庫區(qū)碎石土邊坡穩(wěn)定性及其參數(shù)敏感性分析

汪偉偉 丁祖德 任志華 劉正初

摘 要：本文以某庫區(qū)碎石土岸坡為背景，建立了二維飽和-非飽和邊坡滲流及穩(wěn)定性計(jì)算模型?；跇O限平衡法，分析庫區(qū)蓄水-穩(wěn)定運(yùn)行-放水全過程以及不同水位升-降速度、碎石土滲透性和抗剪強(qiáng)度下的岸坡穩(wěn)定性變化規(guī)律。結(jié)果表明：蓄水階段，浸潤線為“下凹”形，而放水階段浸潤線為“上凸”形。庫水位上升或下降，安全系數(shù)均出現(xiàn)先減小后增大的變化規(guī)律，且水位升、降過程都存在一個(gè)最不利水位值。相較于水位上升，水位下降階段對岸坡穩(wěn)定性更加不利。穩(wěn)定運(yùn)行階段，安全系數(shù)單調(diào)減小，但變化幅值不大。適當(dāng)增加蓄水速度有利于岸坡穩(wěn)定性，而放水速度越快，不利于岸坡穩(wěn)定性，且水位驟降時(shí)，有產(chǎn)生滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。碎石土滲透性越強(qiáng)、抗剪強(qiáng)度越大對岸坡穩(wěn)定性越有利，內(nèi)摩擦角對岸坡穩(wěn)定性的影響程度要大于黏聚力。因此，建議關(guān)注最不利水位時(shí)的岸坡穩(wěn)定性，嚴(yán)格控制水位下降速度。所得結(jié)論可為庫岸邊坡穩(wěn)定性評價(jià)及災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：庫區(qū);碎石土岸坡;邊坡穩(wěn)定性;水位升降;滲透性;抗剪強(qiáng)度

中圖分類號：TV697.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)及工業(yè)化的蓬勃發(fā)展，水電能源需求量迅猛增加。水電站大多建在臨近斜、陡坡山區(qū)位置，庫區(qū)蓄水及水位變動(dòng)將會(huì)對岸坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，甚至?xí)l(fā)滑坡、塌岸等工程地質(zhì)災(zāi)害。因此，開展庫岸邊坡穩(wěn)定性研究對邊坡地質(zhì)災(zāi)害防治具有十分重要的指導(dǎo)意義。

針對庫岸邊坡穩(wěn)定性問題，已有一些相關(guān)研究成果。如徐文超等[1]依托某庫區(qū)岸坡工程，分析庫區(qū)水位升降，水位下降速率對坡體浸潤線及安全系數(shù)的影響。得出水庫蓄水階段浸潤線下凸，安全系數(shù)單調(diào)增加;常水位期浸潤線趨于平緩，安全系數(shù)單調(diào)減小;放水期浸潤線上凸，安全系數(shù)單調(diào)減小，且水位下降速率與邊坡穩(wěn)定性成反比的結(jié)論。張文杰等[2]進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定的極限平衡分析， 并對影響岸坡滲流場的主要水力參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析。結(jié)果表明，坡外水位升降時(shí)， 坡內(nèi)浸潤線及其上的基質(zhì)吸力場發(fā)生顯著變化，進(jìn)而影響岸坡穩(wěn)定;水位升降過程中，岸坡安全系數(shù)的變化規(guī)律非常復(fù)雜，土體的滲透性能和土-水特征曲線斜率對水位升降過程中邊坡安全系數(shù)的變化規(guī)律具有顯著影響。周群華等[3]和馬崇武等[4]通過分析水位升降變化對岸坡的影響，得出不管水位升-降，邊坡安全系數(shù)都將先減小、后增大，且存在一個(gè)使邊坡安全系數(shù)達(dá)到最小的水位值。涂國祥等[5]采用有限元計(jì)算與剛體極限平衡分析相結(jié)合的方法，探討水位變動(dòng)速度對堆積體滲流場及穩(wěn)定性的影響機(jī)理和規(guī)律。成果表明，水位變動(dòng)速度對堆積體滲流場有較大影響，水位上升速度快對堆積體穩(wěn)定性有利，而水位下降時(shí)規(guī)律則相反。簡文彬等[6]則以某駁岸岸坡為研究對象，得出相同結(jié)論。廖紅建等[7]和郭志華等[8]對不同滲透系數(shù)及庫區(qū)水位下降速率時(shí)岸坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，得出滲透系數(shù)越大對岸坡穩(wěn)定性越有利，水位下降速度越快岸坡安全系數(shù)越低的結(jié)論。許建聰?shù)萚9]結(jié)合工程實(shí)例，分析了影響碎石土滑坡各因素的敏感性，結(jié)果表明滑面巖土體內(nèi)摩擦角對邊坡穩(wěn)定性的影響要大于黏聚力，地形坡度大、具有低內(nèi)摩擦角滑面的碎石土滑坡整體穩(wěn)定性較差。

