三峽庫區某滑坡浸潤線分析及穩定性評價

柴 海 峰

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

三峽庫區某滑坡浸潤線分析及穩定性評價

柴 海 峰

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

根據三峽庫區某滑坡工程地質條件，采用數學解析法，具體分析了不同工況條件下浸潤線的分布，同時利用剩余推理法對滑坡的穩定性進行評價，并結合監測數據對計算結果的合理性進行驗證。

變形特征，浸潤線，剩余推力法，穩定性

自三峽庫區蓄水后，長江水位在135 m和175 m之間波動，改變了原有庫岸邊坡體內的地下水動力平衡，影響庫岸邊坡的穩定性。目前規范中很少涉及水位下降時浸潤線的計算，而浸潤線的確定是動水壓力計算的必要條件。本文結合三峽庫區某滑坡工程地質條件，對庫水位下降條件下浸潤線加以分析，并計算了其對該滑坡穩定性的影響。

1 工程地質概況

1)地形地貌。該滑坡位于三峽庫區，屬于中山峽谷夾低山寬谷地貌。該滑坡呈東西向，位于長江支流左岸斜坡上，坡面東高西低，平面上呈舌形展布(見圖1)。

2)地層巖性。滑坡區基巖地層為侏羅系上統遂寧組，巖性以灰白色長石石英砂巖、細砂巖為主，夾力學強度較低且易風化、軟化的紫紅色粉砂質泥巖。巖層產狀為270°～300°∠25°～35°，在坡體兩側及前緣過渡為200°∠22°～35°，主滑方向為290°。

坡體主要為第四系松散崩坡積、沖洪積、人工堆積等類型的堆積物。

3)地震。該地區屬弱震區，具有多震且微弱的特點。

4)水文地質條件。滑坡位于長江支流左岸，地下水水位受長江水位的升降控制。坡體內的地下水主要以碎屑裂隙水和松散堆積層孔隙水為主。基巖裂隙水主要賦存于滑坡砂巖中，富水性較強。

坡體松散堆積物孔隙水以碎石土層與基巖接觸帶為相對隔水層，主要接受大氣降水的補給，地下水位埋深較大且變化也大。另外，坡體內的孔隙水含量也隨著長江的水位變化而變化。

5)人類工程活動。庫區蓄水，水位上升下降，對坡體的影響極大，會引起庫岸的再造，破壞已有的平衡狀態，引起滑坡的滑動。

2 水位下降時浸潤線的確定

針對三峽庫區邊坡內滲流浸潤面的研究，彭良泉等(2003)提出了確定滲流浸潤面位置最高點的經驗計算公式[2]:

(1)

其中,k,μ分別為滲透系數、給水度，滲透系數單位：m/d；v為水位降速,m/d；h0為浸潤面最高點水頭，m；H為庫水位的最大降距,m；t為庫水位降低的任意時刻,d；T為庫水位降落所需要的時間,d。

根據巴甫洛夫斯基—達赫勒分段法[3]求得滲出點E的高度He以及浸潤線的位置(見圖2)。

由圖2可得，從最高點F到滲出點E之間坡身段的滲流量為：

(2)

從滲出點E到坡角C的坡面流量為：

(3)

其中，hi為計算時水面水深,m；m1為坡率；L為計算浸潤線最高點到坡腳的水平距離,m；令式(2)等于式(3)，求得he，進而求得q/k，再利用式(2)可以求得對應水平距離x處的浸潤面最高點F的高度hx：

(4)

本文根據長江水位調控信息，采用了水位下降最快時的速度，約為1.0 m/d；根據國內外砂礫土和粘性土的試驗資料[4]，采用給水度經驗公式：μ=1.137n(0.000 117 5)0.067(6+lgk)；其他參數見表1。計算得到水位下降到135 m時坡體內浸潤線的形狀，并將其繪制于計算剖面中，得到剩余推力法計算采用的剖面模型，如圖3所示。

(5)

3 剩余推力法原理及應用

剩余推力法基于兩點假設：1)對于第i塊，來自第i-1塊的推力是平行于第i-1塊滑面的；2)條塊之間是不能承受拉力的[5,6]。

對條塊i：

Ei=Ti-Ri/K

(6)

Ti=(Wi-Fi)sinθi+Ei-1cos(θi-θi-1)+KeWicosθi+Dicos(θi-βi);

