庫水位下降作用下動水壓力型滑坡數值模擬

劉苗苗

摘要：本文利用Geo-Studio軟件對庫水位作用下BZM滑坡的滲流場及穩定性進行了模擬分析。分析結果表明：①BZM滑坡中前部地下水位受庫水位變動的影響較大，庫水位的波動會直接影響地下水位的波動，且地下水位有延遲效應。地下水位線隨庫水位下降時，其呈現直線遞增的趨勢，且增大的速率先快后慢。②庫水位波動對BZM滑坡穩定系數有較大影響，具體為：庫水位下降時，BZM滑坡穩定系數也會逐減小，表現出典型的動水壓力型滑坡特征。庫水位下降速率大時，穩定系數下降速率相對較大。

Abstract： This paper uses Geo-Studio software to simulate the seepage field and stability of BZM landslide under reservoir water level. The analysis results show that： ①the front groundwater level in the BZM landslide is greatly affected by the fluctuation of the reservoir water level. The fluctuation of the reservoir water level will directly affect the fluctuation of the groundwater level， and the groundwater level has a delay effect. When the groundwater level line decreases with the reservoir water level， it tends to increase linearly， and the rate of increase is faster and slower. ② Reservoir water level fluctuation has a great influence on the stability coefficient of BZM landslide. Specifically， when the reservoir water level decreases， the stability coefficient of BZM landslide will also decrease， showing the characteristics of typical hydrodynamic pressure landslide. When the reservoir water level decline rate is large， the rate of decline of the stability coefficient is relatively large.

關鍵詞：庫水位;BZM滑坡滲流場;動水壓力型滑坡

Key words： reservoir water level;BZM landslide seepage field;hydrodynamic pressure landslide

中圖分類號：P642.22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）21-0161-02

0? 引言

滑坡的變形是由于庫水位變動導致的，庫水位的周期性升降，會引起兩岸邊坡水土流失，使得滑坡體所受的靜水壓力及動水壓力發生周期性的變化，從而產生規模較大的滑坡變形[1-4]。為此，在庫水位變動作用下，學者們對動水壓力作用進行了深入的研究。胡修文等[5]通過模擬地下水位以下滑坡巖體，并根據滲透理論，分析可知庫水位下降時，滑坡穩定性會受到動水壓力的影響;王錦國等[6]研究發現滑坡會形成較大的地下水壓力是由于水庫蓄水產生的，尤其當庫水位下降幅度較大時，坡體內的動水壓力將會受到極大影響，這會直接影響邊坡穩定的穩定性。這說明動水壓力作用對滑坡體的穩定是不可忽視的因素，因此研究庫水位升降對動水壓力型滑坡的影響具有重要意義。根據水庫誘發機理將三峽庫區復活型滑坡分為復合型、庫水浮托型、動水壓力型3種類型，其中大部分為動水壓力型滑坡[7-9]。為了探明庫水位的變化對動水壓力型滑坡的影響，以BZM滑坡為例，采用Geo-Studio有限元計算軟件，探究動水壓力型滑坡的穩定性受庫水位升降速率及不同滑體滲透系數變化時的規律，這將是該類滑坡的變形規律的一個重要補充，為今后研究內容奠定基礎。

1? 滑坡簡介

1.1 工程概況

BZM滑坡位于香溪河對岸，距河口1km左右，距三峽壩址40km左右。BZM滑坡的滑坡發育特征較典型，平面形態呈半圓弧形，兩側邊界起始同源沖溝，后緣明顯呈圈椅狀形態，后緣高程240m多，前緣直抵香溪河，前緣高程60m多。上部較窄，寬105m左右，下部較寬接近350m，縱長接近520m，總面積超過10萬m2，平均滑體厚度20m，總體積約200萬m3左右。

1.2 斜坡變形破壞的防治

①防治原則：以防為主，盡量做到防患于未然;及時處理，針對斜坡或人工邊坡的布置和開挖方案。

②防治措施：排水，對滑體以外的地表水，可用攔截和旁引的方法;對于滑體中的地下水，可用水平排水或豎向排水井的辦法將水排出。降低下滑力和增大抗滑力，降低下滑力主要通過沖刷方減重，此時應正確設計沖刷方斷面，遵守“砍頭壓腳”的原則。提高抗滑力的措施很多，如直接修筑支擋物以支撐，抵擋不穩定巖土體。改變滑帶土的性質，可用水泥或化學灌漿等措施。

2? 數值模擬分析與結果

2.1 計算模型

圖1為滑坡計算模型，這是根據BZM滑坡的地質剖面圖建立的;表1為BZM滑坡計算參數，這是通過對滑坡試驗數據的綜合統計、分類匯總得到的。本文對動水壓力型滑坡進行數值模擬，主要是應用巖土工程數值分析軟件中的SEEP/W和SLOPE兩大功能板塊。其中，SEEP/W模板用于地下水滲流分析，它可以得到某時刻下的滲流場，包括孔隙水壓力分布、地下水位線分布等，這是通過對地下水飽和非飽和工況進行瞬態滲流分析實現的;另一個SLOPE模塊是采用極限平衡法原理，同時考慮孔隙水壓力，來對邊坡進行穩定性分析，包括Janbu法、瑞典條分法、Morgenstern-Price法等。

