后緣裂縫充水對(duì)裂口山滑坡穩(wěn)定性的影響

杜常見(jiàn)，易慶林,3，張明玉，孟繪坤，文 凱

(1.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心, 湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué)三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 宜昌 443002；3.三峽大學(xué)湖北長(zhǎng)江三峽滑坡國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，湖北 宜昌 443002)

后緣裂縫充水對(duì)裂口山滑坡穩(wěn)定性的影響

杜常見(jiàn)1,2，易慶林1,2,3，張明玉1,2，孟繪坤1,2，文 凱1,2

(1.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心, 湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué)三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 宜昌 443002；3.三峽大學(xué)湖北長(zhǎng)江三峽滑坡國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，湖北 宜昌 443002)

通過(guò)分析裂口山滑坡的GPS專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)位移資料，初步判定其變形與降雨入滲存在一定聯(lián)系，采用離散元程序3DEC 5.0模擬降雨條件下后緣裂縫充水對(duì)滑坡變形、應(yīng)力狀態(tài)及穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：裂口山滑坡后緣裂縫充水產(chǎn)生的滑體變形主要表現(xiàn)為局部變形，滑體底部水平位移明顯大于頂部，且后緣裂縫內(nèi)水頭越高，滑體綜合水平位移越大；水頭H在25 m附近變化時(shí)，對(duì)滑體綜合水平位移影響最為敏感。裂口山滑坡后緣裂縫內(nèi)的靜水壓力所產(chǎn)生的推力不足以使該滑坡啟動(dòng)，后緣裂縫充水前后，底部滑面各點(diǎn)的有效正應(yīng)力下降幅度較大，即滑面抗剪強(qiáng)度大幅降低，但對(duì)其穩(wěn)定性影響不大。裂縫充水前后，并隨著水頭高度的增加，穩(wěn)定系數(shù)變幅不大，滑體仍能保持穩(wěn)定狀態(tài)。

裂口山滑坡；后緣裂縫；充水高度；穩(wěn)定性

0 前言

裂口山滑坡位于云陽(yáng)縣蓮花鄉(xiāng)長(zhǎng)江干流北岸斜坡上。據(jù)史料記載，早在唐朝時(shí)代云陽(yáng)裂口山就已經(jīng)存在，至今幾百年，地表斷裂的尺寸已經(jīng)達(dá)到了幾十米[1]。其變形特征是山體沿61°方向開(kāi)裂一裂谷，谷寬25～40 m，可見(jiàn)深度8～30 m，谷底為崩積物。據(jù)當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)反映，乾隆34年(公元1770年)時(shí)，裂口最寬處不足10 m。許多學(xué)者曾對(duì)裂口山的成因做過(guò)分析，但仍未能得到滿(mǎn)意的結(jié)果[2]。近年來(lái)，裂口山滑坡被列為三峽庫(kù)區(qū)二期專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)滑坡，自2004年以來(lái)，對(duì)其地表位移進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。李遠(yuǎn)寧，馮曉亮等[3]分析了該區(qū)2004年的降雨情況與裂口山滑坡監(jiān)測(cè)位移數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，認(rèn)為較大頻率和強(qiáng)度的降雨是滑坡變形的主要誘發(fā)因素。

