庫(kù)水位下降作用下動(dòng)水壓力型滑坡數(shù)值模擬

劉苗苗

摘要：本文利用Geo-Studio軟件對(duì)庫(kù)水位作用下BZM滑坡的滲流場(chǎng)及穩(wěn)定性進(jìn)行了模擬分析。分析結(jié)果表明：①BZM滑坡中前部地下水位受庫(kù)水位變動(dòng)的影響較大，庫(kù)水位的波動(dòng)會(huì)直接影響地下水位的波動(dòng)，且地下水位有延遲效應(yīng)。地下水位線隨庫(kù)水位下降時(shí)，其呈現(xiàn)直線遞增的趨勢(shì)，且增大的速率先快后慢。②庫(kù)水位波動(dòng)對(duì)BZM滑坡穩(wěn)定系數(shù)有較大影響，具體為：庫(kù)水位下降時(shí)，BZM滑坡穩(wěn)定系數(shù)也會(huì)逐減小，表現(xiàn)出典型的動(dòng)水壓力型滑坡特征。庫(kù)水位下降速率大時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)下降速率相對(duì)較大。

Abstract： This paper uses Geo-Studio software to simulate the seepage field and stability of BZM landslide under reservoir water level. The analysis results show that： ①the front groundwater level in the BZM landslide is greatly affected by the fluctuation of the reservoir water level. The fluctuation of the reservoir water level will directly affect the fluctuation of the groundwater level， and the groundwater level has a delay effect. When the groundwater level line decreases with the reservoir water level， it tends to increase linearly， and the rate of increase is faster and slower. ② Reservoir water level fluctuation has a great influence on the stability coefficient of BZM landslide. Specifically， when the reservoir water level decreases， the stability coefficient of BZM landslide will also decrease， showing the characteristics of typical hydrodynamic pressure landslide. When the reservoir water level decline rate is large， the rate of decline of the stability coefficient is relatively large.

關(guān)鍵詞：庫(kù)水位;BZM滑坡滲流場(chǎng);動(dòng)水壓力型滑坡

Key words： reservoir water level;BZM landslide seepage field;hydrodynamic pressure landslide

中圖分類號(hào)：P642.22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）21-0161-02

0? 引言

滑坡的變形是由于庫(kù)水位變動(dòng)導(dǎo)致的，庫(kù)水位的周期性升降，會(huì)引起兩岸邊坡水土流失，使得滑坡體所受的靜水壓力及動(dòng)水壓力發(fā)生周期性的變化，從而產(chǎn)生規(guī)模較大的滑坡變形[1-4]。為此，在庫(kù)水位變動(dòng)作用下，學(xué)者們對(duì)動(dòng)水壓力作用進(jìn)行了深入的研究。胡修文等[5]通過(guò)模擬地下水位以下滑坡巖體，并根據(jù)滲透理論，分析可知庫(kù)水位下降時(shí)，滑坡穩(wěn)定性會(huì)受到動(dòng)水壓力的影響;王錦國(guó)等[6]研究發(fā)現(xiàn)滑坡會(huì)形成較大的地下水壓力是由于水庫(kù)蓄水產(chǎn)生的，尤其當(dāng)庫(kù)水位下降幅度較大時(shí)，坡體內(nèi)的動(dòng)水壓力將會(huì)受到極大影響，這會(huì)直接影響邊坡穩(wěn)定的穩(wěn)定性。這說(shuō)明動(dòng)水壓力作用對(duì)滑坡體的穩(wěn)定是不可忽視的因素，因此研究庫(kù)水位升降對(duì)動(dòng)水壓力型滑坡的影響具有重要意義。根據(jù)水庫(kù)誘發(fā)機(jī)理將三峽庫(kù)區(qū)復(fù)活型滑坡分為復(fù)合型、庫(kù)水浮托型、動(dòng)水壓力型3種類型，其中大部分為動(dòng)水壓力型滑坡[7-9]。為了探明庫(kù)水位的變化對(duì)動(dòng)水壓力型滑坡的影響，以BZM滑坡為例，采用Geo-Studio有限元計(jì)算軟件，探究動(dòng)水壓力型滑坡的穩(wěn)定性受庫(kù)水位升降速率及不同滑體滲透系數(shù)變化時(shí)的規(guī)律，這將是該類滑坡的變形規(guī)律的一個(gè)重要補(bǔ)充，為今后研究?jī)?nèi)容奠定基礎(chǔ)。

