三峽庫區公木滑坡成因機理研究★

冀承蕾 魏云杰 許有俊 馮 超 張 棟

(1.內蒙古科技大學建筑與土木工程學院，內蒙古 包頭 014010； 2.中國地質環境監測院，北京 100081)

·巖土工程·地基基礎·

三峽庫區公木滑坡成因機理研究★

冀承蕾1魏云杰2*許有俊1馮 超1張 棟1

(1.內蒙古科技大學建筑與土木工程學院，內蒙古 包頭 014010； 2.中國地質環境監測院，北京 100081)

以三峽庫區公木滑坡為例，通過現場地質調查和工程地質勘探，介紹了滑坡的工程地質條件和變形特征，并分析了滑坡的形成機制，運用有限元軟件 Geo-studio計算了滑坡的穩定性系數，得出了一些有助于滑坡治理工作的結論。

三峽庫區，滑坡，數值模擬，穩定性分析

順層滑坡在三峽庫區發育較多，62.0%的庫岸滑坡是基巖順層滑坡。許多古滑坡在三峽水庫正常蓄水后發生了變形復活。2003年7月13日三峽庫區秭歸縣發生千將坪滑坡，滑體進入江中形成壩體高達149 m～178 m，并堵塞了長江航道，造成1 100多人的家園被毀，4家工廠遭到不同程度破壞，334省道宜—巴公路長2.2 km的路段被毀，交通中斷。有研究表明，誘發千將坪滑坡發生的主要原因是連續多日的強降雨[1，2]。云陽縣公木滑坡是典型的順層巖坡，一旦滑坡失穩滑入江中，不僅對當地居民造成生命財產損失，而且滑體入江產生的涌浪也會威脅到附近過往船只。三峽水庫正式運行后，庫岸順層滑坡不僅對當地人民生命財產安全帶來威脅，同時對庫區的經濟也起到一定的制約。

不少學者對滑坡的變形破壞機理，庫水位升降和降雨對滑坡穩定性的影響及滑坡的預測預報等方面進行了研究，連志鵬等[3]分析了滑坡體內滲流場的變化過程，對滑坡穩定性的變化特征進行了探討。周麗等[4]計算了庫水位下降和降雨作用下滑坡的穩定性。李曉等[5]分析了滑坡地下水動力場，提出了一種庫岸地下水非穩定滲流場的計算模式。汪斌等[6]研究了流固耦合作用的庫岸滑坡變形失穩機制。代貞偉等[7]研究了三峽庫區藕塘滑坡變形失穩機制，并對滑坡未來變形發展的趨勢進行了預測。但是目前對庫水位升降和降雨聯合作用對滑坡穩定性影響的研究卻相對較少，因此，對庫水位升降和降雨作用下滑坡變形機理進行研究，具有非常重要的社會價值和經濟價值。

1 滑坡區工程地質概況

2 滑坡變形特征分析

2011年4月28日正式啟動了滑坡的專業監測工作。監測內容包括地表水平位移、垂直位移、深部位移、水位及地表拉裂縫巡視監測。監測時間從2011年4月至2013年3月，即兩個水文年。監測表明，滑坡在2011年4月～2011年11月變形較明顯，2011年11月～2013年3月變形曲線趨于平緩，變形量減小。各監測點水平位移累計變化量最大的JC01，其值為325.00 mm，垂直位移累積變化量最大為JC01，其值為-314.70 mm，裂縫累積變化量最大為LF15，其值為332.00 mm。深部位移累計變化量最大為WY1-1，其值為6.8 mm，變形量主要集中在監測前期的2011年3月～2011年11月。

3 滑坡成因機制分析

根據現場調查，公木滑坡為古滑坡，特殊的地形地貌、地質結構和地層巖性是滑坡形成和發展的控制因素，而庫水位升降和降雨則是誘發滑坡變形復活的主要環境因素。

3.1 地質因素分析

1)地形地貌。公木滑坡位于長江左岸斜坡上，屬侵蝕、剝蝕的河谷、丘陵地貌，單斜陡坡，地形北高南低，為滑坡的形成提供了臨空面和空間。而滑坡約100 m的高差和平均23°的坡角為滑坡的形成提供了條件。2)地質結構。公木滑坡出露地層為侏羅系上統遂寧組(J3S)砂、泥巖互層。其中，粉砂質泥巖厚度幾厘米到幾十厘米不等。粉砂質泥巖相對隔水，而砂巖為透水層，當該區大量降雨透過殘坡積層和砂層沿粉砂質泥巖層上層面排出時，泥巖中含有的水敏性礦物遇水后強度急劇減弱，從而形成潛在的滑動面。因此，該順層滑坡砂巖～粉砂質泥巖薄層～砂巖(硬～軟～硬)地層特點，形成了滑坡的物質基礎，是滑坡形成的主要控制因素。

3.2 環境因素分析

庫水位升降及降雨是影響滑坡復活變形的主要環境因素。庫水位升降及降雨主要從兩方面對滑坡穩定性產生影響：一方面是軟化泥化滑帶土，導致滑帶抗剪強度降低。根據對滑帶土礦物成分的分析，公木滑坡滑帶土粘土礦物總含量都在30%以上，最高可達53.1%，這些粘土礦物具有較好的親水性，遇水后易軟化，會降低滑帶抗剪強度，使滑坡的穩定性降低。另一方面是導致孔隙水壓力增加，在降雨作用下滑坡后緣孔隙水壓力增加，庫水位作用使滑坡地下水位上升，對滑坡體前緣產生浮托作用，致使抗滑阻力下滑，另外庫水位升降及降雨會弱化滑坡面的力學參數，從而使滑坡的穩定性降低。

