庫水位升降對李家坡滑坡穩(wěn)定性的影響

劉天宇，楊建輝，楊 強，薛興橋，鄧 兵

(1.四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊，四川郫縣 611730;2.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北保定 071051)

根據(jù)防洪、抗旱、發(fā)電的需要，三峽庫區(qū)庫水位在145～175 m之間頻繁波動，形成了變幅30 m的消落帶，在一定程度上改變了原有地質(zhì)環(huán)境的平衡狀態(tài)，加之庫區(qū)地理條件特殊、環(huán)境相對復(fù)雜、降雨量較大，加劇了滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，使三峽庫區(qū)成為地質(zhì)災(zāi)害重災(zāi)區(qū)［1－3］。滑坡體水動力學(xué)條件改變是導(dǎo)致水庫型滑坡發(fā)生的根本原因［4－6］，而滑坡體水動力學(xué)條件改變與庫水位升降引起滑坡體滲流場變化密切相關(guān)，蓄水過程中引發(fā)的多起滑坡地質(zhì)災(zāi)害就證實了這一點。目前關(guān)于庫水位升降對滑坡穩(wěn)定性影響的研究相對較少，已有的成果多是采用定性描述及簡單的極限平衡法進行計算，沒有充分考慮地下水滲流場對滑坡穩(wěn)定的影響［7－9］，計算結(jié)果人為因素影響較大。因此，采集更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，建立相對細致的地質(zhì)模型，應(yīng)用長時間的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)作為模型校正依據(jù)，才能從整體上保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

選擇三峽庫區(qū)李家坡滑坡作為研究對象，采用地學(xué)模擬軟件GeoStudio中的SEEP模塊和SLOPE模塊建立相應(yīng)模型，選用長時間實時監(jiān)測數(shù)據(jù)對模型進行校正，并用校正好的模型模擬庫水位以不同速率升降對滑坡穩(wěn)定性的影響。

1 李家坡滑坡概況

李家坡滑坡位于大寧河左岸，下部為龍水移民新村庫岸，滑坡體長度約350 m，寬度約400 m，平均厚度約15 m，剪出口高程約150 m，體積約210萬m3。滑坡區(qū)基巖大面積出露，巴東組第一段(T12b)灰黃色粉—微晶泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r，內(nèi)陸湖相—瀉湖相碎屑巖和碳酸鹽巖沉積，總厚度50～100 m，強風(fēng)化層較厚;第四系殘坡積(Qel+dl)塊碎石、塊碎石黏土、巖屑碎石土夾碎塊石零星分布，上部結(jié)構(gòu)較松散—稍密，下部結(jié)構(gòu)中密，碎石、塊石成分主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥巖，一般呈次棱角狀及棱角狀，碎石大小為5～20 cm，塊石大小為0.3～1.5 m，與強風(fēng)化巖層呈過渡接觸。滑坡滑動帶為泥灰?guī)r強風(fēng)化和弱風(fēng)化接觸帶，與岸坡呈順層斜交，傾向345°，傾角35°～42°。岸坡坡角較陡，強風(fēng)化層較厚，在水庫蓄水上升過程中庫岸再造強烈。

2 庫水位升降對滑坡穩(wěn)定性影響模擬

2.1 計算流程

選用地學(xué)軟件GeoStudio中的SEEP、SLOPE模塊進行滲流場模擬和滑坡穩(wěn)定性分析。根據(jù)勘探、試驗、調(diào)查、監(jiān)測等資料，用SEEP模塊建立SEEP模型，用滑坡下部滑帶部位實時監(jiān)測的水分含量和孔隙水壓力數(shù)據(jù)校正該模型，監(jiān)測數(shù)據(jù)時長為庫水位的1個升降周期，對不同工況進行滲流場模擬;再將校正后的SEEP模型代入到SLOPE模塊中模擬庫水位以不同速度升降對滑坡穩(wěn)定的影響，分析不同工況下滑坡穩(wěn)定性的主要影響因素。SEEP模型基本參數(shù)見表1，SEEP模型校正模擬與實時監(jiān)測數(shù)據(jù)對比見圖1、2。

從圖1、2可以看出，模擬結(jié)果和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)無論從總體趨勢還是各個時間點，總體吻合較好，說明建立的SEEP模型較接近真實狀況，模擬結(jié)果可靠，代入SLOPE模型后進行穩(wěn)定性分析能較好地反映各個工況下滑坡穩(wěn)定性變化。

表1 SEEP模型基本參數(shù)

2.2 庫水位真實升降過程滑坡穩(wěn)定性計算

計算庫水位1個升降周期內(nèi)自然升降狀態(tài)下145、150、155、160、165、175 m 庫水位標(biāo)高對應(yīng)的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)，計算結(jié)果見圖3，滑坡中下部兩個深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖4。

圖3 不同庫水位滑坡穩(wěn)定性系數(shù)

水庫型滑坡穩(wěn)定性主要受動水壓力、靜水壓力、浮托力、巖土體物理參數(shù)(巖土體內(nèi)聚力c、內(nèi)摩擦角φ)改變共同影響。從圖3可以看出，在庫水位自然升降過程中滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化趨勢是先減小后增大，穩(wěn)定性的變化主要是看哪個影響因素占主導(dǎo)地位。庫水位真實升降過程中滑坡穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.15，說明該滑坡體總體處于穩(wěn)定狀態(tài)。從圖4監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，整個庫水位升降過程中滑坡下部滑帶部位(EL_LJP_1)最大位移為66 mm，整體位移量相對較小，滑坡處于勻速變形階段，滑坡基本穩(wěn)定，這與模型計算結(jié)果較為一致，說明所建模型較適用。

