上，滑體前部、東、西兩側(cè)斜坡較薄，厚度一般在3～10m，中、后部平臺區(qū)域較厚10～25m，后部10～36.41m，表現(xiàn)為從前緣到后緣，兩側(cè)至中間，滑體厚度逐漸增大。見圖2所示。

滑帶土位于基巖與土層接觸帶，或軟塑狀粉質(zhì)粘土內(nèi)，主要為灰白色、黃褐色粉質(zhì)粘土夾砂巖碎石、泥巖角礫，碎塊石含量10～25%，砂巖碎石粒徑20～50mm，泥巖角礫粒徑2～5mm，強風(fēng)化。土體可塑或軟塑，土體細膩具滑感，吸水后泥化，粘性強。

圖1 塘角2#滑坡變形分區(qū)平面圖

滑床為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）泥巖、粉砂巖及砂巖組成，巖層產(chǎn)狀：153°∠4°，為單斜平緩巖層。其中，泥巖為紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，屬軟巖；泥質(zhì)砂巖為暗紫紅色，泥質(zhì)膠結(jié)，多為粉砂粒組成，易風(fēng)化；粉砂巖為淺黃色，粉粒結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，中厚層狀構(gòu)造，質(zhì)軟，強度低；砂巖為灰白色，中～細粒結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，強度較高?；鶐r表層風(fēng)化強烈，巖體較為破碎，質(zhì)較軟，巖芯多呈碎塊狀、短柱狀，裂隙較發(fā)育。

根據(jù)勘探資料，地下水埋深隨坡面形態(tài)變化，水位埋深在0.9～4.5m，但受降雨影響較大。其中，松散土層滲透系數(shù)為3.31×10-5cm/s， 屬弱透水層。

調(diào)查分析表明，滑坡區(qū)域堆積體歷史上曾發(fā)生過多次崩塌堆積、滑移堆積和后期侵蝕夷平，從而形成現(xiàn)狀臺地地貌。根據(jù)滑坡的變形特征、變形歷史和地形地貌，塘角2#滑坡變形一般發(fā)生在陡斜坡處，在降雨、庫水位影響下，變形逐漸向后部擴散，牽引式（松脫式）變形特征明顯，屬牽引式滑坡。

塘角2號滑坡變形B區(qū)屬于典型的散體介質(zhì)滑坡，其變形破壞機理是，在自重荷載和滲流的作用下，滑坡體以土巖分界面為潛在滑動面，產(chǎn)生蠕滑—剪切破壞。變形破壞過程分為兩個階段，即（1）沿最大剪應(yīng)力帶的蠕變階段，并形成屈服面；（2）屈服面貫通剪切破壞階段。目前滑坡整體是穩(wěn)定的，變形主要集中在滑坡前部和中、后部平臺兩側(cè)前緣斜坡地帶，處于變形（蠕變）階段，在誘發(fā)因素特別是強降雨的作用下，穩(wěn)定性明顯降低，有整體失穩(wěn)的可能性。

圖2 滑坡典型工程地質(zhì)剖面圖

3.穩(wěn)定性影響因子分析

由于塘角2號滑坡B區(qū)為典型的堆積型散體介質(zhì)滑坡，其穩(wěn)定性影響因素除與地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、地下水活動等固有條件外，還有大氣降雨、庫水位、地震、人類工程活動等誘發(fā)因素的影響。其中，地下水、降雨、庫水位變化是區(qū)內(nèi)滑坡最為敏感的因素之一。

地下水的存在，可使滑坡巖土體軟化，滑帶和滑坡體強度降低。另外，更重要的是在滑坡體內(nèi)形成較大的地下水力學(xué)作用。地下水對滑坡體的作用有靜水壓力和動水壓力，靜水壓力主要表現(xiàn)為浮托力，使滑體作用于滑床的垂直壓力減小，降低下滑阻力；動水壓力主要表現(xiàn)為滲透力，通過地下水滲透作用，增加了滑體的下滑推力。

大氣降雨和水庫水位的影響是通過坡體內(nèi)地下水位的變化而影響滑坡的穩(wěn)定性的[3，4]。區(qū)內(nèi)降雨豐富，區(qū)內(nèi)常年雨日140天左右，多年平均降雨量1181.20mm，歷年最大降水量1635.20mm，雨量主要集中在5到9月份，并以暴雨居多，日雨量可達100 mm以上。在降雨過程中，雨水入滲土體增大了滑坡體重量，降低了滑體強度，同時使地下水位發(fā)生波動。庫水位的升降，也將改變滑坡體內(nèi)的地下水位，庫水位與邊坡地下水位間有著十分密切的關(guān)系。由于地下水位的波動，使坡體內(nèi)的滲透力發(fā)生改變，從而導(dǎo)致滑坡穩(wěn)定性顯著惡化。降雨、水庫水位與滑坡體內(nèi)地下水位的關(guān)系可采用河間地塊模型[5]，按以下公式可以求得滑坡坡前某個水庫水位時一定降雨強度下的邊坡坡體地下水位的變化規(guī)律。

式中，ω為降雨平均入滲量（m/d）；K為平均滲透系數(shù)（m/d）；h為邊坡體內(nèi)任意點的水頭（m）；h1為前緣（x=0）的水頭（m）；h2為后緣（x=L）的水頭（m）；x為距離原點的坐標(biāo)值（m）。

