三峽庫區黃蓮樹滑坡啟動變形監測分析

宋桂林 肖詩榮 明成濤 陳德乾

（1.三峽大學 土木與建筑學院，湖北 宜昌 443002；2.四川省地質礦產勘查開發局 四0五地質隊，四川 都江堰 611830）

黃蓮樹滑坡前緣于2012年5月31日發生大規模變形破壞，順坡向下滑動距離8～9m，滑動區橫寬200～420m，縱長120m，平均厚度約10m，變形區面積6.67萬 m2，體積約66.7萬 m3.滑坡體較大規模變形主要發生在變形區中部，形成一個寬為190m、縱長260m的筲箕狀次級滑體，次級滑體后緣出現約12m陡壁，滑體內部出現拉裂縫、鼓包等現象.滑坡二級平臺（海拔高程200m）整體下座1～2m，兩側出現大量近南北向裂縫，裂縫寬10～20cm，裂縫內可見地下水.截至6月2日，次級滑體內仍在持續變形.

1 滑坡基本特征

黃蓮樹滑坡位于奉節縣安坪鄉長江右岸.斜坡為順向坡，地形上陡下緩，屬中低山地貌.滑坡前緣緊臨長江，前緣高程95m，后緣高程314m，左右側邊界均為沖溝，滑坡體地形坡度約20～28°，與巖層產狀基本一致.滑坡主軸向長度約600m，寬約550～700m，面積約37.7萬m2，滑坡平均厚約20m，滑體體積約754萬m3，滑坡的主滑方向350°，整體看來黃蓮樹滑坡為一順層巖質滑坡（如圖1所示）.

圖1 黃蓮樹滑坡工程地質平面圖

組成斜坡的基巖為侏羅系下統珍珠沖組（J1z）砂巖、泥巖，泥巖呈灰色，巖芯較為破碎，裂隙發育，多呈碎塊狀.滑體物質由第四系滑坡堆積（Qdel）碎石土及強風化的泥巖、砂巖組成.滑帶物質為基巖強弱風化層之間的軟層即粉質粘土夾碎石，層厚約0.7～1.2 m不等，呈可塑～軟塑狀，碎石粒徑一般0.5～2cm（如圖2所示）.

圖2 黃蓮樹滑坡1－1′地質剖面圖

2 滑坡變形監測

2.1 滑坡變形概況

黃蓮樹滑坡從2003年11月開始進行專業監測，自監測實施至2007年5月期間該滑坡比較穩定，滑坡體一直處于緩慢蠕變階段，各監測點每月變形量均十分微小，平均水平變形速率約8.95mm／月，平均豎直變形速率約2.15mm／月.宏觀監測人工巡查未發現坡面有明顯變形跡象，滑坡處于基本穩定狀態.

自2007年5月以來，該滑坡部分區域變形量持續增加，5月24日滑坡中后部發現長約80m，最大縫寬約0.5m的貫通裂縫，坡體上出現多處長10～20 m，寬0.3～0.5m的平行裂縫，裂縫整體走向垂直于滑坡主滑方向，局部地段沉降變形最大約1m（如圖3所示），局部處不穩定狀態.2009年5月坡體前緣及中部出現明顯新的裂縫和跨塌，滑坡變形明顯加劇.2012年5月28日14時至29日13時，黃蓮樹滑坡區域出現強降雨，在降雨影響下，5月31號在滑坡前緣發生大規?；瑒樱鐖D4所示.

圖3 黃蓮樹滑坡變形裂縫及沉降

圖4 黃蓮樹滑坡變形區域概況

2.2 監測成果分析

根據該滑坡的地形、地質條件、變形特征與觀測通視條件，確定該滑坡的監測內容以地表位移監測為主［1］.本次地表位移監測起自2005年3月，至2012年5月結束，由專業人員一月一次定期監測，每年雨季和暴雨前后相應加密監測.根據12個監測點位移-時間曲線可以看出其中以FJ4、FJ5、FJ8、FJ9和FJ12號監測點變形最為嚴重，其累計水平位移和沉降量分別達到8900、3500、1450、1040、1020mm 和6400、2200、430、190、800mm，且這5個監測點的變形監測曲線具有相似性，故以變形量最大的FJ4號監測點曲線為例（如圖5所示）.