裂口山滑坡發(fā)育于侏羅系上統(tǒng)遂寧組紫紅色泥巖及泥質(zhì)粉砂巖組成的平緩層狀坡中，為典型的平推式巖質(zhì)滑坡。國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)平推式滑坡的主要特征、平推式滑坡的形成條件、平推式滑坡的致災(zāi)機(jī)理、平推式滑坡的啟動(dòng)判據(jù)以及平推式滑坡的防治措施等方面均進(jìn)行了較為深入的研究。平推式滑坡的概念最先由張倬元[4]于1985年提出，其特征為：滑坡體主要沿層面滑動(dòng)，滑動(dòng)面傾角都很小、近水平，一般小于10°[5]。范宣梅[6]對(duì)四川省宣漢天臺(tái)鄉(xiāng)滑坡分析后提出了多級(jí)平推式滑坡的概念及其成因機(jī)制。在成因機(jī)制方面，導(dǎo)致平推式滑坡失穩(wěn)的主要因素為地下水的作用。殷坤龍等[7]研究了萬(wàn)州區(qū)近水平地層滑坡，指出誘發(fā)平推式滑坡的主因是靜水壓力。黃潤(rùn)秋[8]指出平推式滑坡的產(chǎn)生，主要由于特定類(lèi)型的斜坡結(jié)構(gòu)具有間歇裂隙充水承壓型水動(dòng)力特征。舒中潘等[9]認(rèn)為暴雨是誘發(fā)平推式滑坡的重要因素，暴雨所致的后緣靜水壓力是平推式滑坡體啟動(dòng)的關(guān)鍵因素。周應(yīng)華等[10]認(rèn)為水平砂泥巖互層狀巖體在上覆巖層自重的作用下，由于水平方向變形不協(xié)調(diào)，砂巖將受應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，容易產(chǎn)生平推式滑坡。吉隨旺等[11]指出近水平軟硬互層斜坡暴雨期間在裂隙水和滲流水的揚(yáng)壓力聯(lián)合作用下，產(chǎn)生滑移。

平推式滑坡后緣拉裂槽內(nèi)的臨界水頭高度的研究，對(duì)其穩(wěn)定性的判斷至關(guān)重要[12-16]。張倬元[4]通過(guò)力學(xué)分析推導(dǎo)出了該類(lèi)滑坡啟動(dòng)的臨界水頭高度計(jì)算公式。范宣梅等[6]通過(guò)物理模擬再現(xiàn)滑坡變形破壞過(guò)程，進(jìn)一步驗(yàn)證了張倬元等提出的平推式滑坡啟動(dòng)判據(jù)公式。趙勇[17]運(yùn)用偏最小二乘法回歸分析獲得了平推式滑坡滑動(dòng)時(shí)臨界水頭統(tǒng)計(jì)模型，并與力學(xué)分析得到的啟動(dòng)判據(jù)模型進(jìn)行了對(duì)比。劉才華等[18]通過(guò)分析張裂隙充水高度和降雨強(qiáng)度的關(guān)系，提出了以臨界降雨強(qiáng)度作為水力驅(qū)動(dòng)型邊坡順層滑移失穩(wěn)的判據(jù)。

本文通過(guò)改變裂口山后緣拉裂縫中的水壓力條件，分析其滑面孔隙水壓力分布特征，以及有效應(yīng)力特征，通過(guò)綜合位移和強(qiáng)度折減法分析，研究了該滑坡的水壓力條件對(duì)其變形及穩(wěn)定性的影響。

1 裂口山概況

1.1 基本概況

裂口山滑坡位于云陽(yáng)縣蓮花鄉(xiāng)長(zhǎng)江干流北岸斜坡上。該滑坡在平面上近似矩形(圖1)，剖面上呈折線型(圖2)，縱長(zhǎng)約300 m，前緣寬約380 m，面積1.14×105m2，體積約3.42×106m3。該滑坡左右兩側(cè)邊界均為溝谷地貌，前緣為基巖陡崖，臨空條件較好。后緣為凹形地貌，形成一條大沖溝，將后緣兩側(cè)分割成兩個(gè)獨(dú)立的基巖山脊。平行于后緣走向發(fā)育有一條長(zhǎng)約300 m寬約20～30 m的大裂谷，將整個(gè)山體“劈開(kāi)”(圖3)，形成裂口山滑坡。裂口山滑坡體后緣兩側(cè)宛如兩座脫離母巖的“山峰”，兩側(cè)高，中間低。滑坡體后部地形較陡，坡度約為30°～35°，中部及前部較為平緩。