前人的研究大多基于飽和滲流理論，而實(shí)際岸坡工程由于滲流場的演變，坡體內(nèi)含水狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變。蓄水時(shí)，部分區(qū)域會(huì)由非飽和轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡?，庫水位下降時(shí)，部分區(qū)域會(huì)從飽和變?yōu)榉秋柡?。而且，大都未考慮基質(zhì)吸力對邊坡穩(wěn)定性的影響。同時(shí)，庫岸邊坡穩(wěn)定性及影響因素與依托工程密切相關(guān)。白鶴灘水電站庫區(qū)年水位變化幅值達(dá)60 m，水位升、降落差較大，增加了庫岸邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)?；诖?，本文以該庫區(qū)某碎石土岸坡為例，建立考慮飽和-非飽和影響的邊坡滲流及穩(wěn)定性計(jì)算模型，考慮蓄水、穩(wěn)定及放水全過程以及水位升降速、碎石土滲透性及抗剪強(qiáng)度等因素，開展邊坡穩(wěn)定性及其參數(shù)敏感性分析，為庫岸邊坡災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 計(jì)算理論

1.1 滲流基本理論

庫區(qū)蓄水時(shí)，坡體受到滲流作用，浸潤線以上為非飽和區(qū)，浸潤線以下為飽和區(qū)。非飽和區(qū)和飽和區(qū)地下水相互聯(lián)系，研究時(shí)需將兩者統(tǒng)一，故采用滲流控制方程表達(dá)非飽和區(qū)和飽和區(qū)之間的滲流連續(xù)性，二維飽和-非飽和滲流控制方程可表示為[10]：

xkxhy+ykyhy=mwρwght。（1）

式中，h為水頭高度，m;kx，ky為水平方向和豎直方向滲透系數(shù)，m/s;g為重力加速度，N/kg;ρw為水的密度，kg/m3;mw為比水容量，定義為體積含水量θw對基質(zhì)吸力（ua-uw）偏導(dǎo)數(shù)的負(fù)值，即mw=-θ/（ua-uw）。

1.2 邊坡穩(wěn)定性分析方法

極限平衡法[11-15]是邊坡穩(wěn)定性分析應(yīng)用最廣泛的方法，較常用的有Fellenius法、Bishop法和Morgenstern-Price法等。這些方法的主要差別在與所依據(jù)的假定和所滿足的平衡條件。例如Fellenius法忽略了條間力，Bishop法只考慮了條間法向力，沒有考慮條間切向力等。本文采用Morgenstern-Price法，該方法不僅考慮了條間剪力和法向力，還滿足力和力矩平衡條件，是目前學(xué)術(shù)界公認(rèn)最嚴(yán)密的邊坡穩(wěn)定性分析方法[16-17]。

利用Morgenstern-Price法[18]，可通過迭代各自求得力矩平衡和力平衡的安全系數(shù)隨λ（Morgenstern-Price條間力比例常數(shù)）的分布圖形，兩者交點(diǎn)處的數(shù)值即為其安全系數(shù)。