圖5 FJ4＃監測點位移曲線

從滑坡變形的位移-時間曲線來看，黃蓮樹滑坡的變形發展破壞可大致分為5個階段：

第1階段（2007年5月24日～8月1日）啟動階段，滑坡發生明顯變形.滑坡地表出現多條裂縫且呈繼續增大趨勢.5月24日暴雨后滑坡中后部出現長約80m，最大縫寬約0.5m的貫通裂縫，坡體上出現多處長10～20m，寬0.3～0.5m的平行裂縫.在此期間，庫水位由2007年2月1日的155.4m緩慢降至7月7日的143.9m，直至9月24日庫水位基本維持在145.0m.滑坡啟動變形發生之前恰逢三峽水庫第一次試行156m蓄水，水位上漲對于黃蓮樹這類巖土滲透性較差的基巖滑坡產生了浮托作用，且高水位的浸泡使得部分滑體達到飽和狀態、滑帶抗剪強度降低［2］，進而誘發滑坡產生了明顯的變形跡象.

第2階段（2007年8月1日～2009年5月1日）緩慢變形階段，監測點位移波動不大，滑坡經人工巡查未發現明顯變形跡象.

第3階段（2009年5月1日～2009年7月1日）突變階段，滑坡發生明顯變形.2009年5、6月部分監測點平均水平變形速率達26.46mm／d（最大值達48.33mm／d），沉降變形速率達8.10mm／d（最大值達43.33mm／d）.該變形明顯區域位于滑坡左前緣.在此期間，庫水位由2008年11月的172.5m緩慢降至2009年6月20日的145.2m，直至9月13日庫水位基本維持在145.0m.該階段滑坡的突變與啟動階段的變形原理類似，水庫進行了第一次試驗性172m蓄水后滑坡變形量明顯增大.

第4階段（2009年7月1日～2012年5月30日）緩慢變形階段，滑坡人工巡查未發現明顯變形跡象.

第5階段（2012年5月31日～6月2日）變形破壞階段，由所采集的監測數據和加密監測數據來看，滑坡部分監測點存在持續變形，累積位移量持續增加.5月28日14時至29日13時，黃蓮樹滑坡區域23h降雨量達88mm.在降雨影響下，5月31日在滑坡前緣發生大規?；瑒?

表1 黃蓮樹滑坡階段變形統計表

3 滑坡變形啟動原因及數值模擬

3.1 滑坡變形啟動原因

從黃蓮樹滑坡地質剖面不難看出，在天然水位99m時滑坡前緣部分滑體、滑帶已經淹沒在水下，黃蓮樹滑坡在三峽水庫蓄水前并未發現明顯變形跡象.三峽水庫蓄水至135m水位后，從監測曲線可看出滑坡變形速率僅有微小變化，對滑坡整體穩定未構成直接影響，然而從該階段蓄水來看庫水位變動對滑坡穩定性影響已初見端倪.2006年9月中旬至10月末，三峽水庫庫水位自135m抬升至156m，在此期間以及之后的3個月間滑坡均未發生明顯的變形破壞.而在庫水位從156m向145m下降過程中滑坡出現明顯變形（如上所述第一階段）.該過程說明了水庫泄洪期滑坡體內的地下水滲流所帶來的動水壓力是黃蓮樹滑坡啟動變形的根本原因.

3.2 數值模擬

利用ABAQUS數值模擬軟件模擬庫水位由156m到145m的下降過程對滑坡的變形影響，考慮飽和-非飽和滲流場與應力場耦合理論效應［3-4］，驗證滑坡啟動階段的變形機理.

3.2.1 計算模型及參數選取

根據黃蓮樹滑坡的野外地質勘察和鉆孔資料，選取FJ03～06監測點所在剖面為計算剖面（如圖6所示），以便驗證滑坡變形過程.計算模型尺寸為：X方向上最大長度為895m，模型后緣Y方向上最大高程為375m，前緣Y方向上35m.

圖6 黃蓮樹滑坡主剖面模型

計算的本構模型為理想彈塑性，采用Mohr－Coulomb塑性屈服準則，不考慮剪脹性.根據地質勘察資料以及與前人研究結果的比對［5］，確定計算模型滑體、滑帶、滑床材料力學參數見表2.

表2 黃蓮樹滑坡模型計算參數表

3.2.2 計算荷載及工況

在進行流固耦合計算之前，需對模型設置邊界約束條件及荷載（包括自重、庫水壓力），計算域邊界約束條件分為如下兩部分：1）位移邊界條件：底部邊界水平、垂直方向均無位移，左右兩側水平方向無位移；2）滲流初始邊界條件：采用空間分布函數10×（y1-y）（y1為庫水位高程，y為結點的縱坐標），對結點施加孔壓，并設置初始孔隙比和飽和度均為1.0.

