三峽庫區(qū)庫水消落期某滑坡敏感性及動態(tài)穩(wěn)定性分析

張思遠

[摘要]消落期庫區(qū)涉水滑坡的穩(wěn)定性受滑帶土自身物理力學性質(zhì)、地下水位變化、坡體結(jié)構(gòu)等多種因素影響，由庫水位降低及降雨引起的地下水位變化是一個動態(tài)的過程，其對滑坡穩(wěn)定性的影響較為顯著。以三峽庫區(qū)某涉水滑坡為例，將傳遞系數(shù)法與地下水浸潤線計算公式相結(jié)合，對影響滑坡穩(wěn)定性的各因素的敏感性以及滑坡的動態(tài)穩(wěn)定性進行了計算分析。結(jié)果表明：敏感程度從高到低依次是內(nèi)摩擦角、地下水、內(nèi)聚力；滑坡的動態(tài)穩(wěn)定性隨著庫水位的下降而降低，其變化速率呈現(xiàn)出先快后緩的特征；利用常規(guī)穩(wěn)定性評價方法的結(jié)果偏低。因此，采用動態(tài)評價方法，充分考慮地下水位變化對滑坡穩(wěn)定性的影響，對于庫區(qū)涉水滑坡防治工程具有指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞]涉水滑坡 庫水位升降 地下水浸潤線 降雨 動態(tài)穩(wěn)定性 敏感性

[中圖分類號] P642.22 [文獻碼] A [文章編號] 1000-405X（2015）-3-345-1

0引言

滑坡是目前山區(qū)最常見的地質(zhì)災(zāi)害類型之一，其穩(wěn)定性受多種因素影響，主要包括滑帶土內(nèi)摩擦角Φ、滑帶土粘聚力c以及水的作用等。不同水庫型滑坡，受內(nèi)外地質(zhì)作用的共同結(jié)果，對這些影響因素的敏感性也隨之不同，尋求影響滑坡失穩(wěn)的主要因素，對其穩(wěn)定性計算與分析具有一定的指導(dǎo)意義，當前針對滑坡影響因素敏感性分析已有較多理論成果，如簡化Bishop模型法，正交試驗法、可靠度分析法等[2-4]。庫水位降低及降雨造成的滑坡體地下水位的波動是動態(tài)變化的[1]，產(chǎn)生的動水壓力以及地下水對滑帶土物理力學性質(zhì)的軟化，使滑坡體的穩(wěn)定性也隨之不斷的變化。而目前使用的庫區(qū)滑坡穩(wěn)定性評價方法僅考慮庫水位升降或降雨引起的地下水位變化穩(wěn)定后的情況，即采用靜態(tài)的方法進行穩(wěn)定性評價，忽略了中間過程，這樣便使得穩(wěn)定性評價結(jié)果同實際情況存在一定偏差，從而對防治工程的經(jīng)濟適用性和有效性產(chǎn)生影響[1]。因此，本文在三峽水庫某涉水滑坡已有靜態(tài)穩(wěn)定性研究基礎(chǔ)上，對該滑坡影響因素的敏感性以及在庫水位降低及降雨作用下的動態(tài)穩(wěn)定性作進一步探討。

1滑坡概況

該滑坡為古滑坡堆積體在庫水位作用下復(fù)活所致，平面形態(tài)呈拋物線型，分布高程110～205m，縱長310m，橫寬510m，勘察鉆孔揭露滑體厚度5.3～40.2m，平均厚度27～35m，面積9.2×104m2，體積225×104m3，主滑方向330°，與坡向基本一致?；螺S線剖面形態(tài)呈“大刀”形，后緣高5～8m，中前部20～40m，地形坡度10～25°，局部地形坡度在30°左右。

滑體主要由砂泥巖碎石、塊石以及碎石質(zhì)土、碎石夾土組成，中前部表層覆蓋3～5m河流沖積粉細砂及粉砂土?；瑤劣蓮婏L化泥巖經(jīng)擠壓破碎后形成的紫紅色碎石質(zhì)土及低液限粘土組成，后部厚0.2～0.3m，中前部厚0.5m左右，最厚達1.5m左右，該層自身物理力學性質(zhì)低以及地下水的滲透軟化，是決定滑坡穩(wěn)定狀況的主要軟弱夾層。