Ri=ciLi+[(Wi-Fi)cosθi-Disin(θi-βi)-KeWisinθi-Ei-1sin(θi-θi-1)]tanφi。

其中,Ei為剩余下滑力，kN;Ti為下滑力，kN；Ri為抗滑力，kN；Ei-1為第i-1條塊的剩余下滑力；Ei+1為第i+1條塊作用力；Wi為重力，水位線以上用天然重度，水位線以下用飽和重度，kN；KeWi為水平地震力，kN；Fi為第i條塊所受到的浮力，浮力方向為垂直向上；Di為滲透壓力；Ni為有效法向內力，kN；Si為條塊底部抗滑力，kN。

4 穩定性計算及評價

根據室內天然狀態和飽和狀態下的固結快剪試驗、滑坡體的宏觀變形跡象以及綜合之前資料和地區經驗類比，本文采用的計算參數見表1。

表1 計算參數選用表

根據滑坡形態、主滑方向，選取主剖面2—2′作為穩定性計算的模型，分別計算了水位穩定在156 m時和水位分別降至145 m,135 m時的穩定系數。計算模型見圖3。

表2 坡體穩定系數

通過計算，水位穩定在156 m時，該滑坡的穩定性為1.083，為基本穩定狀態；當水位降至145 m時，穩定性系數為0.988，處于不穩定狀態；當水位降低至135 m時，穩定系數降至0.974，使得坡體更加不穩定(見表2)。可見，在水位下降過程中，坡體由基本穩定狀態向不穩定狀態發展。

5 滑坡變形特征及分析

根據2007年—2009年的GPS監測數據分析，2007年4月～6月 初三峽庫區水位從156 m降至145 m，監測點J01，J02，J03的水平位移出現加速突變；2009年4月～6月初三峽庫區水位從156 m降至145 m，地表上監測點J01，J02，J03和抗滑樁上的監測點J12，J13的位移曲線明顯上翹，呈現加速變形趨勢(見圖4)。滑坡滑移加速變形滯后于三峽水庫汛前水位下降，且具有明顯的相關性，可見以上浸潤線及穩定性的計算方法是合理、可靠的。

6 結語

通過以上研究，可得出：

1)規范中有關水位下降時浸潤線計算的內容比較少，而浸潤線的確定恰恰是計算地下水動水壓力的必要條件，本文參考前人研究成果，采用數學解析方法，計算了水位穩定在156 m、水位分別下降至145 m，135 m時三種工況的浸潤線分布。

2)將浸潤線的分布曲線繪制在剖面模型中，采用剩余推理法計算了滑坡的穩定性。指出隨著水位的下降，滑坡由基本穩定向不穩定方向發展，水位下降至135 m時的穩定性要比下降至145 m時更低。

3)分析滑坡變形特征及監測數據，指出滑坡的加速變形滯后于水位的下降，且具有明顯的相關性。

4)穩定性的計算結果符合坡體的變形特征及監測數據，驗證了以上計算方法的合理性和可靠性。

[1] GB 50330—2013，建筑邊坡工程技術規范[S].

[2] 彭良泉，王 釗.對邊坡穩定性分析中危險水力條件的研究[J].人民長江，2003(5):39-41.

[3] 華東水利學院土力學教研室.土工原理與計算(上冊)[M].北京:水利出版社,1980:136-145.

[4] 毛昶熙,段祥寶，李祖貽，等.滲流數值計算與程序應用[M].南京:河海大學出版社，1999:10-11.

[5] 沈堯亮,侯殿英.傳遞系數法的原型及衍生[J].工程勘察，2010(1):477-485.

[6] 趙春廣,徐光黎.傳遞系數法在滑坡穩定性評價中的幾個問題探討[J].地球與環境，2005(33):7-11.

[7] 周宗華,王翔俊.線性回歸在滑坡監測數據粗差判別中的應用[J].中國地質災害與防治學報，2009，22(3):118-121.

The saturation line analysis and stability evaluation on a landslide in Three Gorges reservoir area

Chai Haifeng

(RailwayThirdSurveyandDesignInstituteGroupLimitedCompany,Tianjin300251,China)

According to the engineering geological conditions of a landslide in Three Gorges reservoir area, using mathematical method, specific analyzed the saturation line distribution under different conditions, at the same time evaluated the landslide stability using residual reasoning method, and combining with the monitoring data verified the rationality of calculation results.

degeneration feature, saturation line, residual reasoning method, stability

2015-01-19

柴海峰(1987- )，男，碩士，助理工程師

1009-6825(2015)09-0078-02

P642.22

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