圖2 裂口山滑坡地質(zhì)剖面圖Fig.2 Profile of the chasm mountain landslide

圖3 裂口山滑坡后緣開(kāi)裂情況Fig.3 The chasm at Trailing edge

從剖面上看，該滑坡后緣裂口可見(jiàn)深度約為15 m，底下為崩坡積物所填充，據(jù)前人資料記載及現(xiàn)場(chǎng)勘查估計(jì)，裂口被填充的深度約40 m，裂口張開(kāi)度最寬處位于頂部，約達(dá)30 m。整個(gè)滑體坐落于基巖滑床之上，滑床基巖為侏羅系上統(tǒng)遂寧組細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖與粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層，以砂巖為主，巖層產(chǎn)狀近水平(圖4)?；w主要由侏羅系上統(tǒng)遂寧組薄層細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖組成，砂泥巖互層，中度風(fēng)化，強(qiáng)度較低，產(chǎn)狀近水平。裂口內(nèi)由碎塊石土所填充，填充深度約為40 m?；麦w前部表層覆蓋第四系滑坡堆積物與崩坡積物，厚約2～5 m，主要由紫紅色粉質(zhì)粘土夾碎塊石構(gòu)成，結(jié)構(gòu)松散?；瑤楸臃凵百|(zhì)泥巖，主滑面后部產(chǎn)狀大致為160°∠60°，前部產(chǎn)狀近水平，在地下水浸泡下水解軟化，裂口山滑體即沿著此軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生蠕滑變形。

研究區(qū)內(nèi)屬亞熱帶暖濕季風(fēng)氣候區(qū)，降水充沛。多年平均降水量為1 145.1 mm，夏半年雨季(5～10月)降水量占全年的79%，而冬半年(11月～4月)僅占21%。在連續(xù)降雨或暴雨情況下，雨水在裂口山以上多以面流形式向后緣大沖溝內(nèi)匯聚，然后排向后緣拉裂槽內(nèi)。在前緣公路附近，可見(jiàn)一兩處季節(jié)性滲水點(diǎn)，表現(xiàn)為土壤潮濕現(xiàn)象，未見(jiàn)明顯水流。

圖4 后緣壁面薄層砂泥巖互層Fig.4 Thin sand-shale interbed on the rear wall

1.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

裂口山滑坡為三峽庫(kù)區(qū)二期專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)滑坡，滑坡體上共設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)剖面，分別位于滑體的左、中、右側(cè)，每個(gè)監(jiān)測(cè)剖面上均安裝3個(gè)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別位于滑體后部、中部及前部，共9個(gè)GPS專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖5)。

根據(jù)GPS專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)結(jié)果，結(jié)合該區(qū)歷年降雨資料，(從2004年10月份至2013年12月份，每月分上、中、下三旬為累積降雨量計(jì)時(shí)單位)繪制了該滑坡在2004年10月份至2013年12月份期間的位移—降雨—時(shí)程曲線圖(圖5)。由監(jiān)測(cè)位移曲線可看出，監(jiān)測(cè)點(diǎn)YY08和YY09兩點(diǎn)的水平累積位移最大，分別為382 mm和395 mm；水平累積位移最小的點(diǎn)YY01，為79 mm；其它各點(diǎn)的累積位移值位于130～200 mm區(qū)間內(nèi)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，裂口山滑坡各點(diǎn)水平位移呈逐步增大趨勢(shì)，整體大致沿160°方向運(yùn)動(dòng)，處于蠕滑變形階段。

從空間分布來(lái)看，滑坡后緣裂口始于后緣右側(cè)，從西到東逐漸開(kāi)張，并沿右側(cè)邊界貫通至前緣公路，呈東寬西窄的形態(tài)；由累計(jì)位移曲線可知，滑坡體東部(監(jiān)測(cè)點(diǎn)YY07、YY08、YY09)位移明顯大于西部(監(jiān)測(cè)點(diǎn)YY01、YY02、YY03)，滑坡的位移變化趨勢(shì)與裂口的發(fā)育程度呈一致關(guān)系，由此推測(cè)，滑坡后緣裂口發(fā)育深度亦是東部大于西部。