2涉水滑坡敏感性分析

本文采用傳遞系數(shù)法，首先選擇基準計算參數(shù)，并確定出基準條件下滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)Fs0，然后在此基礎(chǔ)上假定其他參數(shù)不變，調(diào)整某一參數(shù)，計算出該參數(shù)在一定范圍內(nèi)變動時穩(wěn)定系數(shù)隨之變化的結(jié)果，最后根據(jù)上述穩(wěn)定性計算結(jié)果得出敏感系數(shù)S。

2.1計算參數(shù)

2.2敏感性計算結(jié)果與分析

根據(jù)選取的基準條件和參數(shù)變化范圍，分別對內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、地下水位的敏感性進行計算分析。根據(jù)計算結(jié)果得出，滑坡穩(wěn)定性對各參數(shù)的敏感性平均值分別為：內(nèi)摩擦角50.9%、內(nèi)聚力33.8%，地下水位40.4%。即表明對該滑坡穩(wěn)定性影響因素有主到次依次是：滑帶土的內(nèi)摩擦角、地下水水位波動、粘聚力。

然而滑帶土的物理力學性質(zhì)又主要受地下水位的控制。地下水位對穩(wěn)定性影響主要與水入滲后形成較高的地下水位，孔隙水壓力增加，水入滲和外泄產(chǎn)生的動水壓力，使得滑體內(nèi)有效應(yīng)力降低，以及水對滑帶土的軟化和水解作用直接降低滑動面的抗剪強度有關(guān)。

3滑坡動態(tài)穩(wěn)定性分析

3.1庫水位及降雨作用下浸潤線求解方法

三峽庫區(qū)庫水位的調(diào)節(jié)并非是陡升陡降的，而是一個動態(tài)漸變的過程。根據(jù)三峽庫區(qū)水位年調(diào)度原則，庫水位由每年1～9月份從175m降至145m；而蓄水時間9～10月份約30天，時間相對較短，但庫水位升降仍可按等速考慮[3]。庫水位的動態(tài)變化以及降雨的作用，將會引起滑坡體內(nèi)部地下水位的波動，產(chǎn)生動水壓力以及造成滑坡體物理力學性質(zhì)發(fā)生改變，因而引起滑坡的穩(wěn)定性發(fā)生變化，這些變化也是隨著地下水位的波動而動態(tài)發(fā)展的。為初始水頭；為庫水位等速升降速率（水位上升取正值，水位下降去負值）；t為水位變化持續(xù)時間；d為含水層平均厚度；k為滲透系數(shù)；μ為給水度；為計算點距離坐標原點的水平距離；W為降雨強度值（降雨取正值，蒸發(fā)取0）。

3.2計算工況

根據(jù)《三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治工程地質(zhì)勘察技術(shù)要求》、《湖北省三峽庫區(qū)滑坡防治地質(zhì)勘察與治理工程技術(shù)規(guī)定》和《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》，三峽庫區(qū)位于Ⅵ度區(qū)，不考慮地震荷載，主要考慮庫水位降低以及降雨條件下滑坡動態(tài)穩(wěn)定性。計算時考慮的工況有如下兩種：自重+庫水位降低作用、自重+庫水位降低作用+50年一遇暴雨。

3.3計算參數(shù)

計算參數(shù)按照室內(nèi)外試驗結(jié)果、工程地質(zhì)類比法以及反演分析綜合取值。另外，滑坡體含水層平均厚度經(jīng)統(tǒng)計約為30m，50年一遇日最大降雨強度按照155.47mm/d考慮，水位升降速度按照1m/d考慮。

3.4動態(tài)穩(wěn)定性評價結(jié)果與分析

動態(tài)穩(wěn)定性系數(shù)主要按照傳遞系數(shù)法并結(jié)合浸潤線簡化計算公式，利用成都理工大學地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室自主開發(fā)的“滑坡治理方案計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)“slopeCAD”進行計算，根據(jù)《三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治工程地質(zhì)勘察技術(shù)要求》，按照二級邊坡評價，安全系數(shù)選取1.2。

