庫水位下降速率對三峽塔坪滑坡穩定性的影響

嚴耀庭

(安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232001)

三峽庫區歷來是我國地質災害多發地區，自試驗性蓄水以來，庫區內隨之出現許多滑坡和塌岸，每年水庫調度形成近30 m水位漲落，滑坡、崩塌等一系列地質災害發生次數顯著增加，古滑坡復活和新生庫岸滑坡變形失穩現象大量出現。滑坡一旦整體失穩，將產生嚴重的后果,許多中外學者對這些地質災害進行深入研究，例如喬素云等通過數值模擬發現白水河當水位下降是影響其穩定性的主要因素[1]；鄧茂林等認為降雨對木魚包滑坡有一定助推作用，主要在庫水位升降作用下坡體會持續變形[2]；肖維偉通過理論分析與數值模擬計算三峽庫區臥沙溪滑坡復活變形是由庫水位變動[3]；秦林和呂鵬發現八桷樹滑坡受庫水位波動影響最大[4]；林琰等通過GPS監測、野外調查等方法發現三門洞滑坡當庫水以1.6 m/d上升時，穩定性最高，下降速率越快，穩定性越低[5]；宋軍等[6]利用GeoStudio發現奉節何家坡滑坡當庫水位降幅1.2 m/d處于基本穩定，隨庫水下降速率，滑坡穩定系數不斷下降；薛星橋等[7]發現淌里滑坡變形對水位下降情況比較敏感等。

目前，由于庫區汛期強降雨多發，與庫水位波動共同作用影響下的順層滑坡發生很多起。位于三峽庫區巫山縣曲尺鄉的塔坪H1滑坡，自2008年庫水位上升和波動以來變形加劇。滑坡一旦失穩，后果不僅僅是經濟上的損失，更是周邊居民生命上的威脅。因此通過2010年—2017年期間相關塔坪專業監測數據以及滑坡變形宏觀地質記錄，并以GeoStudio軟件模擬塔坪滑坡在不同工況下的穩定性，重點分析滑坡在強降雨和庫水位波動影響下的穩定性，建立了滑坡的安全系數隨時間變化的關系，為滑坡監測預警和防治提供參考。

1 塔坪滑坡概況

塔坪滑坡位于重慶市巫山縣曲尺鄉的長江北岸，主要由塔坪巖質古滑坡及其后期發展形成的塔坪H1、塔坪H2老滑坡組成，離巫山縣城有24 km。塔坪古滑坡南北長1 150 m，東西寬約1 050 m，面積約為1.26 km2，總體積約為3.08×107m3。塔坪H1滑坡平面形態呈現為圈椅狀，塔坪滑坡體后緣海拔約為300 m，前緣海拔約為145 m～160 m，寬為480 m～550 m，長為530 m～580 m，面積約為0.283 km2，總體積約1 270×104m3，滑坡前緣靠江區域坡度17°～37°，后緣坡度2°～5°，碎裂巖是滑坡體主要成分，厚度約為30 cm，呈現紫紅色，巖塊直徑約0.3 m～1.1 m。該滑坡屬于特大型巖質滑坡。該滑坡后邊緣為曲尺鄉場鎮，若該滑坡發生變形將會對當地居民的安全造成隱患。

滑坡體由砂巖碎裂巖和粉質黏土夾雜著碎塊石組成，主要由砂巖碎裂巖為主，其中碎裂巖主要由石英砂巖組成，巖體破碎且裂隙較為發育，前部巖體較薄，中后部巖體較厚。其碎塊石主要是由長石石英砂巖風化而成，呈現灰褐色。該滑坡地下水為松散巖類孔隙水、基巖分化裂隙水和基巖構造裂隙水，平均每年降雨量在1 087.4 mm，主要在5月～9月份，占全年的降雨量近70%，7月、8月多暴雨，日降雨量峰值371.3 mm。主要由大氣降雨和灌溉水補給。東側有冬瓜溝，在西側有絞灘窯溝，常年有水，且由北向南匯入長江。在滑坡上還育有季節性顯現沖溝、炭硐溝和沙灣子溝。

自2008年三峽庫區175 m試驗性蓄水，塔坪滑坡中前地表出現較多裂縫，據前期勘察資料顯示，塔坪滑坡有2條大的橫向拉張裂縫位于場鎮前部到臨江岸坡。自專業監測開始，塔坪滑坡共布設地表變形測點12個，各監測點布設見圖1。