依據(jù)力的平衡條件，穩(wěn)定性安全系數(shù)可表示為：

Ff=∑cβcos α+（N-μβ）tan φ cos α∑Nsin α-∑Dsin ω。（2）

依據(jù)力矩的平衡條件，穩(wěn)定性安全系數(shù)可表示為：

Fm=∑cβR+（N-μβ）Rtan φ

∑Wx-∑Nf±∑Dd。（3）

式中，c為黏聚力，kPa;φ為摩擦角，°;α土體底部傾斜角，°;μ為孔隙水壓力，kPa;N為條塊底部法向力，kN;D為線荷載，kN;W為土條重量，kg;β，ω，R，x，f，d為幾何參數(shù)。

2 計(jì)算模型

2.1 工程概況

2.1.1 庫區(qū)岸坡簡介

以白鶴灘水電站庫岸邊坡為例，選取T-T剖面進(jìn)行建模分析。該斷面岸坡整體坡度為25～30°，上覆層主要為崩、坡積碎塊石土，表層結(jié)構(gòu)松散，受沖刷侵蝕嚴(yán)重，中下部呈中-密實(shí)，土層厚度較大，屬土質(zhì)岸坡段，岸坡穩(wěn)定性受庫區(qū)蓄水影響較大，下伏基巖層為強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。

崩、坡積（Qcol+dl）：主要由碎塊石夾亞黏土或亞黏土夾碎石組成，表層松散，中下部呈中-密實(shí)。碎石呈灰褐色，稍濕，松散-稍密狀，碎石含量55%～65%，角礫含量15%，其他15%，土石比約2∶8，石質(zhì)成分主要為白云巖 、白云質(zhì)灰?guī)r、砂巖等。粒徑一般3～15 cm，最大達(dá)25 cm。

奧陶系中統(tǒng)巧家組（O1h）：分布于第四系崩、坡積碎石土下部，鉆孔揭示地層為砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)風(fēng)化狀。巖石大部分變色，呈深褐色，只有局部巖塊斷口尚保持新鮮巖石特點(diǎn)，巖石的組成結(jié)構(gòu)大部分已破壞，長石類礦物呈高嶺土化，部分巖石已分解或崩解成土，大部分巖石呈不連續(xù)的骨架或心石，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖石中的杏仁體、斑晶全脫落，形成凹坑。

2.1.2 庫區(qū)水位變化情況

依據(jù)蓄水規(guī)劃，該庫區(qū)為年調(diào)節(jié)水庫，正常蓄水位825 m為最高水位線，汛限水位785 m，死水位765 m為最低水位線，年水位變幅達(dá)60 m，雨季后的8月下旬開始，水庫水位達(dá)到825 m正常蓄水位，12月下旬開始逐步降低，至第二年5月下旬降至死水位，6月上旬開始緩慢抬升，至8月下旬達(dá)到正常蓄水位，庫水位隨時(shí)間變化情況如圖2所示。

2.2 有限元模型的建立

在分析邊坡巖土體飽和-非飽和滲流規(guī)律時(shí)，需要采用土-水特征函數(shù)曲線來預(yù)測土體非飽和狀態(tài)時(shí)的滲透系數(shù)，土-水特征函數(shù)用體積含水量和基質(zhì)吸力表示。根據(jù)本文邊坡碎石土的粒徑分布規(guī)律，依據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)，得到d10、d60、碎石土液限以及飽和含水量等參數(shù)，通過有限分析軟件內(nèi)部樣本函數(shù)擬合土-水特征曲線，如圖3所示。再結(jié)合Van-Genuchten滲透系數(shù)預(yù)測模型獲得非飽和滲透性函數(shù)曲線，如圖4所示。

邊坡模型水平方向取340 m，豎直方向左側(cè)取48 m，右側(cè)取184 m。進(jìn)行滲流場分析時(shí)模型在水位線以下設(shè)置水頭邊界，水位線以上為零流量邊界，有限元計(jì)算模型如圖5所示。碎石土及強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖均采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型，依據(jù)勘察、鉆孔資料及參考文獻(xiàn)[19-25]確定碎石土和強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖物理力學(xué)參數(shù)，具體見表1。

2.3 計(jì)算方案

本文首先對庫區(qū)蓄水-穩(wěn)定運(yùn)行-放水全過程岸坡滲流演變及穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，此外還對水位升-降速度、碎石土滲透性和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)等影響因素進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析，針對不同影響因素根據(jù)已有科研成果[26-27]進(jìn)行了參數(shù)的設(shè)置，具體見表2。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 庫區(qū)蓄水-運(yùn)行-放水全過程岸坡穩(wěn)定性分析

