庫水位變化時陡傾軟弱順層巖質(zhì)滑坡變形機(jī)制

張 琪,巨能攀,張成強(qiáng),張建軍,柯 虎,劉 恒

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室(成都理工大學(xué)),成都 610059;2.國能大渡河流域水電開發(fā)有限公司,成都 610000)

庫岸滑坡作為水庫運行期間常見災(zāi)害之一,影響范圍廣泛,危害形式多樣［1］,與其他環(huán)境中的邊坡失穩(wěn)、滑坡災(zāi)害相比,庫岸滑坡作為特殊條件下的滑坡類型,其變形通常受到庫水位漲落的影響;因此,研究庫水變化時滑坡變形破壞機(jī)制,成為有效預(yù)測這一危害產(chǎn)生的關(guān)鍵。近年來,國內(nèi)外研究者通過現(xiàn)場調(diào)查資料結(jié)合監(jiān)測手段,在理論分析、數(shù)值模擬、模型試驗等方面都有較多成果［2-7］。Zhao S.等［8］運用綜合遙感對缺乏監(jiān)測數(shù)據(jù)的地區(qū)滑坡變形進(jìn)行分析,證明水位變化是控制龍羊峽水庫滑坡變形速率和趨勢的主要外部因素;朱賽楠等［9］結(jié)合無人機(jī)航拍、鉆探、地表及深部位移監(jiān)測等多源手段綜合分析滑坡變形特征及失穩(wěn)機(jī)制;在坡體穩(wěn)定性計算分析中,J.Iqbal等［10］采用三維強(qiáng)度折減法對不同庫水位波動和降雨條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析;A.Biniyaz等［11］考慮了非飽和抗剪強(qiáng)度、非飽和帶中的容重變化以及靜水壓力隨庫水位變化的影響,對包括Bishop簡化法和普通條分法在內(nèi)的極限平衡法進(jìn)行了修正。宋丹青等［12］、白潔等［13］利用有限元數(shù)值模擬對滑坡整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析,結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)明確了滑坡變形破壞特征及滑動失穩(wěn)機(jī)制;張世殊等［14］、唐軍峰等［15］利用離散元模擬計算坡體內(nèi)部力學(xué)特征及穩(wěn)定性,得到邊坡的變形機(jī)制。但現(xiàn)有研究中對陡傾軟弱順層巖質(zhì)滑坡在水位變化下變形機(jī)制的分析較少。

陡傾軟弱順層巖質(zhì)滑坡因其特殊的結(jié)構(gòu),在外界干擾下易產(chǎn)生失穩(wěn)變形［16］。本文研究的水電站開頂滑坡為典型的陡傾軟弱順層巖質(zhì)滑坡,自蓄水8個月后(2017年8月)出現(xiàn)變形,2018年2月發(fā)生滑動破壞,前期研究對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行了簡單分析［17］,但并未詳細(xì)研究水位變化對邊坡變形的影響。因此本文以開頂滑坡為研究對象,基于前期調(diào)查資料,結(jié)合2017-2020年3年間庫水位、地表位移監(jiān)測數(shù)據(jù),查明滑坡變形破壞特征;利用離散元法對坡體在水位上升過程中外部變形響應(yīng)過程及內(nèi)部間隙水壓力變化狀況進(jìn)行分析,結(jié)合有限元法進(jìn)一步分析水位變化過程中滑體穩(wěn)定性隨時間演化規(guī)律,二者結(jié)合能夠系統(tǒng)反映水位升降時滑坡的變形機(jī)制,對庫岸滑坡在水庫運行過程中的變形發(fā)展、破壞模式、風(fēng)險防控有一定的參考價值。

1 工程地質(zhì)概況

開頂滑坡(圖1)位于丹巴縣某水電站庫區(qū),屬高山峽谷地貌,大渡河自北向南縱貫全境,境內(nèi)地勢西高東低,坡體總體向大渡河傾斜,平均海拔高度為2 km,地形高差約287 m,基本沿N5°W向展布,長約460 m,寬約490 m。坡體上部地形較陡,天然坡度為40°～45°,坡頂覆蓋層厚度一般為1～2 m,植被稀疏;斜坡下部坡度較緩,天然坡度33°～40°,植被發(fā)育,坡表可辨層面,層面產(chǎn)狀為62°∠57°,層厚2～3 cm。