1? 滑坡簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

BZM滑坡位于香溪河對(duì)岸，距河口1km左右，距三峽壩址40km左右。BZM滑坡的滑坡發(fā)育特征較典型，平面形態(tài)呈半圓弧形，兩側(cè)邊界起始同源沖溝，后緣明顯呈圈椅狀形態(tài)，后緣高程240m多，前緣直抵香溪河，前緣高程60m多。上部較窄，寬105m左右，下部較寬接近350m，縱長(zhǎng)接近520m，總面積超過(guò)10萬(wàn)m2，平均滑體厚度20m，總體積約200萬(wàn)m3左右。

1.2 斜坡變形破壞的防治

①防治原則：以防為主，盡量做到防患于未然;及時(shí)處理，針對(duì)斜坡或人工邊坡的布置和開挖方案。

②防治措施：排水，對(duì)滑體以外的地表水，可用攔截和旁引的方法;對(duì)于滑體中的地下水，可用水平排水或豎向排水井的辦法將水排出。降低下滑力和增大抗滑力，降低下滑力主要通過(guò)沖刷方減重，此時(shí)應(yīng)正確設(shè)計(jì)沖刷方斷面，遵守“砍頭壓腳”的原則。提高抗滑力的措施很多，如直接修筑支擋物以支撐，抵擋不穩(wěn)定巖土體。改變滑帶土的性質(zhì)，可用水泥或化學(xué)灌漿等措施。

2? 數(shù)值模擬分析與結(jié)果

2.1 計(jì)算模型

圖1為滑坡計(jì)算模型，這是根據(jù)BZM滑坡的地質(zhì)剖面圖建立的;表1為BZM滑坡計(jì)算參數(shù)，這是通過(guò)對(duì)滑坡試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計(jì)、分類匯總得到的。本文對(duì)動(dòng)水壓力型滑坡進(jìn)行數(shù)值模擬，主要是應(yīng)用巖土工程數(shù)值分析軟件中的SEEP/W和SLOPE兩大功能板塊。其中，SEEP/W模板用于地下水滲流分析，它可以得到某時(shí)刻下的滲流場(chǎng)，包括孔隙水壓力分布、地下水位線分布等，這是通過(guò)對(duì)地下水飽和非飽和工況進(jìn)行瞬態(tài)滲流分析實(shí)現(xiàn)的;另一個(gè)SLOPE模塊是采用極限平衡法原理，同時(shí)考慮孔隙水壓力，來(lái)對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，包括Janbu法、瑞典條分法、Morgenstern-Price法等。

2.2 BZM監(jiān)測(cè)的分析

地表徑流條件、地表水體、地下水類型地下水露頭（井、泉、滲流帶）與庫(kù)水、降雨的水力聯(lián)系等斜坡位于香溪河右岸斜坡地段，地表沖溝發(fā)育。地表水多以片流的形式向沖溝內(nèi)匯集，并沿地表沖溝向下游香溪河排泄，流量受季節(jié)影響變化大，調(diào)查時(shí)溝內(nèi)無(wú)水。地下水可分為基巖裂隙水和松散巖類孔隙，主要受大氣降雨補(bǔ)給。人類工程活動(dòng)主要為復(fù)建公路的修建與居民住房興建及水庫(kù)蓄水，開挖破壞了滑坡堆積體原有穩(wěn)定狀態(tài)，目前在公路、民房附近多處出現(xiàn)了裂縫或下陷，嚴(yán)重影響了庫(kù)岸土體的穩(wěn)定性，極易促進(jìn)庫(kù)岸產(chǎn)生變形破壞，影響整個(gè)斜坡體的穩(wěn)定，水庫(kù)蓄水主要表現(xiàn)在水位下降期滑坡變形加劇。

根據(jù)監(jiān)測(cè)可知滑坡發(fā)生了較大變形，尤其是庫(kù)水位下降期由滑坡體內(nèi)外的水頭差形成指向于滑坡體外的動(dòng)水壓力，可能誘發(fā)滑坡的整體失穩(wěn)。