對庫區(qū)蓄水-穩(wěn)定運(yùn)行-放水全過程滲流場演變及岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，水位變化情況：蓄水階段（0～81 d）從死水位765 m逐漸升至正常蓄水位825 m，此過程水位平均升速為0.74 m/d;庫水位進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段（82～202 d），保持高水位不變;水位下降階段（203～326 d）從正常蓄水位降至死水位，下降過程平均降速為0.5 m/d，水位升、降落差高度達(dá)60 m。

邊坡安全系數(shù)隨庫水位變化情況如圖6所示。

由圖可知蓄水階段（0～81 d），邊坡安全系數(shù)變化規(guī)律為先減小，后增大，減小的幅度較小。水位從765 m升至780 m范圍內(nèi)，岸坡安全系數(shù)減小。水位高度為765 m時(shí)，安全系數(shù)Fs為1.249，水位升至780 m左右時(shí)，安全系數(shù)Fs降至最低，為1.233，降幅約1.3%;隨著水位繼續(xù)上升，安全系數(shù)開始逐漸增大，水位升至正常蓄水位825 m時(shí)，安全系數(shù)Fs為1.383，與780 m水位相比增大約12.2%，與初始水位相比增大約10.7%。出現(xiàn)這樣的變化規(guī)律主要是因?yàn)樗槭翝B透系數(shù)取值較大，水位上升時(shí)，坡內(nèi)碎石土層水位與庫水位同步升高，浸潤線位置相對較高，使得坡體內(nèi)基質(zhì)吸力喪失較多，滑體抗剪強(qiáng)度減弱，邊坡穩(wěn)定性降低。但當(dāng)水位上升到一定高度時(shí)，岸坡浸水體積逐漸增大，對土體產(chǎn)生了浮拖力，抵消了一部分下滑力，并且邊坡土體還產(chǎn)生了指向坡內(nèi)的滲透壓力，這將有利于邊坡的穩(wěn)定，故安全系數(shù)又開始增大。

穩(wěn)定運(yùn)行階段（82～202 d），安全系數(shù)呈緩慢減小趨勢，F(xiàn)s從最初的1.382減至1.362，減幅約1.4%，此階段，雖庫區(qū)靜水壓力保持不變，但強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖層由于水位滯后效應(yīng)，滲流場仍不斷發(fā)生改變，隨時(shí)間變化浸潤線位置緩慢提高、巖層內(nèi)水位線也在逐漸上升，巖土體處于飽和狀態(tài)區(qū)域增加，坡體自重隨之不斷增大、基質(zhì)吸力不斷減小，導(dǎo)致邊坡抗剪強(qiáng)度降低，出現(xiàn)安全系數(shù)緩慢減小的現(xiàn)象。

放水階段（203～326 d），邊坡安全系數(shù)變化規(guī)律為先減小，后增大。正常蓄水位825 m時(shí)安全系數(shù)為1.362，水位降至785 m左右時(shí)，安全系數(shù)達(dá)到最小值為1.225，減小約10.1%，隨著水位持續(xù)降低，安全系數(shù)又出現(xiàn)增大的趨勢，直至水位降至765 m時(shí)，安全系數(shù)變?yōu)?.284，與785 m水位相比增大約4.8%，與825 m水位減小約5.7%。出現(xiàn)這樣變化規(guī)律是因?yàn)閹焖幌陆凳沟糜糜诘窒禄Φ母⊥狭p小，并且由于滲流滯后效應(yīng)，坡內(nèi)外水位下降不同步，存在水位差，形成了沿滑體方向的滲流力，使得岸坡抗滑力下降，對邊坡穩(wěn)定性不利，安全系數(shù)出現(xiàn)下降。但水位繼續(xù)下降到一定高度時(shí)，坡體內(nèi)部水位已經(jīng)降低到滑體以下位置，對滑體的影響基本消除，同時(shí)由于基質(zhì)吸力作用加強(qiáng)，將有利于邊坡的穩(wěn)定，所以安全系數(shù)又開始增大，但增加幅度有限。

