動(dòng)水壓力對(duì)涉水復(fù)活型滑坡的影響研究

姜照容 于志偉

廣東省地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì) 廣東 珠海 519000

1 引言

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)庫水位升降條件下動(dòng)水壓力對(duì)滑坡的影響做了一系列的研究。例如，王錦國等[1]分析了三峽庫區(qū)猴子石滑坡地下水滲流時(shí)的動(dòng)力場；鄭穎人等[2]（2004）計(jì)算了庫水水位下降時(shí)滲透力以及地下水浸潤線的位置；劉新喜等[3]（2003）利用二維Richards滲流模型，結(jié)合地下水力學(xué)模型，研究了庫水水位驟降條件下滑坡滲流場的變化以及地下水對(duì)浸潤線位置的影響；Griffith等利用有限元的等數(shù)值方法對(duì)庫水位升降條件下滑坡的穩(wěn)定性以及變形過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析。目前，研究庫水位驟降對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響還不夠深入，主要表現(xiàn)在：以往在滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方面，在考慮地下水的力學(xué)作用時(shí)，大多只涉及靜水壓力的作用，而往往忽視動(dòng)水壓力的作用，從而使評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際有較大的出入，計(jì)算出來的穩(wěn)定系數(shù)也比實(shí)際偏大；由于影響滑坡的因素很多，各種因素也不是單獨(dú)作用，而是相互作用，共同影響滑坡的穩(wěn)定性。本文將立足庫水位變化對(duì)動(dòng)水壓力型滑坡影響的研究；對(duì)三峽庫區(qū)樹坪滑坡在庫水位驟降條件下進(jìn)行數(shù)值模擬研究。

2 樹坪滑坡概況

樹坪滑坡為典型的涉水復(fù)活型滑坡，發(fā)育于沙鎮(zhèn)溪南岸；樹坪滑坡的滑坡發(fā)育特征較典型，后緣明顯呈圈椅狀形態(tài)，前緣長期在145-175m水位之間侵泡，滑坡體地形上陡下緩、南高北低?；轮骰较騈W130°，上部較窄，有三個(gè)明顯從后緣流向前緣的季節(jié)性沖溝，地下水滲流活躍。樹坪地下水主要由孔隙水與裂隙水組成，地下水以泉水或滲流形式最終排泄入長江。樹坪滑坡屬于老滑坡，歷史上崩滑頻繁。自2003年6月三峽水庫開始蓄水以來，一直發(fā)生持續(xù)變形，滑體表面變形跡象不斷增多，坡體內(nèi)的裂縫呈貫通趨勢(shì)，并且局部出現(xiàn)較大規(guī)模的坍塌，如圖1所示；樹坪滑坡歷史上曾多次產(chǎn)生滑坍，穩(wěn)定性較差，在降雨或庫水位升降等外部條件的作用下，就可能產(chǎn)生變形破壞。在三峽水庫水位由175m降至145m期間，再疊加強(qiáng)降雨，該滑體將產(chǎn)生較大變形，甚至失穩(wěn)破壞?；乱坏┦Х€(wěn)破壞，將給當(dāng)?shù)厝嗣裨斐删薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失，并直接威脅長江航運(yùn)安全。隨著蓄水位的不斷升高，鋸齒狀的張拉裂縫逐漸貫通，連續(xù)幾年在雨季內(nèi)，滑坡裂縫擴(kuò)張，東部沿江公路出現(xiàn)坍塌，隨著蓄水位的進(jìn)一步升高，滑坡體東側(cè)變形范圍逐漸加大，形成了以東側(cè)為主的滑坡主滑區(qū)及西側(cè)的牽引區(qū)。目前滑坡仍處于持續(xù)變形中，蠕動(dòng)變形加快，后期失穩(wěn)可能性較大。如圖2所示；由于樹坪滑坡的變形，樹坪后緣邊界形成了鋸齒狀的張拉裂縫，可以發(fā)現(xiàn)裂縫逐步貫通，走向清晰。

圖1 樹坪滑坡全景圖

圖2 樹坪滑坡剖面圖

3 滑坡變形誘發(fā)因素

3.1 地質(zhì)因素

由于樹坪滑坡的地層巖性為三疊系中統(tǒng)巴東組，該巖性易風(fēng)化，力學(xué)強(qiáng)度低，遇水后泥化，特別是遇水后滑帶的抗剪強(qiáng)度明顯降低，從而使滑坡失穩(wěn)。樹坪滑坡的層間褶曲較發(fā)育，巖層中劈理化現(xiàn)象較明顯，滑坡的產(chǎn)生是坡面附近切向應(yīng)力逐漸積累的結(jié)果[1]。隨著三峽大壩的蓄水，使得長江河谷不斷下切形成現(xiàn)代河床，形成了有效臨空面，促使滑坡一定深度內(nèi)的巖層跟隨產(chǎn)生蠕變彎曲，最終導(dǎo)致彎曲轉(zhuǎn)折端產(chǎn)生剪切破碎帶，發(fā)展成致滑軟弱面形成滑坡。

3.2 庫水作用

樹坪滑坡是典型的大型涉水復(fù)活型滑坡，隨著三峽大壩的蓄水，其中庫水位變動(dòng)是誘發(fā)滑坡變形的主要因素之一，庫水位周期性升降，岸坡水土作用加劇，引起坡體滲流場，應(yīng)力場的改變，改變土體的物理力學(xué)參數(shù)，使得庫岸滑坡體所受的靜水壓力及動(dòng)水壓力將發(fā)生周期性的變化[4]。