根據(jù)位移—降雨—時(shí)程曲線，在2007年5～7月期間，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累積位移曲線呈現(xiàn)不同程度的跳躍式增長(zhǎng)，結(jié)合降雨曲線可明顯發(fā)現(xiàn)，發(fā)生位移跳躍點(diǎn)時(shí)值云陽(yáng)地區(qū)雨季時(shí)期，旬降雨量達(dá)到了150 mm左右，故初步認(rèn)為降雨對(duì)本次變形起到了很大的激勵(lì)作用。其中位于滑坡體東部的YY08和YY09兩點(diǎn)跳躍現(xiàn)象最為明顯，月位移量分別達(dá)到80 mm和100 mm，而位于滑坡體西部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)YY01、YY02月位移量均在30 mm左右，明顯小于滑坡體東部的位移量。同樣的現(xiàn)象也出現(xiàn)在2009年7～9月份以及2013年的5～7月份。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，滑坡左側(cè)前緣崩坡積物堆積厚度相對(duì)較大，碎石含量較高，人類(lèi)旱地耕植，坡腳公路開(kāi)挖，形成高約4 m的陡坎，并在公路內(nèi)側(cè)排水溝內(nèi)有泉水滲出，流量很小。在2007年7～9月份強(qiáng)降雨條件下，堆積層與下伏滑體交界面處的土體在后部陡坡坡面排水的浸透作用下，力學(xué)強(qiáng)度下降，局部穩(wěn)定性減小，加之前緣人工切坡卸荷，促使該處滑體發(fā)生局部位移突變(YY08、YY09所處位置)，并在每年雨季均有一定的變形加劇。

圖5 累積位移—降雨量—時(shí)程曲線Fig.5 The cumulative displacement-rainfall-time history curve

分析認(rèn)為，由于東部滑坡后緣裂縫的深度大于西部，在持續(xù)降雨條件下，東部裂縫的充水高度大于西部，故裂隙水以及滲流水對(duì)滑坡體產(chǎn)生的揚(yáng)壓力亦是東部大于西部，因此導(dǎo)致降雨對(duì)滑坡位移變形的激勵(lì)作用產(chǎn)生了東西部差異之別，使得裂口山滑坡發(fā)生了順時(shí)針?lè)较虻呐まD(zhuǎn)變形。

2 離散元模型

為進(jìn)一步研究降雨入滲所產(chǎn)生的水壓力對(duì)裂口山滑坡變形及穩(wěn)定性的影響，本文采用三維離散元軟件最新版3DEC 5.0，對(duì)該滑坡在不同水文地質(zhì)條件下的工況進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。3DEC軟件采用的是離散單元法，將模型劃分為多個(gè)塊體，塊體與塊體之間通過(guò)角、面或邊進(jìn)行接觸，并可以平移、轉(zhuǎn)動(dòng)或者變形，連接塊體之間的節(jié)理面可以被壓縮、分離、滑動(dòng)[19-20]。

該軟件運(yùn)用流固耦合原理，可以模擬巖體裂隙水的滲流及水壓力的變化情況，還可以模擬裂縫的變形擴(kuò)展過(guò)程，適用于本文裂口山滑坡模型的研究。后緣裂縫充水后，會(huì)對(duì)滑坡后部產(chǎn)生一定的靜水壓力，同時(shí)在滑體底部產(chǎn)生的揚(yáng)壓力使得滑面的抗剪強(qiáng)度下降，引起滑體產(chǎn)生向前推移變形，進(jìn)而使得裂縫進(jìn)一步擴(kuò)張，充水后產(chǎn)生的水壓力變大，又進(jìn)一步促使位移變形的發(fā)生，如此循環(huán)耦合作用，直至達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。此次研究并未考慮裂縫水滲入滑體、滑床轉(zhuǎn)化為承壓水或潛水后的滑坡穩(wěn)定性的影響。