表3 黃蓮樹滑坡計算模擬工況

3.2.3 結果分析

采用彈塑性有限元強度折減法對模型進行飽和-非飽和流固耦合計算，其計算結果如下.

1）位移場.圖7（a）給出了庫水位在99m水位初始狀態下滑坡整體的合位移.由圖可看出，最大位移發生在滑坡的中上部，該部位地形較陡，但位移值僅約為0.016m.隨著庫水位不斷變化，由圖7（b）～（d）可看出滑坡位移不斷增大，位移最大部位仍位于滑坡中后部，這與滑坡中后部產生的拉裂縫相互印證.

圖7 合位移等值線圖（單位：m）

2）應力場.由圖8可看出隨著庫水位的上升，在滑坡剪出口附近及滑坡后緣出現了應力集中區域，這為滑帶中塑性區的產生提供了依據，并且應力場和塑性區的發展趨勢符合監測資料所得的滑坡變形情況.

圖8 最大主應力等值線圖（單位：kPa）

3）地下水位線.由圖9可看出滑坡對庫水位變動反應敏感，滑體中地下水位線隨庫水位變動明顯，說明庫水位變動對滑坡變形有著重大影響.

圖9 地下水位線變化圖

4）塑性區.由圖10可看出，在蓄水初期由于滑帶受庫水淹沒，在滑坡中前部形成了塑性區，滑坡開始發生蠕滑變形，并牽引滑體使滑坡后緣形成塑性張拉裂縫，此變形驗證了滑坡在2007年5月前的蠕滑變形特征和滑帶受庫水浸泡軟化的結論；隨著庫水繼續上升，塑性區向滑坡中后部逐漸發展，滑帶被淹沒部分逐步增加，滑體的抗滑力不斷減??；在庫水位由156m向145m下降過程中，塑性區已延伸至滑坡中后部（圖7（c）），加之2007年5～6月滑坡區頻繁降雨，滑坡最終發生了明顯變形（第一階段），這一計算結果和地質上的認識和判斷是較符合的，也驗證了滑坡啟動變形的機理.

圖10 黃蓮樹滑坡不同時刻滑坡體內塑性區分布圖

4 滑坡變形影響因素

眾所周知，水庫引起的滑坡包括蓄水初期水位上升引起的滑坡和水位驟降引起的滑坡［6］.黃蓮樹滑坡產生的原因包括以下兩個方面：

1）根據對滑坡變形特征的分析，滑坡變形部位集中在滑坡中前部，為庫水位淹沒段.滑坡變形啟動和加劇階段恰好發生在庫水位首次上漲到一個新的高度后的首次下降階段（156m→145m和175m→145 m），庫水位的大幅抬升對滑坡前緣滑體產生浮托作用，滑坡中前緣滑帶土經過第一次飽水浸泡后的力學參數明顯下降［7-8］，使得整體抗滑力減??；加之滑體飽水后容重增大，相應的增大了滑坡下滑力，進而促使滑坡產生了明顯變形.

2）滑坡變形階段恰逢三峽庫區迎來雨季［9］，雨水沖刷改變了原有坡體結構，對滑坡穩定產生不利影響；加之庫水位下降產生的退水作用使滑坡表面產生大量拉裂縫，雨水沿裂縫深入滑體內，在滑體內部產生滲流力，使滑體內部水壓力增大.綜合分析認為，庫水高水位浸泡、庫水位下降及大氣降雨為促使滑坡變形的主要因素［10-12］.

5 結 論

通過對三峽庫區黃蓮樹滑坡常年的地表位移監測獲得了大量的監測數據，為黃蓮樹滑坡穩定性分析評價提供了依據，對預測黃蓮樹滑坡的變形破壞提供了很大幫助［13-14］.監測結果表明：

1）黃蓮樹滑坡出現明顯變形始于2007年5月～8月，此時段正處于三峽水庫庫水位第一次上升到156m后的降水階段，說明黃蓮樹滑坡變形主要受高水位浸泡及退水作用的影響.

2）滑坡變形的主要原因在于高水位的浸泡使得滑帶土力學參數降低以及庫水位下降和大氣降水給坡體帶來的動水壓力.

3）黃蓮樹滑坡的監測對于該滑坡發生于2012年5月31日的大規模變形破壞起到了重要的預警作用，使得坡體上百姓的生命財產安全免受損害.

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