4 庫水位升降和降雨作用下滑坡穩定性分析

4.1 計算工況

根據三峽水庫的調控方案和當地的降雨資料，確定滑坡穩定性分析的計算工況如下，工況一：152 m現狀水位上升至175 m，工況二：175 m水位下降至145 m，工況三：145 m水位上升至175 m，工況四：175 m水位下降至145 m+160 mm/d暴雨3 d，工況五：145 m水位上升至175 m+160 mm/d暴雨3 d。

4.2 穩定性分析

通過Geo-studio軟件的SLOPE/W模塊計算滑坡的穩定性，此處計算基于Ferdlund改進后的抗剪強度理論，采用Morgenstern-Price極限平衡法對滑坡進行穩定性系數計算。計算結果如圖1，圖2所示。

由圖可知：滑坡的穩定性系數隨著庫水位上升逐漸增大。這是因為庫水位上升速度快于滑坡內地下水，滑坡內外產生水頭差而形成一個指向滑坡內的滲透壓力，滑坡的穩定性系數因此增大。

穩定性系數最后趨于穩定，原因是滑坡體受到地下水的浮力作用以及長時間的浸泡降低了滑坡的抗剪強度。當庫水位開始下降時，滑坡內的地下水下降速度落后于庫水位，導致滑坡內外產生水頭差進而形成了指向滑坡外的滲透力，這一滲透力不利于滑坡的穩定性，因此滑坡的穩定系數降低。當庫水位下降一段時間后，坡體內的水位也相應下降。此時，滑坡內外水頭差減小，滲透力減弱，此時浮力的作用大于滲透力，滑坡穩定性小幅增大。與庫水位升降單獨作用時相比，滑坡的穩定性在庫水位升降和暴雨一起作用時變得更小，而滑坡穩定性變化趨勢則與庫水位升降單獨作用時基本相同，說明暴雨促進了滑坡的變形失穩。

5 結語

1)公木滑坡為順層滑坡，它的形成有一定的地質基礎。地形地貌、地層巖性和地質結構是滑坡變形的主要控制因素，庫水位升降和降雨是滑坡復活變形的主要誘發因素。2)對公木滑坡在暴雨和庫水位升降過程中穩定性系數進行了計算分析。結果表明：庫水位上升時，滑坡的穩定性在不斷增大，庫水位上升速度越快，對滑坡的穩定越有利，當庫水位不再上升后，滑坡穩定性小幅減小并趨于穩定；庫水位下降時，滑坡穩定性也隨之減小，庫水位下降速度越快，越不利于滑坡的穩定，當庫水位穩定在145 m時，滑坡體的穩定性系數小幅增加并趨于穩定。3)庫水位下降時，滑坡內的地下水下降速度滯后于庫水位，滑坡內外產生高低水頭差而形成了指向滑坡外的滲透力，導致滑坡抗滑強度降低，不利于滑坡的穩定。庫水位上升時，庫水位的上升速度快于滑坡內的地下水，滑坡內外產生高低水頭差而形成了指向滑坡內的滲透力，對滑坡的穩定性有利。4)降雨的不斷入滲，一方面增加了滑體自重、軟化了滑帶土，另一方面降低了滑坡的抗滑強度，促進了滑坡淺表層的變形破壞。

[1] 王治華，楊日紅.三峽水庫區千將坪滑坡活動性質及運動特征[J].中國地質災害與防治學報，2005,16(3):4-11.

[2] 殷躍平，彭軒明.三峽庫區千將坪滑坡失穩探討[J].水文地質工程地質，2007(3)：41-53.

[3] 連志鵬，譚建民，閆舉生，等.庫水位變化與降雨作用下庫岸斜坡穩定性分析[J].安全與環境工程，2011(2):14-17.

[4] 周 麗，汪 洋，杜 娟.庫水位下降和降雨影響下李家灣滑坡的穩定性計算[J].安全與環境工程，2010(3):5-9.

[5] 李 曉，張年學，廖秋林，等.庫水位漲落與降雨聯合作用下滑坡地下水動力場分析[J].巖石力學與工程學報，2004(21):3714-3720.

[6] 汪 斌，唐輝明，朱杰兵，等.考慮流固耦合作用的庫岸滑坡變形失穩機制[J].巖石力學與工程學報，2007(S2):4484-4489.

[7] 代貞偉，殷躍平，魏云杰，等.三峽庫區藕塘滑坡變形失穩機制研究[J].工程地質學報，2016(1):44-55.

Abstract: In this paper, Gongmu landslide is chosen as a research subject in Three Gorges Reservoir. Based on the field geological survey and engineering geological exploration， engineering geological condition and deformation characteristics of landslide is introduced， and the formation mechanism of Gongmu landslide is analyzed. The finite element software Geo-studio is used to calculate the stability coefficient, achieves some conclusion for the landslide treatment.

Key words: Three Gorges Reservoir, landslide, numerical simulation, stability analysis

Analysis of formation mechanism of Gongmu landslide in Three Gorges Reservoir★

Ji Chenglei1Wei Yunjie2*Xu Youjun1Feng Chao1Zhang Dong1

(1.TheSchoolofArchitectureandCivilEngineering，InnerMongoliaUniversityofScience&Technology，Baotou014010，China; 2.ChinaInstituteofGeologicalEnvironmentMonitoring，Beijing100081，China)

2016-03-15★：國家自然科學基金(項目編號：41172254)

冀承蕾(1989- )，男，在讀碩士； 許有俊(1979- )，男，博士，副教授； 馮 超(1988- )，男，在讀碩士； 張 棟(1992- )，男，在讀碩士

魏云杰(1973- )，男，博士，教授級高級工程師

1009-6825(2016)15-0051-02

P642.22

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