放水過程中最小安全系數(shù)1.225要小于蓄水時(shí)的1.233，且水位下降階段邊坡安全系數(shù)以降低為主，由此可知水位下降對岸坡穩(wěn)定性更加不利，可能會(huì)誘發(fā)邊坡失穩(wěn)，產(chǎn)生滑坡、塌岸等災(zāi)害。水位升、降過程中，存在一個(gè)最不利水位使得岸坡穩(wěn)定性最差，蓄水時(shí)水位780 m左右最不利，放水時(shí)，水位785 m左右最不利。

3.2 庫水位升降對岸坡穩(wěn)定性的影響

已有研究顯示[3-4]，水位升降速度會(huì)影響岸坡的穩(wěn)定性，故結(jié)合本庫區(qū)規(guī)劃，選取0.5、1、2、2.5、3、5 m/d 6種不同升、降速度，研究水位升降速度的影響。

不同蓄水速度和放水速度條件下邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)時(shí)程曲線分別見圖7和圖8。

由圖7可知，隨著水位上升速度的增大，岸坡穩(wěn)定性有所增加。水位上升速度從0.5 m/d增至5 m/d，最小安全系數(shù)從1.225增大到1.247，增幅約2 %，并且當(dāng)蓄水速度越小時(shí)，岸坡整體安全系數(shù)值也越小。這是由于庫水位上升速度越小，坡內(nèi)滲流作用越充分、岸坡滑體內(nèi)浸潤線位置越高，坡體自重越大且阻滑段受到浮托作用范圍變大，導(dǎo)致抗滑力減小，因此坡體越不穩(wěn)定。

從圖8中可知，隨著水位下降速度的增大，岸坡穩(wěn)定性有所減小。水位下降速度從0.5 m/d增至5 m/d，最小安全系數(shù)從1.223減小到1.150，減幅約6 %，并且當(dāng)水位下降速度越快時(shí)，岸坡整體安全系數(shù)也越小。這是因?yàn)楫?dāng)水位下降速度越快時(shí)，岸坡滑體內(nèi)浸潤線位置越高，坡體內(nèi)水分排出不充分，坡體自重增大且阻滑段受到浮托作用范圍變大，使得抗滑力減小，岸坡越不穩(wěn)定。

由以上分析可知，蓄水期水位上升速度越慢，對岸坡穩(wěn)定性越不利，庫區(qū)放水期，則得出相反規(guī)律，水位上升速度越快，對岸坡穩(wěn)定性越不利。故在庫區(qū)運(yùn)行時(shí)，為確保岸坡安全穩(wěn)定，需嚴(yán)格控制水位升降速率，蓄水時(shí)速度不能過低，放水時(shí)速度不宜過快。

3.3 碎石土滲透性對岸坡穩(wěn)定性的影響

選取1×10-4 、3×10-4、5×10-4、8×10-4 m/s 4種不同碎石土滲透系數(shù)，分別計(jì)算在1、3、5 m/d 3種不同放水速度下的岸坡穩(wěn)定性，以探討碎石土滲透性的影響。

不同滲透系數(shù)時(shí)的庫岸邊坡安全系數(shù)時(shí)程曲線如圖9所示。

由圖9可知，水位下降速度相同時(shí)，碎石土岸坡滲透性能越好，安全系數(shù)越大。這是由于滲透性能較好的巖土體疏水能力強(qiáng)，坡體內(nèi)排水及時(shí)、水位下降速度快，孔隙水壓力也能夠在較短時(shí)間消散，滲流力對岸坡的作用力就小。而滲透性能較差時(shí)，由于滲流滯后效應(yīng)，坡體內(nèi)排水不及時(shí)、水位下降速度慢，浸潤線較庫水位位置高，導(dǎo)致土體自重加大以及滲流力的作用，使得下滑力增大，對岸坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

當(dāng)水位降速為1 m/d時(shí)，滲透系數(shù)取最小值1×10-4 m/s和取最大值8×10-4 m/s水位下降過程中岸坡最小安全系數(shù)Fs分別為1.184和1.225，相差約3.5%。水位下降速度越大，差距逐漸增加，降速取3、5 m/d時(shí)，分別相差8.4%、10.5%。

