庫水波動(dòng)條件下滑坡體消落帶響應(yīng)關(guān)系研究*

楊 強(qiáng)，葉振南，高幼龍

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北保定071051；2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京100083）

庫水波動(dòng)條件下滑坡體消落帶響應(yīng)關(guān)系研究*

楊 強(qiáng)1，葉振南2，高幼龍1

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北保定071051；2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京100083）

以三峽庫區(qū)四道橋滑坡消落帶作為研究對(duì)象，建立滑坡體孔隙水壓力、水分含量及庫水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，依托采集長期連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，開展庫水位變化過程中滑坡體消落帶地下水動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程的研究。研究結(jié)果表明：庫水位升降過程中，坡體內(nèi)孔隙水壓力變化趨勢(shì)與庫水位基本保持一致但相對(duì)滯后，上升時(shí)響應(yīng)迅速，兩者水位差為0.2 m，下降過程受地下水回流影響滯后時(shí)間相對(duì)較長，最大水位差為1.5 m，穩(wěn)定在175 m水位時(shí)候庫水爬高0.1～0.2 m；水分含量實(shí)測(cè)曲線很好反映了儀器安裝層位巖土體的水分含量的變化規(guī)律，其響應(yīng)規(guī)律與孔隙水壓力變化規(guī)律相結(jié)合可較好地分析滑坡體消落帶地下水滲流動(dòng)態(tài)過程，其成果為數(shù)值模擬提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)為類似巖土體構(gòu)成的滑坡的研究提供借鑒。

三峽庫區(qū)；消落帶；庫水位升降；滲流場(chǎng)；響應(yīng)關(guān)系

三峽庫區(qū)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，降雨量大而集中，水庫自蓄水運(yùn)營以來庫水位頻繁在145～175 m之間波動(dòng)，形成了變幅達(dá)30 m的消落帶，隨著水位升降不斷變化，很大程度上改變了原有地質(zhì)環(huán)境的平衡狀態(tài)，嚴(yán)重影響到庫區(qū)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與發(fā)展，蓄水期間多次發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，致使庫區(qū)成為滑坡地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)和重災(zāi)區(qū)［1－4］。眾所周知，滑坡體內(nèi)水動(dòng)力學(xué)條件改變是水庫型滑坡發(fā)生主導(dǎo)因素［5－7］，但目前庫水波動(dòng)相關(guān)滑坡穩(wěn)定性計(jì)算中所采用的地下水參數(shù)多采用定性描述或者數(shù)據(jù)較少，所建模型缺乏長期連續(xù)的滑坡體孔隙水壓力、水分含量等可靠數(shù)據(jù)作為校正依據(jù)，模擬結(jié)果隨機(jī)性較大［8－12］。因此，只有建立滑坡體滲流場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有效捕捉庫水位升降過程中滑坡體內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)孔隙水壓力及水分含量的變化過程，才能查明滑坡體滲流場(chǎng)的變化過程，同時(shí)為建立相關(guān)模型進(jìn)行數(shù)值模擬提供可靠的數(shù)據(jù)支持。筆者選擇典型的碎石土堆積層水庫型滑坡巫山四道橋滑坡作為研究對(duì)象，在滑坡體前端建立了滑坡體孔隙水壓力與水分含量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集庫水位升降過程中滑坡滑帶部位孔隙水壓力和滑坡體多個(gè)層位的水分含量變化的連續(xù)數(shù)據(jù)，為探索庫水位變化過程中滑坡體滲流場(chǎng)響應(yīng)變化規(guī)律和后期數(shù)值模擬提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)為其他相關(guān)研究提供借鑒。

1 四道橋滑坡概況

四道橋滑坡位于長江北岸，滑體東西寬100～250 m，南北長約600 m，滑體厚14～43 m，滑體面積約11×104m2，總方量約268×104m3；滑體后緣具明顯的圈椅狀地形，后壁高程280～360 m，主滑方向?yàn)?60°，坡度約40°，滑坡后部為滑坡平臺(tái)，坡度約4～10°，寬約160 m，為居民區(qū)。東西側(cè)緣受沖溝切割，三面臨空，其中四道溝切割深度高達(dá)10～30 m，寬約5～20 m。滑體前緣剪出口位于四道溝溝口及長江高漫灘以上，高程為120 m；滑體物質(zhì)主要由碎石土、滑動(dòng)碎裂巖體、碎塊石及礫質(zhì)粉土或粉質(zhì)粘土組成，由上而下細(xì)粒物質(zhì)逐漸減少，碎塊石含量漸高；局部出露T2b2強(qiáng)風(fēng)化紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、泥巖；滑體具較強(qiáng)滲透性，滑體土間泥化夾層具隔水作用?；瑤Ш窦s1～4 m，滑帶土主要成分為黃灰色、紫紅色礫質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、粘土質(zhì)角礫及泥，呈可塑～軟塑狀，受滑坡擠壓常形成擦痕及磨光面，局部遇水形成泥化帶?；履壳疤幱谌浠A段，年變形量較小，具有推移式滑動(dòng)特征，滑坡前緣受庫水位升降影響明顯，庫岸再造強(qiáng)烈。

