庫水位下降速率對(duì)三峽塔坪滑坡穩(wěn)定性的影響

嚴(yán)耀庭

(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001)

三峽庫區(qū)歷來是我國地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，自試驗(yàn)性蓄水以來，庫區(qū)內(nèi)隨之出現(xiàn)許多滑坡和塌岸，每年水庫調(diào)度形成近30 m水位漲落，滑坡、崩塌等一系列地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)顯著增加，古滑坡復(fù)活和新生庫岸滑坡變形失穩(wěn)現(xiàn)象大量出現(xiàn)?；乱坏┱w失穩(wěn)，將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果,許多中外學(xué)者對(duì)這些地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行深入研究，例如喬素云等通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)白水河當(dāng)水位下降是影響其穩(wěn)定性的主要因素[1]；鄧茂林等認(rèn)為降雨對(duì)木魚包滑坡有一定助推作用，主要在庫水位升降作用下坡體會(huì)持續(xù)變形[2]；肖維偉通過理論分析與數(shù)值模擬計(jì)算三峽庫區(qū)臥沙溪滑坡復(fù)活變形是由庫水位變動(dòng)[3]；秦林和呂鵬發(fā)現(xiàn)八桷樹滑坡受庫水位波動(dòng)影響最大[4]；林琰等通過GPS監(jiān)測、野外調(diào)查等方法發(fā)現(xiàn)三門洞滑坡當(dāng)庫水以1.6 m/d上升時(shí)，穩(wěn)定性最高，下降速率越快，穩(wěn)定性越低[5]；宋軍等[6]利用GeoStudio發(fā)現(xiàn)奉節(jié)何家坡滑坡當(dāng)庫水位降幅1.2 m/d處于基本穩(wěn)定，隨庫水下降速率，滑坡穩(wěn)定系數(shù)不斷下降；薛星橋等[7]發(fā)現(xiàn)淌里滑坡變形對(duì)水位下降情況比較敏感等。

目前，由于庫區(qū)汛期強(qiáng)降雨多發(fā)，與庫水位波動(dòng)共同作用影響下的順層滑坡發(fā)生很多起。位于三峽庫區(qū)巫山縣曲尺鄉(xiāng)的塔坪H1滑坡，自2008年庫水位上升和波動(dòng)以來變形加劇。滑坡一旦失穩(wěn)，后果不僅僅是經(jīng)濟(jì)上的損失，更是周邊居民生命上的威脅。因此通過2010年—2017年期間相關(guān)塔坪專業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及滑坡變形宏觀地質(zhì)記錄，并以GeoStudio軟件模擬塔坪滑坡在不同工況下的穩(wěn)定性，重點(diǎn)分析滑坡在強(qiáng)降雨和庫水位波動(dòng)影響下的穩(wěn)定性，建立了滑坡的安全系數(shù)隨時(shí)間變化的關(guān)系，為滑坡監(jiān)測預(yù)警和防治提供參考。

1 塔坪滑坡概況

塔坪滑坡位于重慶市巫山縣曲尺鄉(xiāng)的長江北岸，主要由塔坪巖質(zhì)古滑坡及其后期發(fā)展形成的塔坪H1、塔坪H2老滑坡組成，離巫山縣城有24 km。塔坪古滑坡南北長1 150 m，東西寬約1 050 m，面積約為1.26 km2，總體積約為3.08×107m3。塔坪H1滑坡平面形態(tài)呈現(xiàn)為圈椅狀，塔坪滑坡體后緣海拔約為300 m，前緣海拔約為145 m～160 m，寬為480 m～550 m，長為530 m～580 m，面積約為0.283 km2，總體積約1 270×104m3，滑坡前緣靠江區(qū)域坡度17°～37°，后緣坡度2°～5°，碎裂巖是滑坡體主要成分，厚度約為30 cm，呈現(xiàn)紫紅色，巖塊直徑約0.3 m～1.1 m。該滑坡屬于特大型巖質(zhì)滑坡。該滑坡后邊緣為曲尺鄉(xiāng)場鎮(zhèn)，若該滑坡發(fā)生變形將會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦陌踩斐呻[患。

滑坡體由砂巖碎裂巖和粉質(zhì)黏土夾雜著碎塊石組成，主要由砂巖碎裂巖為主，其中碎裂巖主要由石英砂巖組成，巖體破碎且裂隙較為發(fā)育，前部巖體較薄，中后部巖體較厚。其碎塊石主要是由長石石英砂巖風(fēng)化而成，呈現(xiàn)灰褐色。該滑坡地下水為松散巖類孔隙水、基巖分化裂隙水和基巖構(gòu)造裂隙水，平均每年降雨量在1 087.4 mm，主要在5月～9月份，占全年的降雨量近70%，7月、8月多暴雨，日降雨量峰值371.3 mm。主要由大氣降雨和灌溉水補(bǔ)給。東側(cè)有冬瓜溝，在西側(cè)有絞灘窯溝，常年有水，且由北向南匯入長江。在滑坡上還育有季節(jié)性顯現(xiàn)沖溝、炭硐溝和沙灣子溝。

自2008年三峽庫區(qū)175 m試驗(yàn)性蓄水，塔坪滑坡中前地表出現(xiàn)較多裂縫，據(jù)前期勘察資料顯示，塔坪滑坡有2條大的橫向拉張裂縫位于場鎮(zhèn)前部到臨江岸坡。自專業(yè)監(jiān)測開始，塔坪滑坡共布設(shè)地表變形測點(diǎn)12個(gè)，各監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)見圖1。