圖1 開頂滑坡全貌圖Fig.1 Panoramic view of Kaiding landslide

圖2 開頂滑坡典型剖面圖Fig.2 Typical engineering geological profile of Kaiding landslide

2 滑坡結(jié)構(gòu)及變形破壞特征

2.1 滑坡結(jié)構(gòu)特征

坡表巖體受風(fēng)化及重力卸荷影響,基巖節(jié)理裂隙發(fā)育呈層狀碎裂結(jié)構(gòu)或鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu),在兩段出露基巖區(qū)域共測得6組節(jié)理裂隙(表1)。坡體的整體穩(wěn)定性主要受傾坡外產(chǎn)狀為78°∠26°及151°∠36°的兩組裂隙控制(圖3),兩組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面與巖層面將巖體切割成碎塊狀［18-19］。

表1 節(jié)理與裂隙統(tǒng)計Table 1 Statistical table of joints and fissures

圖3 結(jié)構(gòu)面赤平投影分析圖Fig.3 Stereographic projection of structural planes

2.2 滑坡變形破壞特征

調(diào)查區(qū)現(xiàn)有變形破壞現(xiàn)象較為復(fù)雜,在坡體中部和頂部有多處崩塌,坡表堆積有大量崩坡積物 (圖4-B、C、D)。滑坡后緣因滑動破壞產(chǎn)生一個高約20 m的陡壁(圖4-E);前緣公路擋墻多處開裂,出現(xiàn)明顯變形跡象。

圖4 研究區(qū)綜合工程地質(zhì)平面圖Fig.4 Comprehensive engineering geological plane of study area

2016年12月13日水庫第一階段蓄水至海拔高度1 802 m以來,邊坡并未發(fā)生明顯的變形破壞現(xiàn)象。直到蓄水8個月后,公路路面與路肩墻出現(xiàn)寬約1.8 cm的裂縫。2017年9月進(jìn)行第二、第三階段蓄水后,原有裂縫出現(xiàn)加寬、加長現(xiàn)象(圖4-A)。

2017年11月18日水庫蓄水至海拔高度1842 m以來,公路路面新增多條縱向裂縫,最長可達(dá)30 cm;坡體側(cè)緣裂縫發(fā)育并且逐漸與公路開口線外山坡處的裂縫貫通;隨著邊坡變形不斷發(fā)展,有滾石沿沖溝滾至公路,路面變形跡象加劇。

自2017年12月20日起,庫水位持續(xù)下落,從海拔高度1 840 m降至1 832 m,期間開頂滑坡變形持續(xù)發(fā)展,變形速率呈線性逐日增大,裂縫寬度最大超1 m,下游側(cè)緣邊界及后緣處裂縫基本貫通。2018年2月6日起,庫水位再次消落,降至海拔高度1 826 m,在此期間開頂滑坡變形速率不斷增加,在2月15日達(dá)到頂峰,位移大幅度上升。變形發(fā)展期間,現(xiàn)場發(fā)生多次不同規(guī)模的坍塌,交通中斷。坡體上部分布有大量落石和危巖體,危巖體大小在2～5 m(圖4-C、D)。

2.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

開頂滑坡發(fā)生變形以來,陸續(xù)設(shè)置了24個變形監(jiān)測墩及6個GNSS測點對滑坡變形進(jìn)行監(jiān)測,具體位置如圖5所示。

圖5 開頂滑坡監(jiān)測設(shè)施布置圖Fig.5 Layout of monitoring facilities for Kaiding landslide