2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立

選擇四道橋滑坡體消落帶作為研究對(duì)象，分析滑坡體對(duì)庫水波動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由孔隙水壓力計(jì)、水分含量儀、庫水位計(jì)、雨量計(jì)及連接線纜、數(shù)據(jù)采集儀、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集站、光伏供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)及數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)組成。將各個(gè)監(jiān)測(cè)探頭通過線纜連接到現(xiàn)場(chǎng)站中的數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過無線傳輸方式將數(shù)據(jù)傳到中心站后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理后對(duì)外實(shí)時(shí)發(fā)布，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用太陽能光伏系統(tǒng)供電，系統(tǒng)全天候工作。數(shù)據(jù)采集時(shí)間設(shè)置為1次／時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架見圖1。

圖1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

如圖2所示，在滑坡體中下部布置鉆孔SK1和SK2，在滑帶部位安裝2個(gè)孔隙水壓力監(jiān)測(cè)儀（VW_SK1_1，VW_SK2_1），在SK1、SK2鉆孔3個(gè)關(guān)鍵層位安裝6個(gè)水分含量儀（從下往上依次為SF_SDD1_1，SF_SDD1_2，SF_SDD1_3和SF_ SDD2_1，SF_SDD2_2，SF_SDD2_3），建立了一個(gè)數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)站采集實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。SK1孔口標(biāo)高為177.8 m，SK2孔口標(biāo)高為186.5 m。

圖2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)剖面布置圖

3 庫水波動(dòng)入滲過程滑坡體響應(yīng)關(guān)系研究

3.1 庫水波動(dòng)滑坡體孔隙水壓力響應(yīng)關(guān)系研究

庫水波動(dòng)響應(yīng)關(guān)系研究選用的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為一個(gè)水文年的連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)歷過完整的庫水位升降過程。由于四道橋滑坡公路外側(cè)施工了深入滑動(dòng)帶的護(hù)樁，公路內(nèi)側(cè)滑坡體內(nèi)有垂直于主滑方向的排水平硐，滑坡體中上部地下水由平硐排出滑坡體外，對(duì)下部滑體影響較小，同時(shí)沙場(chǎng)經(jīng)過粘土回填隔水處理，從總體上來說研究區(qū)受降雨影響較小?？紫端畨毫?、庫水位標(biāo)高隨時(shí)間變化的曲線如圖3所示，庫水位波動(dòng)過程中孔隙水壓力計(jì)響應(yīng)規(guī)律見表1（響應(yīng)時(shí)間為庫水位與監(jiān)測(cè)值達(dá)到同一標(biāo)高的時(shí)間差）。

圖3 滑帶部位孔隙水壓力及庫水位標(biāo)高隨時(shí)間變化曲線

從圖3及表1中可以看出，2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的孔隙水壓力變化趨勢(shì)與庫水位變化趨勢(shì)總體上表現(xiàn)一致，監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化略滯后庫水位變化。庫水位上升過程中，當(dāng)庫水位升至和監(jiān)測(cè)探頭同一標(biāo)高后，探頭滯后一段時(shí)間后開始反應(yīng)，滯后時(shí)間最大不超過2 d，上升趨勢(shì)與庫水位基本一致，監(jiān)測(cè)值略低于庫水位，差值為0.2～0.4 m，響應(yīng)時(shí)間的長短與儀器安裝部位的滲透性及庫水位變化速率相關(guān)。庫水位上升至175 m后，探頭監(jiān)測(cè)值很快與庫水位達(dá)到一致，且穩(wěn)定后監(jiān)測(cè)值略高于庫水位，差值約為0.1～0.2m。庫水位的下降過程中，孔隙水壓力水頭標(biāo)高維持一段時(shí)間后開始下降，下降的速率和趨勢(shì)基本上和庫水位保持一致，受坡體內(nèi)地下水回流影響滯后時(shí)間比上升階段長，最長達(dá)到10～11 d，響應(yīng)時(shí)間主要受滑坡體滲透系數(shù)、坡度和水位下降速度等因素的影響，四道橋滑坡下部滲透系數(shù)和坡度變化不大，響應(yīng)時(shí)間和高差主要受到庫水位下降速率的影響，即庫水位在175～160 m時(shí)下降速率先增大后減小，響應(yīng)時(shí)間和高差也呈先增大后減小的趨勢(shì)，之后庫水位下降速率增大，VW_SK2_1不受影響，VW_SK1_1的響應(yīng)時(shí)間和高差也隨之增大，總體呈現(xiàn)正相關(guān)；同時(shí)下降過程中，VW_SK_2_1與庫水位的水頭差值比VW_SK_1_1大，響應(yīng)時(shí)間約為VW_SK_1_1的2～3倍，離岸邊越遠(yuǎn)，孔隙水壓力對(duì)庫水位升降的響應(yīng)時(shí)間越長，庫水位下降時(shí)地下水頭與庫水位之間的差越大，VW_SK_2_1最大水位高差為1.5 m。庫水位降至VW_SK_1_1標(biāo)高以下5～7 d后儀器結(jié)束響應(yīng)，VW_SK_2_1則需要10～12 d。