在曲尺場鎮的監測點幾乎沒有明顯的位移，說明塔坪滑坡后緣目前比較穩定。而塔坪中前部的監測點均有明顯的位移。在2009年—2017年期間，塔坪滑坡前緣監測點地表位移與庫水位和降雨的關系呈周期性變化，每年的5月份～7月份地表變形呈跳躍式變化，此時庫水位處于低水位期，且該段時間處于降雨期，在每年的5月份地表變形開始增加，在6月份出現明顯的增加。到7月初出現突變，但是在突變之后各個監測點的變形速率都有所放緩。從這些監測數據方面可得知在5月～7月份是該滑坡位移增長最快的時間段，也是最重要的值得注意的地方，圖2是塔坪滑坡代表性監測點地表位移與庫水位周期變化曲線。

2 塔坪滑坡穩定性影響因素分析

2.1 數值模擬

先利用GeoStudio軟件中sleep/w模塊建立穩態下的模型，再利用slope/w模塊耦合降雨和庫水位下降對塔坪滑坡的穩定性影響。根據塔坪滑坡所處的水文環境特征，確定模型的邊界條件。

1)滑坡體前緣為定水頭一類邊界，水頭高度由庫水確定；2)滑坡體庫水位以上為降雨量流量邊界，由降雨強度確定(見圖3)。模擬時間從2014年11月1日～2015年11月1日，共366 d。模型材料有4種，分別為巴東組基巖、香溪組碎裂巖、滑體和滑帶、基巖層為泥巖、泥質灰巖和頁巖層，滑坡體為三疊系碎屑巖順向滑坡。滑坡數值分析的工程地質參數見表1。

表1 塔坪滑坡數值模型物理力學參數

對塔坪滑坡在降雨和庫水位下降穩定性系數的變化模擬，用Geo-slope軟件的Morgenstern-Price法進行計算分析，以1d作為步長，滑移面為完全指定，水頭的初始邊界設置為175 m，最終下降至145 m。

2.2 計算工況

降雨或水庫水位的升降都有可能導致滑坡變形，因此可通過不同的工況來驗證[9]。采取無雨、年平均降雨量以及7月～8月平均降雨量這三種情況的降雨量，即0 mm/d，5 mm/d以及15 mm/d。在2014年4月26日～2014年6月1日其安全系數呈現線性下降，歷時36 d，庫水位下降速度約為0.42 m/d，從164.49 m降至149.39 m。以此采取工況：庫水位下降速度0.2 m/d,0.4 m/d和0.6 m/d，且庫水從164.5 m降至149.4 m。

通過圖4可以明顯看出降雨對塔坪滑坡穩定性的影響并非占主導作用。其中當庫水位下降時滑坡的安全系數明顯下降，當庫水位達到145.5 m時穩定性系數達到最低，庫水位上升時穩定性系數升高。

3 庫水位下降速率對塔坪滑坡穩定性的影響

滑坡變形主要在6月～9月份，期間又經常降雨，為了更加貼近實際情況，故采取降雨15 mm/d，以及不同的庫水下降速度來驗證庫水下降速度對滑坡變形的影響[10]。

從圖5可以看出在不同庫下降速率下，0.6 m/d的庫水下降速度在相同時間內比0.2 m/d的庫水下降速度的穩定性系數低近0.04,0.6 m/d庫水下降速度的穩定性曲線在15 d后陡然下降，0.4 m/d庫水下降速度的穩定性曲線在25 d后突然下降，而0.2 m/d的庫水下降速度的穩定性曲線在這些天數內平緩下滑；從圖6可以看出穩定性系數從1.26一同降至1.21時，0.6 m/d的庫水下降速度比0.2 m/d的庫水下降速度快了近50 d，最終的穩定系數也是最低的，且0.6 m/d庫水下降速度的穩定性曲線近似筆直下降，0.4 m/d庫水下降速度的穩定性曲線一開始同0.6 m/d曲線快速下降但在30 d左右開始變緩，在35 d左右陡然下降，而0.2 m/d庫水下降速度的穩定性曲線在20 d和70 d有陡然下滑，其他時間較為平緩。通過圖5,圖6可分析出庫水下降速率越大，塔坪穩定性下降的越快。

4 結論

經過此次數值模擬的計算結果分析，可得出結論：1)塔坪滑坡受庫水以及降雨影響其變形呈階梯型變化，在每年5月份地表開始變形增加，6月份加劇；2)通過GeoStudio軟件分析得出塔坪滑坡穩定性因素主要受庫水下降影響；3)庫水下降速度越大，塔坪滑坡的穩定性系數下降的也就越快；庫水下降速度越小，其穩定性系數下降的越慢。