滑坡累計位移監(jiān)測曲線見圖6,岸坡變形以X方向下游側(cè)變形、Y方向臨空側(cè)變形以及H方向沉降變形為主。其中X方向為水平面指向上下游的方向,Y方向為水平面與X向垂直指向臨空與靠巖體側(cè)的方向,H方向為與水平面垂直的方向。從圖中可以看出,開頂滑坡在2017年12月15日—2018年2月4日,位移變化較小,處于變形初始階段［20］。由于庫水位的持續(xù)降落,2018年2月4日—2018年2月22日,坡體變形明顯增加,位移激增,此時滑坡已進(jìn)入加速變形-破壞階段。

圖6 2017年12月16日—2019年12月31日累計位移變化過程Fig.6 Cumulative displacement change process from 2017.12.16 to 2019.12.31

2018年2月22日之后,隨著庫水位上升,開頂滑坡位移日變化量逐漸減小,變形趨緩,坡體進(jìn)入等速變形階段,其中以滑坡下游側(cè)后緣TP15、TP18、TP19、TP20位置的變形量值最大,左側(cè)邊界次之。2018年9月S211改線公路及隧道施工后,滑坡變形保持平穩(wěn),并未出現(xiàn)激增態(tài)勢。

圖7為庫水位變化速率與滑坡位移變化速率監(jiān)測曲線,2017—2019年間該水電站水位變化速率范圍為0～5 m/d(圖7-A),結(jié)合現(xiàn)有變形破壞特征得到庫水位變化對開頂滑坡影響較大,水位上升是誘發(fā)滑坡變形的主要原因,水位下降進(jìn)一步加劇變形的發(fā)展,當(dāng)水位以小于0.5 m/d的速率變化時,岸坡變形發(fā)展不明顯,當(dāng)水位降落連續(xù)日變化量超過0.5 m時,變形速率突增,邊坡發(fā)生大規(guī)模失穩(wěn)破壞。

圖7 速率變化過程Fig.7 Rate change process

3 庫水變化時滑坡變形特征數(shù)值分析

3.1 滑坡變形響應(yīng)過程數(shù)值分析

3.1.1 計算模型建立及參數(shù)選取

為探究水位變化對開頂滑坡變形破壞的影響,使用二維離散元模擬軟件UDEC對不同蓄水位時滑坡變形發(fā)展過程進(jìn)行分析。

開頂滑坡為一個典型的順層巖質(zhì)滑坡,內(nèi)部節(jié)理裂隙發(fā)育,故在計算中不能將其視為簡單的連續(xù)介質(zhì),采用離散元方法處理更為恰當(dāng)。其中,巖石采用Mohr-Coulomb彈塑性本構(gòu)關(guān)系,不連續(xù)面采用Coulomb滑動屈服準(zhǔn)則［21-22］。簡化后的計算模型如圖8所示,將坡體物質(zhì)劃分為三類,即強(qiáng)風(fēng)化綠片巖、弱風(fēng)化綠片巖、白云巖,并考慮了兩組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀。

圖8 計算模型示意圖Fig.8 Calculating model

坡腳部分破碎帶位于水面以下,經(jīng)浸泡軟化,力學(xué)強(qiáng)度有所下降。據(jù)趙建軍等［23］研究,長期飽水條件下千枚巖強(qiáng)度明顯劣化,其黏聚力劣化程度大于內(nèi)摩擦角;因此在計算中,對水面以下巖體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行折減計算,根據(jù)地《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JTG C20-2011)結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查得到巖層與節(jié)理裂隙力學(xué)參數(shù)分別見表2和表3。

表2 巖層物理力學(xué)參數(shù)Table 2 Mechanical parameters of rock mass

表3 節(jié)理裂隙物理力學(xué)參數(shù)Table 3 Mechanical parameters of joints and fissures

3.1.2 計算結(jié)果分析

a.最低蓄水

當(dāng)蓄水位保持在最低位置(海拔高度1 803.16 m)時,如圖9所示,計算至15萬步,坡體呈現(xiàn)明顯的自下向上牽引式變形,坡腳最大位移變形量8.48 m,后緣(海拔高度2 000 m附近)拉裂縫近貫通,坡體變形區(qū)連續(xù),巖層沿順層剪切面下錯,層間錯動明顯,垂直方向最大位移達(dá)到6 m;隨著迭代時步的不斷進(jìn)行,坡體變形趨于穩(wěn)定。

