緩地形阻滑段滑坡對(duì)三峽水庫(kù)水位日降幅的響應(yīng)特征分析

楊 帆

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心，四川 成都 610000)

三峽工程水庫(kù)自2003年汛后蓄水以來(lái)，由于控制了消落期庫(kù)水位下降速率(0.6 m/d)，10余年來(lái)2 600多處涉水崩塌滑坡僅有6處(0.23%)大規(guī)模崩滑入江，另外591處滑坡均以小規(guī)模變形為主，近年來(lái)滑坡變形數(shù)量和程度出現(xiàn)了減少減弱的趨勢(shì)。但是嚴(yán)格控制庫(kù)水下降速率在一定程度上限制了三峽工程綜合效益的發(fā)揮。鑒于此，是否可以增大三峽水庫(kù)消落期庫(kù)水位下降控制速率(擬提高至0.8～1.2 m/d)，以提高防洪發(fā)電效益成為了目前亟待研究解決且備受關(guān)注的重大問(wèn)題。

受三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)岸再造效應(yīng)，大量涉水滑坡前緣阻滑段地形逐漸平緩，對(duì)庫(kù)水位升降相應(yīng)特征出現(xiàn)改變。本文在通過(guò)詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合收集往期滑坡勘察設(shè)計(jì)資料，綜合分析評(píng)價(jià)三峽庫(kù)區(qū)麻地灣滑坡在非汛期水庫(kù)增加水位下降速率條件下的穩(wěn)定性，綜合分析論證增加庫(kù)水位下降速率的可行性。

1 麻地灣滑坡基本概況

1.1 麻地灣滑坡地質(zhì)概況

麻地灣滑坡區(qū)位于重慶市萬(wàn)州區(qū)溪口鄉(xiāng)，滑坡區(qū)域距離三峽大壩約309.90 km。斜坡所處地貌類(lèi)型屬侵蝕堆積低山丘陵地貌，斜坡傾向333°，長(zhǎng)約680 m，平均坡度為15°。該坡結(jié)構(gòu)為斜向坡，局部上覆較厚的第四系沖積、滑坡堆積、崩滑堆積等成因的碎塊石土，下伏侏羅系中統(tǒng)新田溝組(J2χ)砂巖、泥質(zhì)砂巖，巖層產(chǎn)狀333°∠17°。斜坡所處構(gòu)造部位為萬(wàn)州復(fù)向斜南東冀，其上堆積了較厚的松散堆積物。滑坡平面形態(tài)呈舌形，縱長(zhǎng)680 m，橫寬330 m，平均厚度20 m，面積22.4 m2，體積4 484 m3，為土質(zhì)滑坡，主滑方向305°(圖1)，受原始地形及庫(kù)岸再造效應(yīng)影響，滑坡涉水段地形較為寬緩。

居民在斜坡上分散居住，主要表現(xiàn)為在坡體上修路建房、農(nóng)田種值和開(kāi)挖坡腳等。此外，三峽水庫(kù)蓄水、降雨等將對(duì)斜坡產(chǎn)生一定的影響。

1.2 滑坡變形情況

2004年7—8月，滑體重新產(chǎn)生活動(dòng)，致使前緣部分果樹(shù)歪斜、中部農(nóng)田下沉，民房出現(xiàn)裂縫。2010年6月，滑坡上有31戶人家房屋均有輕微變形?；麦w上及其影響范圍內(nèi)有較多居民，建有房屋、道路等設(shè)施，因此，該滑坡一旦突發(fā)，將嚴(yán)重危及滑坡體上及周邊居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，并對(duì)長(zhǎng)江航道產(chǎn)生影響。

2 三峽庫(kù)水位變動(dòng)對(duì)滑坡的影響

2.1 模型建立

麻地灣滑坡為典型滑動(dòng)面位于145～175 m水位變動(dòng)帶的滑坡，該類(lèi)滑坡穩(wěn)定性受庫(kù)水位影響最大，為研究該滑坡的水力響應(yīng)特征，通過(guò)Geo-studio軟件Seep、sigma、slope分別模擬庫(kù)水位升降對(duì)滑坡滲流場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)、穩(wěn)定性的影響。

通過(guò)查閱該滑坡原有勘察資料及實(shí)驗(yàn)室力學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)，確定力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 數(shù)值模擬力學(xué)參數(shù)

通過(guò)類(lèi)比分析該地區(qū)以往成果獲取該區(qū)域基巖非飽和滲透參數(shù)，利用該滑坡原有勘察資料結(jié)合Seep模塊耦合滑坡堆積體非飽和滲透參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表2、3。

表2 滑坡堆積體耦合參數(shù)

表3 新田溝組水文計(jì)算參數(shù)