2.1 計(jì)算模型

根據(jù)裂口山滑坡地質(zhì)模型，建立離散元滲流穩(wěn)定性計(jì)算模型(圖6)。模型長(zhǎng)270 m，高167 m，分為4個(gè)區(qū)域，1號(hào)區(qū)域?yàn)榛潞缶壱酝獾膸r體，該區(qū)巖性為薄層砂巖與泥巖互層；2號(hào)區(qū)域?yàn)榱芽趦?nèi)的填充物，主要為碎塊石土，夾大塊石；3號(hào)區(qū)域?yàn)榱芽谏交w，該區(qū)巖性為薄層砂巖與泥巖互層，由于曾發(fā)生過(guò)較大變形及應(yīng)力釋放，該區(qū)巖體強(qiáng)度較1區(qū)低；4號(hào)區(qū)域?yàn)榛不鶐r，巖性為厚層長(zhǎng)石石英砂巖，其力學(xué)強(qiáng)度較1、2、3區(qū)高。

設(shè)2號(hào)區(qū)域與1、3號(hào)區(qū)域的接觸面為1號(hào)接觸面，該接觸面為碎塊石土與巖體接觸；1號(hào)區(qū)域與3號(hào)區(qū)域的接觸面為2號(hào)接觸面，該接觸面為巖體裂隙面；3號(hào)區(qū)域與4號(hào)區(qū)域的接觸面為3號(hào)接觸面，該接觸面夾有軟弱泥巖。

裂口填充深度為40 m，即1號(hào)接觸面垂直高度為40 m。依據(jù)計(jì)算要求，在1號(hào)接觸面上設(shè)置7個(gè)定水頭(圖中1號(hào)接觸面處的刻度)，分別為10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、35 m、40 m，以研究裂縫水頭高度對(duì)裂口山變形及穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

根據(jù)計(jì)算精度和計(jì)算效率需要，模型各個(gè)區(qū)域的單元網(wǎng)格劃分尺寸不同，1號(hào)區(qū)域網(wǎng)格尺寸為5 m，2、3號(hào)區(qū)域網(wǎng)格尺寸為3 m，4號(hào)區(qū)域網(wǎng)格尺寸為8 m。模型前后邊界均固定水平位移為零，底部邊界固定水平及豎直方向位移為零。在2號(hào)接觸面和3號(hào)接觸面上設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以記錄在計(jì)算過(guò)程中接觸面上的水壓力及有效應(yīng)力的變化情況。

圖6 裂口山滑坡計(jì)算模型Fig.6 Calculation model of landslide

2.2 計(jì)算參數(shù)

模型物理力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)分為區(qū)域塊體材料參數(shù)(表1)和接觸面參數(shù)(表2)，其中在考慮不同靜水壓力工況條件時(shí)，認(rèn)為在后緣充水條件下滑帶土基本處于飽和狀態(tài)，含水量保持不變，故其滑面力學(xué)參數(shù)保持不變。區(qū)域塊體材料采用彈塑性本構(gòu)模型，接觸面采用庫(kù)倫滑移本構(gòu)模型。塊體的力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)源于室內(nèi)試驗(yàn)和參數(shù)反演綜合取值，接觸面的力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)源于反演分析。

表1 區(qū)域塊體力學(xué)參數(shù)

表2 接觸面力學(xué)參數(shù)

2.3 計(jì)算方案

本文主要研究裂口山滑坡的裂縫充水高度對(duì)其變形、應(yīng)力及穩(wěn)定性的影響規(guī)律，如前文所述，在裂縫內(nèi)施加不同的定水頭，計(jì)算7種水頭工況，每種工況的計(jì)算步驟如下：

(1)在施加水頭壓力之前，先計(jì)算模型初始平衡，該階段共計(jì)算10 000步時(shí)；

(2)在1號(hào)接觸面上施加定水頭，水體向2、3號(hào)接觸面入滲，該階段為流固耦合過(guò)程，共計(jì)算1 000 000步時(shí)；

(3)在已有計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過(guò)強(qiáng)度折減法，計(jì)算滑坡模型的穩(wěn)定系數(shù)。