圖9 最低蓄水位計算模型Fig.9 Calculating model of minimum water storage level

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查,庫水上升過程中坡腳變形跡象顯著,公路擋墻及路面都出現(xiàn)明顯變形。原因是坡腳結(jié)構(gòu)面發(fā)育,巖體破碎,滲透性好,庫水沿節(jié)理裂隙運移,間隙水壓力升高,不斷推動巖體沿層面滑動,位于水面以下的坡腳巖體受到水的浮托力作用,有效質(zhì)量減小,前緣抗滑力下降,隨著坡腳巖體不斷地滑塌,坡體中后部變形在牽引下發(fā)展迅速,坡表出現(xiàn)多條拉張裂縫且不斷擴(kuò)展。

b.最高蓄水

當(dāng)水位上升至最高位置(海拔高度1 841.56 m)后保持穩(wěn)定,水位上漲使得坡腳大部分巖體淹沒于水中。如圖10所示,對比最低蓄水位,此時位移更明顯,隨著坡腳巖體間隙水壓力進(jìn)一步增與巖層折減參數(shù)相同。f為摩擦系數(shù),f=tanφ。

圖10 最高蓄水位計算模型Fig.10 Calculating model of the highest water storage level

大,垮塌規(guī)模擴(kuò)大,中上部巖體受重力作用影響不斷下坐,后緣拉裂縫基本貫通,海拔高度2 000 m附近巖體表面拉裂縫不斷擴(kuò)張且延伸更深,坡體沿順層剪切面產(chǎn)生沉降變形,水平方向最大位移16 m,垂直方向最大位移可達(dá)6 m。

位移矢量如圖9-B和圖10-B所示,在同等時步下,最高蓄水工況位移量明顯增加,變形區(qū)域連續(xù)且滑面與后緣清晰,此時滑坡基本形成。根據(jù)計算推測,滑坡后壁位于海拔高度2 050 m處,與實際調(diào)查成果較吻合,滑面位于基巖順層剪切帶也是強(qiáng)風(fēng)化帶。說明水位上升到一定高度后,會引發(fā)大規(guī)模變形現(xiàn)象,威脅岸坡的穩(wěn)定。

在蓄水作用下滑坡變形的過程中也必然會引起坡體內(nèi)間隙水壓力的變化。而通過間隙水壓力的變化也能說明滑坡在庫水作用下的變形機(jī)理。為了更好探究內(nèi)部間隙水壓力變化規(guī)律,利用UDEC滲流分析坡體內(nèi)部間隙水壓力變化情況,在模型的兩側(cè)施加間隙水壓力邊界,將底部設(shè)置為不透水邊界,觀察8個不同深度的監(jiān)測點(圖8),得到蓄水過程中間隙水壓力與水位、位移關(guān)系曲線。

如圖11所示,水位不斷上升的過程中,1#、2#監(jiān)測點位于坡腳最先破壞,間隙水壓力上升一段后不再變化,3#、4#、5#監(jiān)測點間隙水壓力在滲流力的作用下大幅度升高,隨著內(nèi)部滲流場趨于平衡后,逐漸下降并保持穩(wěn)定。在滑坡變形破壞現(xiàn)象的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),坡體在蓄水后才出現(xiàn)明顯的變形跡象,其原因是庫水不斷補(bǔ)給坡體內(nèi)地下水,地下水位上升,結(jié)合圖11-B,在水位上升的過程中,飽和區(qū)面積擴(kuò)大,降低了滑體有效質(zhì)量,削弱了滑面的抗剪強(qiáng)度,最終導(dǎo)致滑坡發(fā)生位移變形。