首先使用Seep模塊模擬三峽庫(kù)區(qū)水文變動(dòng)，創(chuàng)建滑坡瞬態(tài)滲流場(chǎng)，其次使用Sigma模塊模擬瞬態(tài)應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)，最后利用Slope模塊使用Sigma計(jì)算結(jié)果模擬庫(kù)水位變動(dòng)過(guò)程中滑坡穩(wěn)定性。創(chuàng)建數(shù)值模擬二維模型見(jiàn)圖2，計(jì)算整體覆蓋層穩(wěn)定性。

2.2 水位上升段穩(wěn)定性變形分析

通過(guò)分析水位上升段結(jié)果(圖3)，麻地灣滑坡在水位上升階段(145～175 m)，因滑體內(nèi)地下水水位抬升速率滯后于庫(kù)區(qū)水位抬升速率，產(chǎn)生指向坡體內(nèi)部的滲透力，滑坡抗滑力增加，穩(wěn)定性隨之增大。由于該滑坡基覆界面位于150 m處，當(dāng)庫(kù)水位上升至150 m前，位移和穩(wěn)定性并沒(méi)有明顯改變(圖5、6)。但隨著水位的繼續(xù)上升，因該滑坡前緣涉水段坡型寬緩，前緣抗滑段受地下水浮托減重作用明顯，抗滑力下降。導(dǎo)致該滑坡穩(wěn)定性在10～30 d基本持平。隨著庫(kù)水位的繼續(xù)上升，滑坡指向坡內(nèi)滲透力逐漸增大，滑坡抗滑力增加，穩(wěn)定性逐步增加。通過(guò)位移場(chǎng)云(圖4)及地表位移量(圖5)分析可以得出，該滑坡前緣水位變動(dòng)帶附近存在一定變形，且變形量隨著水位變動(dòng)量增加而增大，峰值為庫(kù)水位上升至175 m時(shí)，整體最大位移量16 mm，160 m坡表最大位移15.7 mm。

2.3 水位下降段穩(wěn)定性變形分析

通過(guò)分析水位下降段結(jié)果(圖7)，可以發(fā)現(xiàn)麻地灣滑坡在庫(kù)水位下降階段因坡體內(nèi)水位變動(dòng)滯后于庫(kù)水位變動(dòng)，產(chǎn)生指向坡體外部的滲透力，導(dǎo)致滑坡下滑力增加，穩(wěn)定性隨著庫(kù)水位的下降明顯降低。當(dāng)庫(kù)水位下降至150 m基覆界面以下后，隨著坡體內(nèi)滯后水頭逐漸排空，滑坡穩(wěn)定性逐漸趨于平穩(wěn)。通過(guò)位移場(chǎng)(圖8)地表位移量(圖9)分析可以得出，該滑坡前緣水位變動(dòng)帶存在明顯位移，且變形量隨著水位變動(dòng)量增加而增大，峰值為庫(kù)水位下降至剪出口150 m時(shí)，滑坡出現(xiàn)最大位移量51 mm，坡表最大位移量50.4 mm，坡體最低穩(wěn)定性，滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

2.4 最不利公開(kāi)穩(wěn)定性變形分析

為研究滑坡在極端條件下穩(wěn)定性，通過(guò)統(tǒng)計(jì)該區(qū)域50 a降雨量獲得暴雨量102.7 mm/d，選取滑坡最不利工況，即庫(kù)水位降至150 m時(shí)疊加3 d暴雨，獲取滑坡最不利工況穩(wěn)定性及變形特征。

從圖11中可以看出，3 d暴雨導(dǎo)致滑坡后緣拉裂縫區(qū)域出現(xiàn)變形，整體坡表出現(xiàn)小變形，坡體前緣水位變動(dòng)帶依然受坡體內(nèi)未完全排出的地下水影響產(chǎn)生變形。整體變形量增加至63.5 mm，增加量約13.5 mm(圖12)。

3 提高日降幅對(duì)滑坡的影響

根據(jù)目前三峽水庫(kù)調(diào)度方案，退水期水庫(kù)水位從175 m降至145 m分為兩個(gè)階段，T3階段為175～159 m，T4階段為159～145 m，其中T3階段水位降速緩慢，T4階段降速快。目前T4階段庫(kù)水位下降速率嚴(yán)格控制為0.6 m/d，增大非汛期水位日降幅主要是針對(duì)T4階段。

為研究三峽水位日降幅增大對(duì)麻地灣滑坡的影響，設(shè)置庫(kù)水位變動(dòng)條件分別為△H/d=(0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0 m/d)自159 m勻速下降，分別研究其在不同水位變動(dòng)條件下穩(wěn)定性情況。并于穩(wěn)定性最低點(diǎn)疊加降雨模擬最不利工況，獲取其極限值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 日降幅計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