3 計(jì)算結(jié)果分析

裂口山滑坡后緣裂縫中的水體，一方面產(chǎn)生靜水壓力，對(duì)滑體施加向前的推力，另一方面，在水體自重及水壓力作用下，向下滲流，入滲到底部滑動(dòng)面的裂隙中，產(chǎn)生揚(yáng)壓力。本文分別從變形、應(yīng)力和穩(wěn)定性等方面研究不同水頭高度的水壓力對(duì)裂口山滑坡的影響。

3.1 位移

見(jiàn)圖7(a、b、c、d)，分別為裂縫水頭H=10 m、20 m、30 m、40 m條件下的滑坡水平位移云圖，限于篇幅，本文只列出此四種水頭條件下的位移云圖。從計(jì)算結(jié)果可知，受水壓力作用，滑體底部水平位移明顯大于頂部；且后緣裂縫內(nèi)水頭越高，滑體整體水平位移越大；在水頭H=10 m時(shí)，位于滑體底部的最大局部水平位移為0.111 m，在水頭H=40 m時(shí)，位于滑體底部的最大局部水平位移為0.387 m。

圖7 不同水頭條件下的水平位移云圖Fig.7 Displacement nephogram under the condition of different water heads

為了進(jìn)一步探究裂縫充水高度與滑體所產(chǎn)生水平位移的相關(guān)關(guān)系，本文將滑體水平位移云圖進(jìn)行量化處理，引入“綜合水平位移”的概念，其計(jì)算方法如下：

(6)

其中:W——綜合水平位移；wi——云圖中第i種顏色代表的位移的平均值；ki——第i種顏色的面積與滑體總面積的比值。

本文計(jì)算了7中水頭工況下滑體的綜合水平位移(圖8)，按照水頭從低到高的順序，滑體綜合位移分別為0.091m、0.121m、0.178m、0.235m、0.275m、0.304m、0.329m。從圖8可知，裂縫水頭H與綜合水平位移W的函數(shù)曲線呈三次冪函數(shù)形式，其拐點(diǎn)位移H=25 m附近。即水頭H在25 m附近變化時(shí)，對(duì)滑體綜合水平位移影響最為敏感。

圖8 綜合水平位移與裂縫水頭關(guān)系曲線Fig.8 The comprehensive horizontal displacement vs water head

3.2 水壓力與有效應(yīng)力

位移是力的作用結(jié)果，水壓力不僅會(huì)對(duì)滑體直接產(chǎn)生位移，而且還會(huì)改變滑體的有效應(yīng)力條件，從而間接地改變滑體位移，亦會(huì)影響滑坡體的穩(wěn)定性。本文在該滑坡滑動(dòng)面上設(shè)置了5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以記錄水壓力與有效正應(yīng)力隨時(shí)間的變化規(guī)律，以及最終達(dá)到平衡狀態(tài)后，兩者的大小關(guān)系。

通過(guò)分析7種不同工況下的水壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)各工況的規(guī)律基本一致，限于篇幅，本文只列舉了水頭H=25 m時(shí)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水壓力隨時(shí)間的變化曲線(圖9)。從滑面各點(diǎn)水壓力監(jiān)測(cè)曲線可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)1、2、3在第500 000步時(shí)的時(shí)候，其水壓力就基本已經(jīng)達(dá)到平衡，監(jiān)測(cè)點(diǎn)4、5在第5 000 000步時(shí)的時(shí)候，其水壓力已基本接近平衡。從圖9可知2、3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的水壓力最大。

圖9 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水壓力隨時(shí)間變化情況(H=25 m)Fig.9 The water pressure monitored changes with time

為進(jìn)一步分析在不同裂縫水頭條件下各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水壓力與有效正應(yīng)力的大小，本文表3中列舉了在第5 000 000步時(shí)的時(shí)候(水壓力基本平衡)，各點(diǎn)水壓力與有效正應(yīng)力的最終值，其中裂縫水頭H=0為不考慮水壓力條件下的計(jì)算值(表3)。分析表中數(shù)據(jù)，可總結(jié)出如下幾點(diǎn)：

(1)從表中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同水頭條件下的水壓力值可知，當(dāng)滑面處水壓力達(dá)到平衡狀態(tài)后，后緣裂縫水頭高度的變化對(duì)滑面各點(diǎn)最終水壓力大小無(wú)明顯影響。