圖11 間隙水壓力監(jiān)測曲線Fig.11 Monitoring curve of pore water pressure

3.2 庫水位變化時滑坡穩(wěn)定性演化規(guī)律

前述利用離散元法明確了庫水位變化導(dǎo)致滑坡變形的過程及機(jī)理。為進(jìn)一步分析水位變化時坡體變形破壞機(jī)制,采用有限元分析軟件并結(jié)合非飽和土力學(xué)理論,基于極限平衡理論的SLOPE模塊,選擇Morgrnstern-price計算方法,耦合SEEP模塊分析不同升降速率時滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的演化規(guī)律。參考調(diào)查資料及附近區(qū)域巖體水力學(xué)參數(shù),確定滑坡巖體水力參數(shù)如表4所示。

表4 滑坡各滲流介質(zhì)水力學(xué)參數(shù)取值Table 4 Hydraulic parameter value of landslide seepage medium

現(xiàn)分別以4.8 m/d、3.84 m/d、1.92 m/d、0.768 m/d、0.384 m/d五種速率模擬坡體在海拔高度為1 803.16～1 841.56 m的水位上升及下降穩(wěn)定性系數(shù)變化情況,計算結(jié)果見圖12。

圖12 水位變化速率與滑坡穩(wěn)定性系數(shù)演化規(guī)律Fig.12 Evolution law of landslide stability coefficient under water level rate change

由圖12-A所示,水位以4.8 m/d、3.84 m/d、1.92 m/d的速率上升,坡體穩(wěn)定性隨時間呈現(xiàn)先增后減的變化規(guī)律,滲流穩(wěn)定后即為蓄水時長期穩(wěn)定系數(shù);當(dāng)以0.384 m/d的速率緩慢上升,坡體穩(wěn)定性保持持續(xù)增加的趨勢,最終趨于一致。根據(jù)計算結(jié)果隨時間的演化規(guī)律可知：前期蓄水條件下,水面以下巖體物理力學(xué)性質(zhì)已在長期飽水條件下劣化,庫水上升前期,坡體內(nèi)地下水位上升滯后,兩者間形成指向坡內(nèi)的水位落差,作用在坡體上的動水壓力對坡體產(chǎn)生圍壓作用是有利于坡體穩(wěn)定的;隨著時間增長,坡體內(nèi)地下水位上升至穩(wěn)定,動水壓力逐漸消散,滑體含水量增加,飽和區(qū)面積增大,增加的間隙水壓力削弱了巖體間抗剪強(qiáng)度的同時,降低摩擦力使得邊坡穩(wěn)定性下降,直到滲流場平衡后趨于穩(wěn)定。當(dāng)水位以緩慢的速率(0.38 m/d)上升時,指向坡內(nèi)的動水滲透壓力及時消散,水頭差產(chǎn)生的靜水壓力使得坡體穩(wěn)定性保持始終上升的狀態(tài)。

如圖12-B所示,水位以4.8 m/d、3.84 m/d、1.92 m/d、0.768 m/d等大于0.5 m/d的速率驟降時,邊坡穩(wěn)定性先下降后上升,下降的速率越快穩(wěn)定性降低的程度越大;當(dāng)庫水以4.8 m/d的速率快速下降時,第10天穩(wěn)定性就降到了1.032,邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。在以0.384 m/d的速率緩慢下降時,坡體穩(wěn)定性仍保持連續(xù)降低的狀態(tài),說明水位的驟降對邊坡穩(wěn)定的影響是極其不利的。根據(jù)穩(wěn)定性變化規(guī)律分析可知：在水位下降時,地下水位滯后于庫水位下降,將會產(chǎn)生指向坡外的滲透壓力,同時因水頭差產(chǎn)生的靜水壓力相當(dāng)于對坡體施加了向臨空方向的推力,導(dǎo)致穩(wěn)定性大幅度下降;隨著水位的平穩(wěn),內(nèi)部滲流場穩(wěn)定,滲流力消散,穩(wěn)定性逐漸上升并趨向穩(wěn)定。緩慢的下降使得間隙水壓力和動水壓力及時消散,因此不會出現(xiàn)急劇降低的情況,而是緩慢降至穩(wěn)定狀態(tài)。