麻地灣滑坡在T4階段以各降速降至145 m時(shí)，隨著庫(kù)水位降速由0.6 m/d增大至1.2 m/d，隨著水位下降，麻地灣滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)逐漸變小，但變化幅度很小，庫(kù)水位降速由0.6 m/d增大至2.0 m/d，時(shí)麻地灣滑坡穩(wěn)定性系數(shù)僅下降了0.003 7，說(shuō)明麻地灣滑坡整體穩(wěn)定性對(duì)日降幅增大不敏感。穩(wěn)定性最低值并不在水位下降至145 m時(shí)，而是水位下降至接近150 m剪出口時(shí)，這主要是由于接近剪出口時(shí)指向坡外的動(dòng)水壓力與前緣寬緩阻滑段浮托減重效應(yīng)同時(shí)對(duì)滑坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利作用導(dǎo)致的。

通過(guò)分析前緣緩坡阻滑段穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)，前緣阻滑段水位響應(yīng)明顯，隨著日降幅增加，穩(wěn)定性降幅達(dá)0.168 2，隨著日降幅的增加，穩(wěn)定性、位移變幅逐漸增大。且當(dāng)日降幅達(dá)到1.6 m/d時(shí)，穩(wěn)定性低于1且位移量變幅明顯加快，說(shuō)明該滑坡前緣寬緩阻滑段在庫(kù)區(qū)水位日降幅增加至1.6 m/d時(shí)可能失穩(wěn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)綜合分析麻地灣滑坡數(shù)值模擬成果可以發(fā)現(xiàn)，麻地灣滑坡屬于剪出口位于水位變動(dòng)帶的滑坡，因此該類(lèi)滑坡變形特征與三峽庫(kù)區(qū)水位升降直接相關(guān)，為典型動(dòng)水壓力型滑坡，水位下降對(duì)滑坡產(chǎn)生不利影響。

水位上升階段，初期受到地下水浮托減重效應(yīng)，滑坡前緣寬緩阻滑段存在變形。水位上升至剪出口附近時(shí)，滑坡前緣出現(xiàn)變形。隨著庫(kù)水位的繼續(xù)上升，滑坡主要受動(dòng)水壓力作用影響明顯，因外部水頭高于坡內(nèi)水頭，產(chǎn)生指向滑坡內(nèi)部的滲透力，對(duì)滑坡抗滑力產(chǎn)生有利作用，滑坡整體穩(wěn)定性增加。但因該過(guò)程中存在較明顯的應(yīng)力調(diào)整，涉水段剛性構(gòu)筑物，如護(hù)岸、碼頭等可能出現(xiàn)開(kāi)裂等問(wèn)題。

水位下降階段，麻地灣滑坡明顯屬于動(dòng)水壓力型滑坡，坡體內(nèi)部高位地下水迅速外滲，出現(xiàn)指向滑坡體外側(cè)的滲透力，導(dǎo)致滑坡下滑力明顯增加，且隨著庫(kù)水位的逐步降低，動(dòng)水壓力逐漸增大，表現(xiàn)為穩(wěn)定性下降，淺表層位移量加大。雖然滑坡整體仍然處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但滑坡前緣變形量加大，可能出現(xiàn)前緣次級(jí)滑動(dòng)，導(dǎo)致抗滑力消散，滑坡出現(xiàn)整體失穩(wěn)。

通過(guò)模擬最不利降雨工況，該滑坡對(duì)降雨的響應(yīng)主要集中于坡體后緣拉裂縫位置，可在滑坡后緣設(shè)置截排水溝工程，加大地表水導(dǎo)流，減少降雨對(duì)滑坡的影響。

為研究三峽庫(kù)區(qū)日降幅對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，設(shè)置梯級(jí)降幅模擬T4消落，該滑坡整體對(duì)日降幅響應(yīng)較小。說(shuō)明該滑坡在三峽庫(kù)區(qū)日降幅增大時(shí)，不存在滑坡整體突然失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。但隨著日降幅的增加，滑坡前緣寬緩阻滑段響應(yīng)明顯，當(dāng)降幅達(dá)到1.6 m/d以上時(shí)，F(xiàn)OS=0.998<1.000，最大變形73.7 mm，說(shuō)明前緣寬緩阻滑段存在失穩(wěn)可能。所以該滑坡能承受最大日降幅為1.6 m/d。后期應(yīng)加強(qiáng)前緣寬緩阻滑段帶土體穩(wěn)定性，可通過(guò)設(shè)置格構(gòu)護(hù)岸、鋼筋石籠等強(qiáng)透水防沖刷結(jié)構(gòu)，減少水位變動(dòng)導(dǎo)致寬緩阻滑段變形，避免因滑坡前緣阻滑段失效導(dǎo)致滑坡整體失穩(wěn)。