在曲尺場鎮(zhèn)的監(jiān)測點(diǎn)幾乎沒有明顯的位移，說明塔坪滑坡后緣目前比較穩(wěn)定。而塔坪中前部的監(jiān)測點(diǎn)均有明顯的位移。在2009年—2017年期間，塔坪滑坡前緣監(jiān)測點(diǎn)地表位移與庫水位和降雨的關(guān)系呈周期性變化，每年的5月份～7月份地表變形呈跳躍式變化，此時(shí)庫水位處于低水位期，且該段時(shí)間處于降雨期，在每年的5月份地表變形開始增加，在6月份出現(xiàn)明顯的增加。到7月初出現(xiàn)突變，但是在突變之后各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的變形速率都有所放緩。從這些監(jiān)測數(shù)據(jù)方面可得知在5月～7月份是該滑坡位移增長最快的時(shí)間段，也是最重要的值得注意的地方，圖2是塔坪滑坡代表性監(jiān)測點(diǎn)地表位移與庫水位周期變化曲線。

2 塔坪滑坡穩(wěn)定性影響因素分析

2.1 數(shù)值模擬

先利用GeoStudio軟件中sleep/w模塊建立穩(wěn)態(tài)下的模型，再利用slope/w模塊耦合降雨和庫水位下降對(duì)塔坪滑坡的穩(wěn)定性影響。根據(jù)塔坪滑坡所處的水文環(huán)境特征，確定模型的邊界條件。

1)滑坡體前緣為定水頭一類邊界，水頭高度由庫水確定；2)滑坡體庫水位以上為降雨量流量邊界，由降雨強(qiáng)度確定(見圖3)。模擬時(shí)間從2014年11月1日～2015年11月1日，共366 d。模型材料有4種，分別為巴東組基巖、香溪組碎裂巖、滑體和滑帶、基巖層為泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r和頁巖層，滑坡體為三疊系碎屑巖順向滑坡。滑坡數(shù)值分析的工程地質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 塔坪滑坡數(shù)值模型物理力學(xué)參數(shù)

對(duì)塔坪滑坡在降雨和庫水位下降穩(wěn)定性系數(shù)的變化模擬，用Geo-slope軟件的Morgenstern-Price法進(jìn)行計(jì)算分析，以1d作為步長，滑移面為完全指定，水頭的初始邊界設(shè)置為175 m，最終下降至145 m。

2.2 計(jì)算工況

降雨或水庫水位的升降都有可能導(dǎo)致滑坡變形，因此可通過不同的工況來驗(yàn)證[9]。采取無雨、年平均降雨量以及7月～8月平均降雨量這三種情況的降雨量，即0 mm/d，5 mm/d以及15 mm/d。在2014年4月26日～2014年6月1日其安全系數(shù)呈現(xiàn)線性下降，歷時(shí)36 d，庫水位下降速度約為0.42 m/d，從164.49 m降至149.39 m。以此采取工況：庫水位下降速度0.2 m/d,0.4 m/d和0.6 m/d，且?guī)焖畯?64.5 m降至149.4 m。

通過圖4可以明顯看出降雨對(duì)塔坪滑坡穩(wěn)定性的影響并非占主導(dǎo)作用。其中當(dāng)庫水位下降時(shí)滑坡的安全系數(shù)明顯下降，當(dāng)庫水位達(dá)到145.5 m時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到最低，庫水位上升時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)升高。

3 庫水位下降速率對(duì)塔坪滑坡穩(wěn)定性的影響

滑坡變形主要在6月～9月份，期間又經(jīng)常降雨，為了更加貼近實(shí)際情況，故采取降雨15 mm/d，以及不同的庫水下降速度來驗(yàn)證庫水下降速度對(duì)滑坡變形的影響[10]。

從圖5可以看出在不同庫下降速率下，0.6 m/d的庫水下降速度在相同時(shí)間內(nèi)比0.2 m/d的庫水下降速度的穩(wěn)定性系數(shù)低近0.04,0.6 m/d庫水下降速度的穩(wěn)定性曲線在15 d后陡然下降，0.4 m/d庫水下降速度的穩(wěn)定性曲線在25 d后突然下降，而0.2 m/d的庫水下降速度的穩(wěn)定性曲線在這些天數(shù)內(nèi)平緩下滑；從圖6可以看出穩(wěn)定性系數(shù)從1.26一同降至1.21時(shí)，0.6 m/d的庫水下降速度比0.2 m/d的庫水下降速度快了近50 d，最終的穩(wěn)定系數(shù)也是最低的，且0.6 m/d庫水下降速度的穩(wěn)定性曲線近似筆直下降，0.4 m/d庫水下降速度的穩(wěn)定性曲線一開始同0.6 m/d曲線快速下降但在30 d左右開始變緩，在35 d左右陡然下降，而0.2 m/d庫水下降速度的穩(wěn)定性曲線在20 d和70 d有陡然下滑，其他時(shí)間較為平緩。通過圖5,圖6可分析出庫水下降速率越大，塔坪穩(wěn)定性下降的越快。

4 結(jié)論

經(jīng)過此次數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果分析，可得出結(jié)論：1)塔坪滑坡受庫水以及降雨影響其變形呈階梯型變化，在每年5月份地表開始變形增加，6月份加?。?)通過GeoStudio軟件分析得出塔坪滑坡穩(wěn)定性因素主要受庫水下降影響；3)庫水下降速度越大，塔坪滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降的也就越快；庫水下降速度越小，其穩(wěn)定性系數(shù)下降的越慢。