因此，對于庫岸邊坡，如果滑體材料滲透性能較差，為防止滑坡災(zāi)害產(chǎn)生，需對岸坡進(jìn)行加固處理以及控制水位下降速度不宜過快。

3.4 碎石土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)對岸坡穩(wěn)定性的影響

為研究碎石土抗剪強(qiáng)度不同對水位下降過程中岸坡坡穩(wěn)定性的影響，以工程勘察資料中碎石土c=15.8 kPa、φ=30.2 °為基準(zhǔn)強(qiáng)度參數(shù)，基于單一變量原則分別分析c、φ兩種不同因素對岸坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律。通過公式（4）和式（5）對黏聚力及內(nèi)摩擦角進(jìn)行相應(yīng)增大或減小，具體取值見表2。

c′=c/Ks;（4）

φ′=arctan（tan（φ）/Ks）。（5）

式中，c為黏聚力，kPa;c'為折減后的黏聚力，kPa;φ為內(nèi)摩擦角，°;φ'為折減后的內(nèi)摩擦角，°;Ks為折減系數(shù)。

不同黏聚力取值時(shí)，邊坡安全系數(shù)時(shí)程曲線見圖10。

由圖10可知，水位降速相同，黏聚力在10.4～24.2 kPa范圍內(nèi)，邊坡安全系數(shù)隨黏聚力增加而逐漸增大。當(dāng)速度為1 m/d時(shí)，黏聚力取基準(zhǔn)值15.8 kPa，水位下降過程中邊坡最小安全系數(shù)Fs為1.212，黏聚力取10.4 kPa時(shí)，最小安全系數(shù)Fs為1.163，相較減少約4%。黏聚力取24.2 kPa時(shí)，最小安全系數(shù)Fs為1.266，與基準(zhǔn)黏聚力時(shí)相比增加約4.5%，與最小黏聚力時(shí)相比增加約8.9%。

黏聚力相同，水位下降速度越快安全系數(shù)越小。當(dāng)黏聚力取24.2 kPa，速度為5 m/d時(shí)，安全系數(shù)最小值Fs為1.210，當(dāng)水位下降速度為1 m/d時(shí)，安全系數(shù)最小值Fs為1.266，增加約4.6%。由此可知黏聚力的大小對邊坡穩(wěn)定性具有一定影響，黏聚力越大對岸坡穩(wěn)定性越有利。

不同內(nèi)摩擦角取值時(shí)，邊坡安全系數(shù)時(shí)程曲線見圖11。

由圖11可知，在水位降速相同情況下，內(nèi)摩擦角取20.4～41.6°范圍內(nèi)，安全系數(shù)Fs隨內(nèi)摩擦角增加而逐漸增大。庫水位下降速度為1 m/d，內(nèi)摩擦角取基準(zhǔn)值30.2°時(shí)，岸坡水位下降過程中最小安全系數(shù)Fs為1.212，當(dāng)取最小值20.4 °時(shí)，最小安全系數(shù)Fs降至0.826，減少約32%;內(nèi)摩擦角取最大值41.6°時(shí)，最小安全系數(shù)Fs增至為1.536，與基準(zhǔn)內(nèi)摩擦角相比增加約27%，且與最小內(nèi)摩擦角相比增加約85.9%。

內(nèi)摩擦角相同，水位下降過程中降速越快安全系數(shù)越小，例如，內(nèi)摩擦角取41.6 °，水位下降速度為5 m/d時(shí)，安全系數(shù)最小值Fs為1.478，當(dāng)水位下降速度為1 m/d時(shí)，安全系數(shù)最小值Fs為1.536，增加約4%。由此可知內(nèi)摩擦角的變化對邊坡穩(wěn)定性具有較大影響，內(nèi)摩擦角越大對岸坡穩(wěn)定越有利。

通過水位下降過程中最小安全系數(shù)的變化情況可以看出，黏聚力和內(nèi)摩擦角對邊坡穩(wěn)定性都具有一定影響，但內(nèi)摩擦角的影響要更大;岸坡巖土體材料抗剪強(qiáng)度較弱時(shí)，為防止出現(xiàn)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，需控制庫水位下降速度，速度越慢對岸坡穩(wěn)定性越有利。