4.穩(wěn)態(tài)對降雨敏感性分析

由上述影響因子分析可知，大氣降雨是該滑坡的最為敏感的影響因素之一，本文利用上述的降雨、水庫水位與坡體內(nèi)地下水位的關(guān)系式，分析不同降雨強度下滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)變化規(guī)律，以及滑坡失穩(wěn)的降雨強度啟動值。

4.1 計算方法與模型

針對該散體介質(zhì)邊坡的特點，采用改進的Sarma法——MSARMA法進行計算評價，該方法可考慮強降雨條件與地下水作用下的邊坡穩(wěn)態(tài)的動態(tài)變化規(guī)律。根據(jù)滑坡地形地貌特征和潛在滑動面形態(tài)，將滑坡劃分為20個條塊，計算模型見23所示。

4.2 滑坡巖土物理力學(xué)性質(zhì)

滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)主要包括滑體的物理力學(xué)參數(shù)和滑帶土的物理學(xué)參數(shù)，以及表征滑體的水理性質(zhì)的滲透系數(shù)、入滲系數(shù)等指標(biāo)。

（1）滑坡體的物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)勘察報告統(tǒng)計分析，滑坡體的天然重度20.1kN/m3，飽和重度20.6kN/m3，天然含水量22.21%，孔隙比0.66，飽和度92.15%，液性指數(shù)0.44，塑性指數(shù)13.14，天然抗剪強度標(biāo)準(zhǔn)值C=25.15KPa，φ=13.68°，飽和抗剪強度標(biāo)準(zhǔn)值C=17.92KPa，φ=11.4°。

圖3 滑坡條分剖面圖

（2）滑帶土物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)滑帶土的統(tǒng)計分析結(jié)果，滑帶土的天然重度20.1kN/m3，飽和重度20.4kN/m3，天然含水量22.76%，孔隙比0.67，飽和度92.56%，液性指數(shù)0.42，塑性指數(shù)13.26，天然抗剪強度標(biāo)準(zhǔn)值C=23.83KPa，φ=13.29°，天然殘值抗剪強度標(biāo)準(zhǔn)值C=13.54KPa，φ=10.09°；飽和抗剪強度標(biāo)準(zhǔn)值C=18.13KPa，φ=10.67°，飽和抗剪強度殘值標(biāo)準(zhǔn)值C=10.79KPa，φ=7.78°。本次計算均采用上述指標(biāo)。

4.3 敏感性分析

計算表明，滑坡的穩(wěn)定性對大氣降雨強度十分敏感。其中34是滑坡前緣水位為175m（正常蓄水位）時的降雨敏感性分析曲線，圖4是滑坡前緣水位為145m（汛期低水位）時的降雨敏感性分析曲線。

由34可知，在水庫壩前175m靜水位+該種工況下無雨工況下，滑坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.0486，當(dāng)降雨強度達到20mm/d時，滑坡將處于極限平衡狀態(tài)，逐漸產(chǎn)生蠕滑變形，并隨著降雨強度的增大，穩(wěn)定系數(shù)不斷下降，滑坡將整體失穩(wěn)下滑。由45可知，在水庫壩前145m靜水位+無雨工況下，滑坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.1051，略高于175m庫水位時的穩(wěn)定系數(shù)，當(dāng)降雨強度為50mm/d時，滑坡將處于極限平衡狀態(tài)，逐漸產(chǎn)生蠕滑變形，同樣隨著降雨強度的增大，穩(wěn)定系數(shù)不斷下降，滑坡將整體失穩(wěn)下滑。

圖4 敏感性分析曲線（壩前175m水位）

圖5 敏感性分析曲線（壩前145m水位）

上述分析表明，不同的庫水位，對應(yīng)著滑坡不同的降雨敏感性狀況。但都有一個滑坡失穩(wěn)的啟動降雨強度值，當(dāng)正常蓄水位175m時，啟動降雨強度為20mm/d，當(dāng)?shù)退?45m時，啟動降雨強度為50mm/d。因此，做好坡面和坡體的排水、截水與疏水措施，是預(yù)防大氣降水引發(fā)滑坡災(zāi)害的重要措施。

5.結(jié)論與建議

（1）根據(jù)塘角2#滑坡B區(qū)對降雨的敏感性分析表明，當(dāng)庫區(qū)正常蓄水位175m時，該滑坡的啟動降雨強度為20mm/d，當(dāng)?shù)退?45m運行時，啟動降雨強度為50mm/d。滑坡的防治措施應(yīng)注重降雨、庫水位波動等誘發(fā)因素的影響。

（2）上述實例分析表明，大氣降雨是散體介質(zhì)滑坡穩(wěn)定性最為敏感的影響因素。

（3）在地質(zhì)條件與塘角2#滑坡類似的情況下，建議庫區(qū)滑坡在175m正常蓄水位時預(yù)警預(yù)報的臨界降水量為20mm/d，在145m低水位時預(yù)警預(yù)報的臨界降水量為50m/d。

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作者簡介：

呂大洋（1972—），貴州湄潭人，工程師，主要從事工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)工作。