3.2 庫水入滲滑坡體水分含量響應(yīng)關(guān)系研究

選取SK1中三個(gè)水分含量探頭為研究對(duì)象，庫水位真實(shí)升降過程中，水分含量隨時(shí)間變化的曲線如圖4所示，所選數(shù)據(jù)段開始時(shí)間均為庫水位升／降至儀器安裝標(biāo)高開始計(jì)時(shí)，庫區(qū)目前水位升降的平均速率為0.6 m／d，升降過程中30 h即可完全淹沒和露出探頭，庫水短期內(nèi)升降速率基本一致，其響應(yīng)規(guī)律見表2。

表1 庫水位波動(dòng)過程中孔隙水壓力計(jì)響應(yīng)規(guī)律

表2 庫水位波動(dòng)過程中水分含量響應(yīng)規(guī)律

圖4 SK1水分含量變化曲線

由圖4及表2可知庫水位上升過程中，儀器開始響應(yīng)時(shí)間為2～8 h，時(shí)間相對(duì)較短，SF_SDD1_ 1反應(yīng)最迅速，說明滑帶表面由于長期滲透作用影響，滲透性相對(duì)較好，存在滲透通道水流能迅速滲透，SF_SDD1_2響應(yīng)及升至飽和時(shí)間均較長是因?yàn)槠浒惭b層位巖性為粉質(zhì)粘土夾碎石，且粉質(zhì)粘土粘粒含量較高所至，升至飽和的時(shí)間7～45 h，儀器響應(yīng)時(shí)間及飽和時(shí)間不具有線型關(guān)系，因?yàn)槭軆x器安裝層位巖土體滲透系數(shù)、滑坡體地層巖性差異、到岸邊的距離、庫水位上升速率等多種因素的影響。庫水位下降過程中，開始響應(yīng)的時(shí)間為33～108 h，降至最低的時(shí)間為24～101 h，都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于庫水上升過程中的響應(yīng)時(shí)間，這主要是受到坡體地下水回流的影響；SF_SDD1_2響應(yīng)時(shí)間和降至最低時(shí)間均較長，是由于SF_SDD1_2安裝層位的粉質(zhì)粘土夾碎石土，粘粒含量較高滲透性較長，與上升過程表現(xiàn)相對(duì)應(yīng)，同時(shí)該過程也受該時(shí)間段庫水下降速率的影響。對(duì)比表1可知，庫水下降過程中水分含量的響應(yīng)時(shí)間先增大后減小，與相應(yīng)標(biāo)高下孔隙水壓力的響應(yīng)時(shí)間在變化趨勢(shì)上保持一致，即響應(yīng)時(shí)間與庫水位下降速率正相關(guān)。水分含量和孔隙水壓力在下降過程中變化趨勢(shì)上的一致性也說明采集到的孔隙水壓力和水分含量數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。

4 結(jié)論

（1）以四道橋滑坡下部受庫水波動(dòng)影響區(qū)作為研究對(duì)象，在滑坡體上建立了集滑坡體水分含量及滑帶部位孔隙水壓力、庫水位為一體的滑坡體地下水動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成功采集庫水位升降過程中儀器安裝層位相應(yīng)的孔隙水壓力及水分含量的長期連續(xù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)真實(shí)反映出的滑坡體消落帶滲流場(chǎng)地下水的動(dòng)態(tài)變化響應(yīng)過程，為滑坡體庫水入滲響應(yīng)過程研究提供了有效的數(shù)據(jù)支持。

（2）庫水位上升過程中，2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)孔隙水壓力變化趨勢(shì)與庫水位變化趨勢(shì)基本保持一致，存在一定的滯后效應(yīng)，滯后時(shí)間最大不超過2 d，滯后時(shí)間主要取決于庫水位上升速率、坡體前部滑坡體的滲透性、地形坡度及滲透距離長短?？紫端畨毫ΡO(jiān)測(cè)值略低于庫水位，差值為0.2～0.4 m，庫水位上升至175 m后，探頭監(jiān)測(cè)值很快與庫水位達(dá)到一致，且穩(wěn)定后監(jiān)測(cè)值略高于庫水位，差值約為0.1～0.2 m。