(2)從H=0時(shí)1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的有效正應(yīng)力來(lái)看，其值為0，說(shuō)明在滑體及后緣裂縫中填充物的自重力條件下，1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處已處于架空狀態(tài)。在考慮后緣裂縫充水條件下，2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的有效正應(yīng)力從原來(lái)的6.52E+05Pa降低至0，即該處的抗剪強(qiáng)度降低至0。

(3)在后緣裂縫充水前后，滑面處的有效正應(yīng)力變化較大，其中2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處降低至0，3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處降低至充水前的54%，4號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)降低至原來(lái)的28%，5號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)降低至原來(lái)的53%。從各點(diǎn)各水頭高度的有效正應(yīng)力來(lái)看，當(dāng)后緣充水后，水頭高度的變化對(duì)滑面處有效正應(yīng)力的大小影響不大。

表3 不同水頭條件下各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水壓力與有效正應(yīng)力(step=5 000 000)

3.3 穩(wěn)定性狀態(tài)

本文在流固耦合計(jì)算達(dá)到平衡狀態(tài)后，在此基礎(chǔ)上采用強(qiáng)度折減法計(jì)算不同水頭工況下滑坡模型的穩(wěn)定系數(shù)。在未考慮裂縫充水條件下，滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.67。在充水后，隨著水頭高度的增加，穩(wěn)定系數(shù)依次減小，分別為1.66，1.65，1.62，1.57，1.50，1.49，1.48(圖10)。從各水頭的穩(wěn)定系數(shù)變化來(lái)看，在H=25 m附近，水頭高度的變化對(duì)滑坡穩(wěn)定系數(shù)影響較大；在H>30 m，滑坡穩(wěn)定系數(shù)受水頭高度的影響較小。

圖10 裂縫水頭與滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fig.10 The stability coefficient vs water head

從整體穩(wěn)定性來(lái)看，在后緣裂縫充水后，滑坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)，且在最高水頭條件下，滑坡穩(wěn)定系數(shù)較未充水狀態(tài)減小0.18，由此可見(jiàn)，裂口山滑坡后緣裂縫中水壓力條件對(duì)該滑坡穩(wěn)定性略有影響，但影響不大。從本文的計(jì)算結(jié)果可知，裂口山滑坡后緣裂縫水壓力條件并非是該滑坡啟動(dòng)的決定性因素，只是促進(jìn)了其變形，降低了滑面抗剪強(qiáng)度。

裂口山滑坡產(chǎn)生發(fā)育由來(lái)已久，其所處位置地質(zhì)構(gòu)造為巴堰峽系方斗山背斜，該構(gòu)造的北延部分形跡在近挽期緩慢抬升，且受長(zhǎng)江下切作用，形成裂口山。由滑坡專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，目前滑坡變形主要以左側(cè)前緣的局部變形為主，該變形在每年雨季發(fā)生跳躍，受降雨作用明顯，這與前文數(shù)值模擬的位移分析結(jié)果一致。而滑坡整體處于緩慢蠕滑狀態(tài)，數(shù)值計(jì)算結(jié)果也顯示各工況下滑坡的穩(wěn)定系數(shù)均大于1.40，即均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

結(jié)合滑坡現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)果，滑坡左側(cè)前緣為臨空面，后緣裂口向東延伸至此，在暴雨條件下，邊界沖溝匯水和地表水快速灌入，致使裂縫內(nèi)水頭快速上升，水壓力急劇增加，在裂縫靜水壓力和基底揚(yáng)壓力的聯(lián)合作用下，左側(cè)坡體抗剪強(qiáng)度降低，發(fā)生局部變形；結(jié)合前人研究結(jié)果[2]，筆者認(rèn)為造成滑坡緩慢蠕滑變形是構(gòu)造余能消散的結(jié)果，即應(yīng)力調(diào)整的過(guò)程。