通過有限元分析得到的不同水位變化速率時滑坡穩(wěn)定性隨時間演化特征,可知庫水位的動態(tài)變化是影響滑坡變形的主要誘發(fā)因素。庫水位上升進(jìn)一步軟化坡腳巖體,增加巖體間隙水壓力,減小前緣巖體抗滑力;庫水位下降產(chǎn)生的指向坡外的滲流壓力;二者皆會導(dǎo)致坡體失穩(wěn)變形,尤其是水位變化速率超過0.5 m/d時,坡體極有可能出現(xiàn)大范圍失穩(wěn)破壞。

4 滑坡變形機(jī)制分析

開頂滑坡為一個典型的陡傾軟弱順層巖質(zhì)滑坡,其特殊的陡傾順層構(gòu)造、對水敏感的巖性特點是滑坡產(chǎn)生的主要控制因素。庫水位的變化是坡體變形破壞的主要誘發(fā)因素,蓄水導(dǎo)致巖體內(nèi)部物理力學(xué)性質(zhì)大幅度下降,引發(fā)變形;水位的持續(xù)降落進(jìn)一步加劇變形的發(fā)展,最終造成大范圍失穩(wěn)破壞。

4.1 地質(zhì)因素

開頂滑坡屬陡傾順層巖質(zhì)滑坡,坡度上陡下緩,前緣因公路建設(shè)開挖,臨空條件較好。通過野外調(diào)查及監(jiān)測結(jié)果分析,將滑坡體分為三個大區(qū)(圖1)：下游Ⅰ、Ⅱ區(qū)地形上為一突出山脊,巖體較為破碎;上游Ⅲ區(qū)為一個相對淺凹槽地貌,地形相對完整。Ⅰ、Ⅱ區(qū)后緣因滑動產(chǎn)生明顯陡壁,變形較大,下游側(cè)緣裂縫基本貫通,坡表縱向壓張裂縫發(fā)育;Ⅲ區(qū)變形量較上述兩區(qū)小,坡表覆蓋層較厚,也已出現(xiàn)明顯的變形破壞跡象。

順層巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性往往受層面軟弱帶控制,開頂滑坡層面傾角較大,巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育,綠片巖、千枚巖較軟,對水敏感,坡腳巖體在庫水作用下,強(qiáng)度劣化,特殊的構(gòu)造條件及巖性特點控制了滑坡的變形發(fā)展,使得坡體易在外界擾動下沿層面發(fā)生滑移變形。

4.2 庫水位變化

該水電站自2016年12月13日第一階段蓄水至海拔高度1 802 m。2017年9月開始進(jìn)行第二、第三階段蓄水,11月蓄水至海拔高度1 840 m;12月20日至2018年4月21日,庫水位持續(xù)下落,從海拔高度1 840 m降至1 803.28 m,隨后逐漸上升保持平穩(wěn)。

開頂滑坡在水庫蓄水8個月后出現(xiàn)變形,又在水位持續(xù)下落過程中發(fā)生一次大規(guī)?；瑒悠茐摹８鶕?jù)庫水位變化情況、變形破壞特征及數(shù)值模擬結(jié)果綜合判斷,將滑坡的變形過程劃分為3個階段：第一階段,水庫蓄水前開頂滑坡前緣大渡河邊海拔高度1 770～1 860 m一帶多為基巖,天然狀態(tài)下受重力作用影響,產(chǎn)生局部小變形,未見強(qiáng)烈變形跡象,整體穩(wěn)定(圖13-A);第二階段,坡腳巖體因受強(qiáng)風(fēng)化作用影響,力學(xué)性質(zhì)軟弱,遇水軟化后物理力學(xué)性能進(jìn)一步降低,巖層發(fā)生向臨空方向的順層剪切變形,變形從坡腳向上發(fā)展至坡頂,即為牽引式變形,坡表產(chǎn)生一系列拉裂縫,側(cè)緣裂縫也斷續(xù)發(fā)育(圖13-B);第三階段,隨著水位變化,坡體內(nèi)間隙水壓力不斷增加,坡體內(nèi)孔壓變化滯后于水位變化,產(chǎn)生的滲流力導(dǎo)致牽引變形不斷發(fā)展,后緣裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展近貫通,坡頂巖土體開裂下坐并推擠中下部,中部縱向裂縫擴(kuò)展增多,側(cè)向裂縫發(fā)展貫通,監(jiān)測結(jié)果表明滑坡體后緣變形量較大并以沉降變形為主(圖13-C),此時岸坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài),外界的擾動可能會引發(fā)大規(guī)模失穩(wěn)。