（3）庫水位的下降過程中，受坡體內(nèi)地下水回流影響孔隙水壓力水頭標(biāo)高維持一段時(shí)間后開始下降，下降的速率和趨勢(shì)基本上和庫水位保持一致，滯后時(shí)間比上升階段長，最長達(dá)到10～11 d，響應(yīng)時(shí)間主要受滑坡體滲透系數(shù)、坡度和水位下降速度等因素的影響，四道橋滑坡下部滲透系數(shù)和坡度變化不大，地下水回流速度主要受到庫水位下降速率的影響；同時(shí)離岸邊越遠(yuǎn)，孔隙水壓力對(duì)庫水位升降的響應(yīng)時(shí)間越長，庫水位降至VW_SK_1_1標(biāo)高以下5～7 d后探頭結(jié)束響應(yīng)，VW_SK_2_1則需要10～12 d，孔隙水壓力水頭與庫水位之間的差值也越大，最大水位高差為1.5 m。

（4）庫水位升降過程中，各個(gè)層位水分含量實(shí)測(cè)曲線及總結(jié)規(guī)律很好的反應(yīng)了儀器安裝層位滑坡體內(nèi)水分含量的變化規(guī)律，與安裝部位的巖土體滲透特征總體上表現(xiàn)一致，其響應(yīng)規(guī)律與孔隙水壓力分析規(guī)律相結(jié)合為分析整個(gè)滑坡體的地下水滲流動(dòng)態(tài)過程提供了可靠數(shù)據(jù)支持。因水分含量變化受儀器安裝層位巖土體滲透系數(shù)、滑坡體地層巖性差異、地形坡度、到岸邊的距離、庫水位上升速率等多種因素的影響，各儀器響應(yīng)時(shí)間及飽和時(shí)間不具有線型關(guān)系。滲透飽和過程響應(yīng)關(guān)系為同等或相近滑坡體地層庫水入滲響應(yīng)研究提供了借鑒。

（6）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建成，滑坡體孔隙水壓力以及水分含量數(shù)據(jù)的獲取后，響應(yīng)關(guān)系的分析成果與勘察以及試驗(yàn)資料相結(jié)合能更加充分的理解滑坡體庫水入滲過程中地下水動(dòng)態(tài)的變化過程、更加細(xì)化的校正滑坡地質(zhì)模型、更加準(zhǔn)確的獲取建模過程及數(shù)值模擬所需要的參數(shù)，為獲取不同工況下數(shù)值模擬結(jié)果的真實(shí)性提供了可靠的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也為其他同類型滑坡的類比分析提供借鑒。

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Response Relationship of Riparian Zone of the Landslide M ass w ith Reservoir W ater Fluctuation Conditions

Yang Qiang1，Ye Zhennan2and Gao Youlong1
（1．Center for Hydrogeology and Environmental Geology of CGS，Baoding 071051，China；2．China University of Geosciences，Beijing 100083，China）

Taking Sidaoqiao landslide in Three Gorges Area as an example，real-time monitoring system of landslide pore water pressure，thewater contentand water level of reservoir is established.Based on the acquisition of long-term continuous observation data，dynamic process of riparian zone of the landslidemass in the process of change of reservoirwater level is studied.Results show that the change trend of the porewater pressure in the landslidemass is consistent with the reservoir water level during the fluctuation，but lags relatively behind.The response is fastwith a 0.2 m water-head during the rising process，while the lag time is relatively long during the falling process，whosemaximum water-head is 1.5 m.The water content curvemeasured reflects the variation of the water content of the soil beside the instrument，and the dynamic process of the groundwater seepage is analyzed by the combination of the variation law of porewater pressure and water content，the results ofwhich can provide reliable data support for numerical simulation，and provide reference for the research of landslideswith similar geotechnical engineering conditions at the same time.

Three Gorges Reservoir Area；riparian zone；reservoir water level fluctuation；seepage filed；response relationship

P642.22；X43

A

1000－811X（2014）02－0029－04

10.3969／j.issn.1000－811X.2014.02.007

楊強(qiáng)，葉振南，高幼龍.庫水波動(dòng)條件下滑坡體消落帶響應(yīng)關(guān)系研究［J］.災(zāi)害學(xué)，2014，29（2）：29－32.［Yang Qiang，Ye Zhennan，Gao Youlong.Response Relationship of Riparian Zone of the Landslide Masswith ReservoirWater Fluctuation Conditions［J］.Journal of Catastrophology，2014，29（2）：29－32.］

2013－09－16

2013－10－26

中國地質(zhì)調(diào)查局災(zāi)害研究項(xiàng)目（1212010814012）；國家自然科學(xué)基金（41372332）

楊強(qiáng)（1980－），男，山東淄博人，碩士，工程師，長期從事地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測(cè)和預(yù)警方面的研究工作.

E-mail：yang5359535＠126.com