4 結(jié)論與探討

4.1 結(jié)論

裂口山滑坡結(jié)構(gòu)為典型的平緩層狀坡，該滑坡后緣裂口可見(jiàn)深度約為15 m，底下為崩坡積物所填充，被填充深度約40 m，裂口張開(kāi)度最寬處位于頂部，達(dá)30 m。本文通過(guò)分析裂口山滑坡的GPS專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)位移資料，初步判定其變形與降雨入滲存在一定聯(lián)系，采用離散元程序3DEC 5.0模擬降雨條件下后緣裂縫充水對(duì)滑坡變形、應(yīng)力狀態(tài)及穩(wěn)定性的影響，得出如下結(jié)論：

(1)裂口山滑坡后緣裂縫充水產(chǎn)生的滑體變形主要表現(xiàn)為局部變形?；w底部水平位移明顯大于頂部；且后緣裂縫內(nèi)水頭越高，滑體綜合水平位移越大；水頭H在25 m附近變化時(shí)，對(duì)滑體綜合水平位移影響最為敏感。

(2)在穩(wěn)態(tài)滲流條件下，隨著后緣水頭高度的增加，滑坡的穩(wěn)定系數(shù)有一定的減小，但幅度不大，且均大于1.4，滑體仍能保持穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)裂口山滑坡砂巖夾薄層泥巖的巖性組合決定了滑坡在差異蠕變作用下，拉裂縫會(huì)不斷擴(kuò)展，這也是導(dǎo)致裂口山滑坡局部變形加劇的重要原因；而暴雨條件下裂縫充水形成的瞬間高水壓力是滑坡產(chǎn)生局部變形直接原因。

4.2 探討

此次研究過(guò)程中，未考慮裂縫水滲入滑體、滑床轉(zhuǎn)化為承壓水或潛水后對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響，有關(guān)裂口山滑坡的成因機(jī)制有待更深一步的研究。

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The numerical simulation on landslide stability to chasm mountain landslide affected by water filling at trailing edge chasm

DU Changjian1,2,YI Qinglin1,2,3，ZHANG Mingyu1,2,MENG Huikun1,2,WEN Kai1,2

(1.CollaborativeInnovationCenterforGeo-HazardsandEco-EnvironmentinThreeGorgesArea,Yichang,Hubei443002,China; 2.MinistryofEducationKeyLaboratoryofGeologicalDisasterofThreeGorgesReservoirArea,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang,Hubei443002,China;3.NationalFieldObservationandResearchStationofLandslidesInThreeGorgesReservoirAreaofYangtzeRiver,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang,Hubei443002,China)

The displacement data of professional GPS monitoring of chasm mountain landslide is analyzed, to preliminary assume the relationship between deformation and rainfall infiltration. Under the condition of water filling in the back edge crack, the deformation, stress state and stability is simulated through the discrete element method, to study the effect of water pressure on chasm mountain landslide. The results show that the deformation caused by the water pressure in trailing edge chasm is mainly local, and the horizontal displacement at the bottom of the sliding body is significantly greater than the top, and the higher the water head at trailing edge chasm, the comprehensive horizontal displacement is larger. The comprehensive horizontal displacement is the most sensitive when the water head variation Around 25 meters. The thrust produced by water in trailing edge chasm is not enough to make the landslide. Before and after water filling in the trailing edge chasm, the effective normal stress on sliding surface reduce a lot, while the stability of the whole landslide changes slightly. So the chasm mountain landslide could keep stable state no matter the water head in trailing edge chasm.

the chasm mountain landslide; chasm; water head; deformation; stress state; stability

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.01.03

2016-06-13;

2016-10-21

三峽大學(xué)研究生創(chuàng)新研究基金項(xiàng)目(2015CX032)

杜常見(jiàn)(1990-)，男，碩士研究生，主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治及巖土工程方面的研究。 E-mail:805529170@qq.com

易慶林(1966-) ，男，教授，主要從事防災(zāi)減災(zāi)工程、變形監(jiān)測(cè)等方面的研究。 E-mail: yiqinglin@ctgu.ed

P642.22

A

1003-8035(2017)01-0013-09