圖13 開頂滑坡變形演化過程示意圖Fig.13 Evolvement diagram of deformation evolution of Kaiding landslide

綜上所述,開頂滑坡為水庫蓄水誘發(fā)的滑移-拉裂式滑坡。自重應(yīng)力控制下岸坡處于穩(wěn)定狀態(tài),但因其特殊的陡傾順層構(gòu)造,受外界干擾易沿層面發(fā)生剪切滑動變形,坡體本身結(jié)構(gòu)面發(fā)育,巖體滲透性較好,水位上升后,水體能夠快速滲入坡內(nèi),導(dǎo)致巖體間隙水壓力增加,有效應(yīng)力減小,綠片巖本身力學(xué)性質(zhì)受庫水影響劣化,加之庫水使得抗滑段巖體有效質(zhì)量變輕,坡腳抗滑能力大幅度下降,邊坡開始失穩(wěn)變形。庫水位持續(xù)下降的過程中,坡體內(nèi)部地下水不能及時下落,產(chǎn)生向外的動水壓力,結(jié)合內(nèi)外因水頭差產(chǎn)生的靜水壓力,相當(dāng)于對坡體施加了向外的推力,加速滑坡變形,最終導(dǎo)致大范圍失穩(wěn)破壞。

5 結(jié) 論

a.開頂滑坡為典型陡傾軟弱順層巖質(zhì)滑坡,在外界擾動下易產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,滑坡經(jīng)歷了一次明顯的變形失穩(wěn),目前處于等速變形階段,變形速率受庫水位變動影響較大。

b.基于離散元與有限元結(jié)合的數(shù)值計算結(jié)果可知,蓄水降低了滑坡巖體的力學(xué)強(qiáng)度及抗滑阻力,坡體內(nèi)部間隙水壓力增加而有效應(yīng)力減小,引發(fā)坡體的變形。水位的動態(tài)變化導(dǎo)致坡體變形迅速發(fā)展,當(dāng)以大于0.5 m/d的速率上升,坡體穩(wěn)定性先增后減;以同樣速率持續(xù)下落時,穩(wěn)定性陡然下降,更易出現(xiàn)大范圍失穩(wěn)破壞;水位以小于0.5 m/d的速率調(diào)度則不會出現(xiàn)明顯的變形。

c.地質(zhì)因素控制滑坡的發(fā)育,陡傾順層的地質(zhì)構(gòu)造、對水敏感的巖性特點,為滑移提供了先天條件。庫水位的漲落對滑坡的變形起到了主要的激勵作用,庫水不斷軟化侵蝕前緣巖體,在水位變化過程中,坡體內(nèi)部地下水位受到影響不斷變化,產(chǎn)生的間隙水壓力及動水壓力,推擠巖體向臨空方向運動,導(dǎo)致開頂滑坡體內(nèi)裂縫不斷擴(kuò)展延伸,后緣裂隙與側(cè)緣相貫通,最終沿基巖順層剪切面產(chǎn)生滑移-拉裂式破壞。結(jié)合庫水位變化時坡體穩(wěn)定性的變化機(jī)制,為避免變形進(jìn)一步發(fā)展,應(yīng)對坡腳采取加固防滲措施;水庫調(diào)度過程中,水位升降應(yīng)采用較小的速率,尤其避免持續(xù)的水位降落,盡可能減少滲流作用對坡體穩(wěn)定性的影響。