根據(jù)消落區(qū)庫水位日降幅1m/d的變動條件，對以上兩種工況進行了動態(tài)穩(wěn)定性系數(shù)的計算評價分析。根據(jù)穩(wěn)定性系數(shù)隨庫水位波動及時間變化的情況，得出以下結(jié)論：

（1）不考慮庫水位變動影響，滑坡處于天然工況下，該滑坡穩(wěn)定性為1.809，處于穩(wěn)定狀態(tài)；如考慮庫水作用，使滑坡處于壩前175m靜水位+非汛期50年一遇暴雨工況下，其穩(wěn)定性將有所降低，為1.509，總體上仍處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）在庫水位降低以及降雨的作用下，受滑體土自身滲透系數(shù)的影響，滑坡體內(nèi)部地下水浸潤線的變化在時間上呈現(xiàn)出滯后于庫水位降低的趨勢。

（3）考慮庫水位動態(tài)變化，兩種工況均指出：穩(wěn)定性系數(shù)隨著庫水位的等速降低而降低，同時也呈現(xiàn)出非線性的特征，即隨庫水位等速下降，穩(wěn)定性系數(shù)的降低速率由起初的快速下降變?yōu)橼呌诰徛?。但滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)在整個變化過程中，均低于1.2，安全儲備不足，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

（4）與目前常用的靜態(tài)穩(wěn)定性評價方法（即考慮為庫水位升降及降雨引起的地下水位波動穩(wěn)定后的情況）計算結(jié)果相對比可知：消落期庫水位等速下降時，其穩(wěn)定性常規(guī)方法低于動態(tài)穩(wěn)定性評價結(jié)果，即說明常規(guī)方法偏于保守安全，動態(tài)穩(wěn)定性評價方法更經(jīng)濟合理且符合實際，具體結(jié)果對比見表6。

（5）隨著消落期庫水位等速降低及降雨作用，滑坡體內(nèi)部的地下水位始終處于一個波動變化過程中，這也使得該滑坡的穩(wěn)定性也處于這樣一個動態(tài)變化的過程，這也決定了其發(fā)生滑坡的可能性以及后期的危險性也處于一個動態(tài)變化過程中。因此，按照動態(tài)穩(wěn)定性理論對庫區(qū)涉水滑坡的穩(wěn)定性進行評價，是必要、合理的。

4結(jié)論

筆者通過對三峽庫區(qū)某涉水滑坡穩(wěn)定性影響因素敏感性分析以及對該滑坡在庫水位降低作用下的動態(tài)穩(wěn)定性的探討，得出以下結(jié)論：

（1）該滑坡穩(wěn)定性主要受庫水位變動、降雨引起的地下水位波動以及滑帶土自身抗剪強度的影響，其中地下水位變化引起的動水壓力以及對滑帶土抗剪強度的減弱，是引起涉水滑坡穩(wěn)定性變化的主要原因。

（2）對該涉水滑坡而言，庫水位降低及降雨作用，將引起坡體內(nèi)部地下水浸潤線的波動，從而使得其穩(wěn)定性和危險性處于動態(tài)變化過程之中。因此，根據(jù)動態(tài)穩(wěn)定性的理論進行庫區(qū)涉水滑坡穩(wěn)定性評價更真實可靠。

（3）從該涉水滑坡靜態(tài)（常規(guī)）與動態(tài)穩(wěn)定性評價方法比較可知，常規(guī)方法的評價結(jié)果偏于保守安全，在考慮防治措施時，存在經(jīng)濟浪費以及處置不及時等問題；因此，采用動態(tài)穩(wěn)定性評價方法來設(shè)計治理措施，更經(jīng)濟、及時有效。

參考文獻

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[4] 夏元友熊海豐.邊坡穩(wěn)定性影響因素敏感性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析[J].巖石力學與工程學報，2004，23（16）：2703-2707.