圖4 滑坡體下部滑帶部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.3 庫水位升降對滑坡穩(wěn)定性影響模擬

庫水位升降速率是水庫型滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的關(guān)鍵影響因素。模擬庫水位以不同速率升降對滑坡穩(wěn)定性的影響，找出不同庫水位、不同升降速率工況下滑坡穩(wěn)定性的主要影響因素，對于研究水庫型滑坡成災(zāi)機理和成災(zāi)模式等具有重要意義。穩(wěn)定性模擬工況見表2。

表2 穩(wěn)定性模擬工況

工況1條件下庫水位以不同速率上升時滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化見圖5，工況2條件下庫水位以不同速率下降時滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化見圖6，穩(wěn)定性變化規(guī)律見表3。

圖5 145 m標(biāo)高開始上升時穩(wěn)定性系數(shù)

圖6 175 m標(biāo)高開始下降時穩(wěn)定性系數(shù)

表3 145/175 m水位標(biāo)高下不同速率升降過程中穩(wěn)定性系數(shù)

由圖5知，在庫水位從145 m開始上升的過程中，上升速率大于1 m/d時，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化趨勢是先快速增大到極值，再緩慢減小直至逐漸穩(wěn)定;上升速率小于1 m/d時，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的變化趨勢是先減小，再緩慢增大直至逐漸穩(wěn)定。庫水位上升速率大于1 m/d時，開始階段庫水的靜水壓力對滑坡穩(wěn)定性起主導(dǎo)作用，穩(wěn)定性系數(shù)持續(xù)增大，隨著庫水的入滲，在浮托力增大的同時，滑帶部位巖土體的物理力學(xué)參數(shù)(c、φ值)逐漸減小，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低，并慢慢達到穩(wěn)定狀態(tài)。庫水位上升速率小于1 m/d時，開始階段浮托力及c、φ值改變對滑坡穩(wěn)定性的作用大于靜水壓力，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)持續(xù)減小，隨著庫水位的上升，靜水壓力的作用逐漸增加，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)也逐漸增大直至穩(wěn)定狀態(tài)。由表3知，上升速率越大，達到穩(wěn)定性極值的時間越短，至穩(wěn)定狀態(tài)的時間越長，反之亦然，穩(wěn)定性系數(shù)最終變化值比初始狀態(tài)增大0.04左右。在庫水位上升過程中，滑坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

由圖6知，在庫水位從175 m下降的過程中，滑坡穩(wěn)定性變化趨勢均為先減小至極值，再緩慢增大至穩(wěn)定狀態(tài)。庫水位下降時，初始階段庫水的靜水壓力對滑坡穩(wěn)定性起主導(dǎo)作用，隨著靜水壓力逐漸減小、局部動水壓力增大，穩(wěn)定性持續(xù)減小到極值;達到極值后，隨著庫水的疏干，滑帶部位巖土體的物理力學(xué)參數(shù)(c、φ值)逐漸增大，c、φ值增大對滑坡穩(wěn)定性的作用開始大于靜水壓力和動水壓力，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)逐漸增大直至達到穩(wěn)定狀態(tài)。由表3知，下降速度越大達到穩(wěn)定性極值(最小值)的時間就越短，其中下降速率大于1 m/d時，增大至穩(wěn)定狀態(tài)的時間相差不大，在45 d左右，穩(wěn)定性系數(shù)比初始狀態(tài)減小0.005左右。庫水位下降過程中，滑坡整體處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)。

3 結(jié)語

李家坡滑坡屬典型的水庫型滑坡，庫水位升降對滑坡穩(wěn)定性的影響受動水壓力、靜水壓力、浮托力、巖土體物理力學(xué)性質(zhì)(c、φ值)改變等多種因素影響，是個相對復(fù)雜的過程，穩(wěn)定性變化主要是看哪種影響因素占主導(dǎo)地位。

(1)李家坡滑坡在庫水位正常自然升降過程中滑坡穩(wěn)定性系數(shù)均表現(xiàn)為先減小后增大的趨勢，升降過程中滑坡穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.15，滑坡總體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)庫水位以不同速率上升的過程中，上升速率越大，庫水位上升對滑坡穩(wěn)定性影響越大，上升到175 m前，庫水的靜水壓力對滑坡穩(wěn)定性起主導(dǎo)作用，穩(wěn)定性系數(shù)持續(xù)增大到極值，達到極值后浮托力逐漸增大，c、φ值逐漸減小，穩(wěn)定性系數(shù)也隨之逐漸減小直至達到相對穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)庫水位以不同速率下降的過程中，下降速率越大，庫水位下降對滑坡穩(wěn)定性影響越大，初始階段庫水的靜水壓力、動水壓力起主要作用，穩(wěn)定性減小到極值后，c、φ值增大，巖土體物理力學(xué)性質(zhì)變化開始起主要作用，穩(wěn)定性系數(shù)逐漸增大直至達到穩(wěn)定狀態(tài)。

(4)在庫水位升降過程中，李家坡滑坡體始終處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài);上升過程中上升速率越大達到最大穩(wěn)定性的時間越短，減小到穩(wěn)定狀態(tài)的時間越長，上升速率大于1 m/d時最終穩(wěn)定性系數(shù)比初始狀態(tài)增大0.04左右;下降過程中下降速率越快到達最差穩(wěn)定性的時間越短，下降速率大于1 m/d時下降達到穩(wěn)定狀態(tài)的時間相差不大，在45 d左右，最終穩(wěn)定性系數(shù)比初始狀態(tài)減小0.05左右。

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