2.2 BZM監測的分析

地表徑流條件、地表水體、地下水類型地下水露頭（井、泉、滲流帶）與庫水、降雨的水力聯系等斜坡位于香溪河右岸斜坡地段，地表沖溝發育。地表水多以片流的形式向沖溝內匯集，并沿地表沖溝向下游香溪河排泄，流量受季節影響變化大，調查時溝內無水。地下水可分為基巖裂隙水和松散巖類孔隙，主要受大氣降雨補給。人類工程活動主要為復建公路的修建與居民住房興建及水庫蓄水，開挖破壞了滑坡堆積體原有穩定狀態，目前在公路、民房附近多處出現了裂縫或下陷，嚴重影響了庫岸土體的穩定性，極易促進庫岸產生變形破壞，影響整個斜坡體的穩定，水庫蓄水主要表現在水位下降期滑坡變形加劇。

根據監測可知滑坡發生了較大變形，尤其是庫水位下降期由滑坡體內外的水頭差形成指向于滑坡體外的動水壓力，可能誘發滑坡的整體失穩。

2.3 BZM穩定性的分析

利用seep/w模塊分析BZM滑坡的滲流變化情況，并考慮滑坡體自重以及前緣庫水對滑坡的壓力，計算得到滲流力結果，通過Geo-Studio軟件的slope/w模塊對BZM滑坡的主剖面Ⅱ-Ⅱ進行穩定性計算，分析計算中要求垂直劃分滑體，且不能忽略條分體相互之間作用力。故本文的穩定系數計算擬采用Morgenstern-Price極限平衡法。這是由于：在所有的極限平衡法中，只有Morgenstern-Price充分考慮了條間力的相互作用，雖然計算過程較繁瑣，但是計算結果較精確。分析計算中要求垂直條分滑體，條分體相互之間作用力。圖2為以4種不同速率的庫水位從175m下降到145m不同速率時的穩定性系數。圖中“1”、“2”、“3”、“4”分別表示庫水位下降速率為0.6m/d，0.8m/d，1.0m/d，1.2m/d。由圖3可以得知，庫水位下降時，BZM滑坡的穩定性系數也會隨之降低，并且庫水下降到145m時滑坡穩定性系數降到最低;滑坡的穩定性受不同下降速率的影響表現也有所差異，滑坡穩定性系數與庫水位下降速率呈正相關。BZM滑坡穩定系數最大不超過1.1。速率越大，穩定系數越小。

3? 結論

①動水壓力型滑坡在庫水位下降過程中，地下水位有單調遞增的趨勢，并且其增大的速率由快到慢，滑坡穩定性系數隨之降低;下降速率越大，單調遞增其增大的速率先大后小趨勢現象越明顯，穩定性系數變化越明顯。

②庫水位下降時，滑體滲透性較差或中等的動水壓力型滑坡，其地下水位線會明顯上升且增大速率呈先快后慢的趨勢，而其穩定性系數會逐漸降低;然而，滲透系數較強的滑坡體，其地下水位線幾乎與庫水位持平，將不會受到動水壓力作用，其穩定性系數僅與庫水位呈相關關系。

參考文獻：

[1]劉新喜，夏元友，張顯書，等.庫水位下降對滑坡穩定性的影響[J].巖石力學與工程學報，2005（08）：1439-1444.

[2]魏學勇，歐陽祖熙，董東林，等.庫水位漲落條件下滑坡滲流場特征及穩定性分析[J].地質科技情報，2011，30（06）：128-132.

[3]周廷強，劉學飛.動水位對庫區邊坡穩定影響機理分析[J].西部探礦工程，2008（12）：54-56.

[4]曹偉.論庫水位變化對土質滑坡穩定性的影響[J].山西師范大學學報（自然科學版），2017，31（04）：123-128.

[5]胡修文，唐輝明，劉佑榮.三峽庫區趙樹嶺滑坡穩定性物理模擬試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2005（12）：2089-2095.

[6]王錦國，周云，黃勇.三峽庫區猴子石滑坡地下水動力場分析[J].巖石力學與工程學報，2006（S1）：2757-2762.

[7]帥紅巖，陳少平，韓文喜.庫水位下降對三峽庫區滑坡穩定性的影響研究[J].資源環境與工程，2013，27（02）：170-174.

[8]劉貴應.庫水位變化對三峽庫區堆積層滑坡穩定性的影響[J].安全與環境工程，2011，18（05）：26-28，32.

[9]肖詩榮，胡志宇，盧樹盛，等.三峽庫區水庫復活型滑坡分類[J].長江科學院院報，2013，30（11）：39-44.