3.3 大氣降雨作用

三峽庫區(qū)中的滑坡位于亞熱帶季風(fēng)氣候地帶，年降水豐沛，尤其是暴雨會(huì)對(duì)滑坡產(chǎn)生較大影響；較大降雨，大量雨水滲入滑坡體，而地下水滲出速率遠(yuǎn)小于入滲速率，使得地下水劇增，增加量滑坡體的下滑力，使得穩(wěn)定性降低；由于地下水滲流產(chǎn)生較大動(dòng)水壓力，增加了滑坡的下滑力，使得穩(wěn)定性降低；由于大量水入滲，軟化滑帶，使得巖土體的力學(xué)性能大大降低，內(nèi)聚力和摩擦角值減小，穩(wěn)定性降低；這些都會(huì)使得滑坡的變形加劇，因而降雨是使滑坡產(chǎn)生變形的主要因素。

4 滑坡體計(jì)算參數(shù)確定

綜合分析樹坪滑坡的地質(zhì)條件、滑體及滑帶土的物理力學(xué)參數(shù)及試驗(yàn)成果，并類比相似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定滑坡巖土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)參數(shù)建議值見表1。

表1 滑坡巖土體主要物理力學(xué)參數(shù)建議值

5 樹坪滑坡分析

本文將通過兩種有限元軟件分析同一滑坡的穩(wěn)定性，一種是大量使用的有限元軟件GEO-slope進(jìn)行穩(wěn)定性分析,該軟件在進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)，忽略了動(dòng)水壓力作用；另一種是由三峽大學(xué)自主開發(fā)的一款有限元軟件SSS2D-SQKY進(jìn)行穩(wěn)定性分析，該軟件在進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)，考慮了動(dòng)水壓力作用；通過兩種軟件的對(duì)比分析指出動(dòng)水壓力對(duì)滑坡穩(wěn)定性的重要作用。

5.1 模型建立

本文選取樹坪滑坡的主剖面Ⅱ-Ⅱ’建立地質(zhì)模型，建立有限元計(jì)算模型如圖3所示。

圖3 樹坪滑坡有限元計(jì)算模型圖

5.2 GEO-slope與SSS2D-SQKY穩(wěn)定性分析

三峽庫區(qū)正常蓄水后，庫水位將在145m-175m水位間漲落，由于本文目的是研究動(dòng)水壓力的作用效果，采用對(duì)比模擬分析，于是本文只考慮庫水位驟降情況，則按照庫水實(shí)際調(diào)度情況選取一個(gè)水文年內(nèi)庫水位驟降變化作為基準(zhǔn)工況。首先利用Geo-Studio軟件計(jì)算的seep/w模塊[5]分析樹坪滑坡的滲流變化情況，根據(jù)計(jì)算所得到的滲流場結(jié)果，并考慮滑坡體自重以及前緣庫水對(duì)滑坡的壓力，用Geo-Studio軟件的slope/w模塊對(duì)樹坪滑坡的主剖面Ⅱ-Ⅱ’進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算采用Morgenstern-Price極限平衡法。SSS2D-SQKY軟件考慮了滲透過程中動(dòng)水壓力的影響，能較準(zhǔn)確的計(jì)算出滑坡的穩(wěn)定系數(shù)；該軟件是在有限元軟件Geo-Studio建?；A(chǔ)上得到建模數(shù)據(jù)，通過導(dǎo)入建模數(shù)據(jù)，對(duì)模型加上動(dòng)水壓力作用進(jìn)行分析，最后得到安全系數(shù)。

圖4所示為同一個(gè)工況下，用兩種軟件分別計(jì)算出來的安全系數(shù)隨時(shí)間變化曲線，我們可以清楚的發(fā)現(xiàn)沒考慮動(dòng)水壓力作用，使用的GEO-slope計(jì)算的安全系數(shù)整體明顯高于考慮了動(dòng)水壓力作用的SSS2D-SQKY軟件計(jì)算的安全系數(shù)，最大位置安全系數(shù)可以下降6%，說明動(dòng)水壓力作用對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響顯著，使用GEO-slope計(jì)算安全系數(shù)是不夠準(zhǔn)確的，是偏于不安全的。分析計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)考慮動(dòng)水壓力的計(jì)算比不考慮動(dòng)水壓力的計(jì)算，下降趨勢(shì)更快，開始時(shí)，由于動(dòng)水壓力作用明顯，滑坡的安全系數(shù)快速下降，隨著庫水位下降，地下水也明顯下降，動(dòng)水壓力作用減小，滑體的下滑力也隨之減小，可以發(fā)現(xiàn)滑坡的安全系數(shù)下降減緩。

圖4 樹坪滑坡安全系數(shù)變化情況

6 結(jié)論

對(duì)樹坪滑坡的對(duì)比分析，本文清晰的描述了動(dòng)水壓力在滑坡中的重要作用，特別是在動(dòng)水壓力型滑坡中，由于動(dòng)水壓力型滑坡的土層結(jié)構(gòu)，各種性質(zhì)讓動(dòng)水壓力作用表現(xiàn)的更加明顯。通過對(duì)比分析知道動(dòng)水壓力對(duì)滑坡穩(wěn)定系數(shù)影響較大，計(jì)算滑坡穩(wěn)定系數(shù)時(shí)，動(dòng)水壓力是一個(gè)重要因素，忽略動(dòng)水壓力會(huì)使計(jì)算出來的穩(wěn)定系數(shù)偏大，計(jì)算滑坡穩(wěn)定系數(shù)使用的GEO-slope結(jié)果偏離真實(shí)較大，應(yīng)該得到足夠的重視；影響滑坡的因素眾多，不同性質(zhì)的滑坡，應(yīng)該找到主要因素，就如本文中庫水位驟降條件下，動(dòng)水壓力的作用明顯，不能忽略，要用科學(xué)的方法得到較真實(shí)的結(jié)果。