4 結(jié)論

（1）庫區(qū)在蓄水、放水階段岸坡安全系數(shù)變化規(guī)律均為先減小、后增大，兩階段都出現(xiàn)了最不利水位，蓄水階段為780 m，放水階段為785 m。相比蓄水，水位下降對岸坡穩(wěn)定性更加不利。由于強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖滲透系數(shù)較小，產(chǎn)生了滲流滯后效應(yīng)，使得浸潤線載蓄水時(shí)呈“下凹”形，放水時(shí)呈“上凸”形。

（2）蓄水時(shí)，庫水位上升速度較小，坡內(nèi)滲流作用越充分、岸坡內(nèi)浸潤線位置相對就越高，坡體自重增大且阻滑段受到浮托作用范圍變大，導(dǎo)致抗滑力減小，不利于坡體穩(wěn)定。放水階段，水位下降速度越快，坡內(nèi)水分排出不及時(shí)，岸坡內(nèi)浸潤線位置相對越高，坡體自重增大且阻滑段受到浮托作用范圍變大，使得抗滑力減小，岸坡越不穩(wěn)定。故庫區(qū)運(yùn)行時(shí)，為確保岸坡安全穩(wěn)定，需嚴(yán)格控制水位升降速率，蓄水時(shí)速率不能過低，放水時(shí)速率不宜過快。

（3）由于滲透性較好的巖土體疏水能力強(qiáng)，坡體內(nèi)排水及時(shí)、水位下降速度快，孔隙水壓力也能夠在較短時(shí)間消散，滲流力對岸坡的作用力小，故碎石土滲透性能越好，對岸坡穩(wěn)定性越有利。

（4）岸坡安全系數(shù)隨碎石土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的增加而增大，比較而言，內(nèi)摩擦角比黏聚力對岸坡的影響更大。岸坡巖土體材料抗剪強(qiáng)度較弱時(shí)，為防止出現(xiàn)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，需控制庫水位下降速度，速度越慢對岸坡穩(wěn)定越有利。

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（責(zé)任編輯：于慧梅）

Analysis of Stability and Parameter Sensitivity of

Gravel Soil Slope in Reservoir Area

WANG Weiwei1， DING Zude*1， REN Zhihua2， LIU zhengchu3

（1.Faculty of Civil Engineering and Mechanics，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，China;2.Yunnan Highway Science and Technology Research Institute，Kunming 650051，China;3.Kunming Survey，Design and Research Institute Company Limited of CREEC，Kunming 650200， China）

Abstract：

A two-dimensional saturated-unsaturated slope seepage and stability calculation model is established with the gravel soil bank slope in a reservoir area as the background. Based on the limit equilibrium method， the variation law of the bank slope stabilities during the whole process of water storage， stable operation and water discharge in the reservoir area and under different water level rise-fall velocity， gravel soil permeability and shear strength is anzlyzed. The results show that in the water storage stage， the infiltration line is "concave"， while in the water discharge stage， the infiltration line is "upward". When the reservoir water level rises or falls， the safety factor decreases first and then increases， and there is a most unfavorable water level value in the process of water level rise and fall. Compared with the rising water level， the stage of falling water level is even more detrimental to the bank slope stability. In the stable operation phase， the safety factor decreases monotonously， but the amplitude of change is not large. Properly increasing the water storage speed is conducive to the stability of the bank slope， and the faster the water discharge speed is， the less conductive it is to the bank slope stability， and there is a risk of landslides when the water level plummetes. The stronger the permeability of the gravel soil is and the greater the shear strength is， the more favorable it is to the stability of the bank slope. The influence of the internal friction angle on the bank slope stability is greater than that of the cohesive force on it. Therefore， it is recommended to pay attention to the stability of the bank slope at the most unfavorable water level and strictly control the rate of water level decline. The conclusions obtained can provide a scientific basis for the stability evaluation and disaster prevention of the bank slope.

Key words：

reservoir area; gravel soil bank slope; slope stability; water level rise and fall;permeability;shear strength