2.3 BZM穩(wěn)定性的分析

利用seep/w模塊分析BZM滑坡的滲流變化情況，并考慮滑坡體自重以及前緣庫(kù)水對(duì)滑坡的壓力，計(jì)算得到滲流力結(jié)果，通過(guò)Geo-Studio軟件的slope/w模塊對(duì)BZM滑坡的主剖面Ⅱ-Ⅱ進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，分析計(jì)算中要求垂直劃分滑體，且不能忽略條分體相互之間作用力。故本文的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算擬采用Morgenstern-Price極限平衡法。這是由于：在所有的極限平衡法中，只有Morgenstern-Price充分考慮了條間力的相互作用，雖然計(jì)算過(guò)程較繁瑣，但是計(jì)算結(jié)果較精確。分析計(jì)算中要求垂直條分滑體，條分體相互之間作用力。圖2為以4種不同速率的庫(kù)水位從175m下降到145m不同速率時(shí)的穩(wěn)定性系數(shù)。圖中“1”、“2”、“3”、“4”分別表示庫(kù)水位下降速率為0.6m/d，0.8m/d，1.0m/d，1.2m/d。由圖3可以得知，庫(kù)水位下降時(shí)，BZM滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)也會(huì)隨之降低，并且?guī)焖陆档?45m時(shí)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)降到最低;滑坡的穩(wěn)定性受不同下降速率的影響表現(xiàn)也有所差異，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)與庫(kù)水位下降速率呈正相關(guān)。BZM滑坡穩(wěn)定系數(shù)最大不超過(guò)1.1。速率越大，穩(wěn)定系數(shù)越小。

3? 結(jié)論

①動(dòng)水壓力型滑坡在庫(kù)水位下降過(guò)程中，地下水位有單調(diào)遞增的趨勢(shì)，并且其增大的速率由快到慢，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)隨之降低;下降速率越大，單調(diào)遞增其增大的速率先大后小趨勢(shì)現(xiàn)象越明顯，穩(wěn)定性系數(shù)變化越明顯。

②庫(kù)水位下降時(shí)，滑體滲透性較差或中等的動(dòng)水壓力型滑坡，其地下水位線會(huì)明顯上升且增大速率呈先快后慢的趨勢(shì)，而其穩(wěn)定性系數(shù)會(huì)逐漸降低;然而，滲透系數(shù)較強(qiáng)的滑坡體，其地下水位線幾乎與庫(kù)水位持平，將不會(huì)受到動(dòng)水壓力作用，其穩(wěn)定性系數(shù)僅與庫(kù)水位呈相關(guān)關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉新喜，夏元友，張顯書，等.庫(kù)水位下降對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005（08）：1439-1444.

[2]魏學(xué)勇，歐陽(yáng)祖熙，董東林，等.庫(kù)水位漲落條件下滑坡滲流場(chǎng)特征及穩(wěn)定性分析[J].地質(zhì)科技情報(bào)，2011，30（06）：128-132.

[3]周廷強(qiáng)，劉學(xué)飛.動(dòng)水位對(duì)庫(kù)區(qū)邊坡穩(wěn)定影響機(jī)理分析[J].西部探礦工程，2008（12）：54-56.

[4]曹偉.論庫(kù)水位變化對(duì)土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性的影響[J].山西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，31（04）：123-128.

[5]胡修文，唐輝明，劉佑榮.三峽庫(kù)區(qū)趙樹嶺滑坡穩(wěn)定性物理模擬試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005（12）：2089-2095.

[6]王錦國(guó)，周云，黃勇.三峽庫(kù)區(qū)猴子石滑坡地下水動(dòng)力場(chǎng)分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006（S1）：2757-2762.

[7]帥紅巖，陳少平，韓文喜.庫(kù)水位下降對(duì)三峽庫(kù)區(qū)滑坡穩(wěn)定性的影響研究[J].資源環(huán)境與工程，2013，27（02）：170-174.

[8]劉貴應(yīng).庫(kù)水位變化對(duì)三峽庫(kù)區(qū)堆積層滑坡穩(wěn)定性的影響[J].安全與環(huán)境工程，2011，18（05）：26-28，32.

[9]肖詩(shī)榮，胡志宇，盧樹盛，等.三峽庫(kù)區(qū)水庫(kù)復(fù)活型滑坡分類[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2013，30（11）：39-44.