考慮庫水位波動和暴雨影響的滑坡穩定性分析

2025-06-10 00:00:00宋永東

河南科技 2025年7期

關鍵詞：滑坡；動水壓力；滲透系數；數值模擬；穩定系數

中圖分類號：P642.22 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2025）07-0039-05

DOI： 10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.07.008

Landslide Stability Analysis Considering the Influenceof Reservoir WaterLevel Fluctuation and Heavy Rain

SONG Yongdong （Shuifa Planning and Design Co.，Ltd.， Jinan 25O1O9， China）

Abstract：[Purposes] This paper aims to study the change of stability coeficient of hydrodynamic pressure landslide with different permeability coefficients under the action of reservoir waterlevelfluctuation and heavy rain. [Methods]Taking a specific landslide as the object，this paper numerically simulates its stability coefficient based on saturated-unsaturated seepage theory and finite element analysis.The stability coefficient calculation conditions are the change of reservoir water level between 175 and 145 m， diferent reservoir water levelfluctuation rates and 3 days of continuous heavy rain.[Findings] With the decrease of reservoir water level，the stability coefficientof hydrodynamic pressure landslide decreases; the stability coefficient of landslide increases with the increase of reservoir water level; three days of heavy rain leads toa significant decrease in landslide stability，and the rateof decrease of stability coeficient increases first and then decreases with the increase of permeability coefficient.[Conclusions] The fluctuation rate of reservoir water level directlyaffects the stability coeficient of landslide，and heavy rain will aggravate this effect.The larger the permeability coefficient is，the more obvious the effect is.

Keywords： landslide; dynamic water pressure;permeability coeficient; numerical simulation; stability coefficient

0 引言

庫水位變化會引起滑坡穩定系數及失穩機理改變。李茜莎等對庫水位驟降邊坡滲透穩定敏感性進行了研究；王力等對庫水位驟降條件下動水壓力型滑坡穩定性進行了研究；杜貴3和陳慧娟等4研究了庫水位波動和持續強降雨條件下滑坡滲流場與穩定性系數的變化。也有研究發現，庫水位變化率和飽和滲透系數分別影響滑坡體內地下水位和孔隙水壓力，滑坡穩定性系數隨庫水位和飽和滲透系數的變化而變化5，但目前對于不同滲透系數的動水壓力滑坡在強降雨及庫水位快速下降條件下，其穩定性系數下降的速率的研究還較少，因此研究動水壓力型滑坡的滲流場及穩定系數變化特征具有重要意義。

1工程概況

某滑坡最大長度為 8 5 0 m ，最大寬度為 4 0 0 m 面積為，滑坡前端高程約 1 2 5 m ，上部高程約 3 2 5 m 。滑動面平均深度約 2 3 m ，該滑坡體積估計為。滑坡左邊界為基巖，右邊界為沖溝，上邊界為基巖與土體分界面，滑坡地質剖面如圖1所示。滑動帶由碎石塊和粉質黏土組成，滑坡底層由泥質粉砂巖、侏羅系砂巖及粉質泥巖構成，滑坡區地下水主要為受到降雨和庫水位影響的基巖裂隙水和碎石塊間孔隙水，整個滑坡體工程比較松散。滑坡在高程 1 2 5～1 4 5 m 之間時滑體主要受抗滑力影響，在高程 1 4 5～1 7 5 m 之間時滑體主要受滑動力影響。經監測，該滑坡可歸類為動水壓力型滑坡。

2滑坡地質力學模型

本研究采用Geo-studio軟件，根據工程地質特征確定的最危險地質段，將滑體設置為粉質黏土和塊石，滑床設置為砂巖和泥巖互層，模擬分析該處的穩定系數和滲流場。滑坡主要滑動段如圖2所示，其中粉質黏土和塊石以區域1表示，砂巖和泥巖互層以區域2表示。滑坡前緣抗滑段在庫水位

1 4 5 m 時被淹沒，因此庫水位波動主要影響滑坡前緣滑段，對抗滑段影響較小。

本研究的庫水位變化范圍為 1 4 5～1 7 5 m ，為確定庫水位由 1 7 5 m 降至 1 4 5 m 時的初始地下水位，在水文井中測定了地下水位。庫水位為 1 7 5 m 且無降雨時，STK1井平均地下水位埋深約為 1 . 2 m STK2井平均地下水位埋深約為 2 . 6 m 。同時，設滑坡前緣出水點高程為 1 7 5 m ，滑坡浸潤線即地下水初始邊界已在圖2中標出，為進一步探究庫水位由1 4 5 m 升至 1 7 5 m 時的滲流場，將初始浸潤線設定為 1 4 5 m 庫水位時的滑坡穩定浸潤線。

根據現場試驗和室內土工試驗確定研究對象的力學參數，見表1。當采用SEEP/W模塊模擬滲流場時，假設滑體材料為非飽和土，采用基于基質吸力相關函數來設定滑體的滲透系數和土體體積含水率。

庫水位上升速率設定為（204號，對應的持續時間分別為 5 0 d， 3 3 d， 2 5 d 庫水位由 1 4 5 m 上升至 1 7 5 m 。庫水位下降速率設定為，此外，還計算了庫水位下降 1 . 2 m / d 和50a一遇3d大暴雨組合工況下的滑坡穩定性系數，大暴雨發生在庫水位由 1 6 1 m 下降至 1 5 9 m 時，采用的工況組合見表2。各工況的邊界條件如下： ① 初始水頭根據該水庫的庫水位確定的降雨入滲邊界設置，設定為 1 7 5 m 庫水位由 1 7 5 m 降至 1 4 5 m 時，庫水位在之間為變水頭邊界條件，以基巖面為約束通量邊界。 ② 對該滑坡區1960—2013年逐日降雨資料進行了統計分析，結果表明， 5 0 a 一遇的3d大暴雨日降雨量 R=9 0 m m ○

3結果與討論

3.1滑坡穩定系數計算

本研究計算得出該滑坡在庫水位分別為 1 4 5 m 和 1 7 5 m 時的穩定性系數，見表3。由表3可知，當庫水位以的速率上升至 1 7 5 m 時，穩定系數最大為1.263；庫水位以 1 . 2 m / d 的速率下降至 1 4 5 m 時，穩定系數最小為1.074。

不同工況下該滑坡的穩定性系數如圖3所示。值得注意的是，由于水庫水位波動，動水壓力滑坡具有特定的響應特征。由圖3（a）可知，當庫水位由1 7 5 m 下降至 1 4 5 m 時，滑坡的穩定系數隨著庫水位的降低而逐漸減小，這是因為庫水位的下降使滑坡滑面所受的反向動水壓力增大，同時使滑坡滑面所受的靜水壓力和水力揚壓力減小。動水壓力型滑坡穩定性與庫水位降速呈負相關，由于滑坡地下水滯后于庫水位，在庫水位降速越快時，穩定性系數降速也越快，并且水庫水位降速較大，會增加反向動水壓力并降低滑坡上的水力揚壓力。由圖3（b）可知，由于滑坡滑動段所受的動水壓力、靜水壓力和水力揚壓力受到庫水位上升的影響，滑坡的穩定系數明顯增大。庫水位上升幅度越大，滑坡的穩定系數也越大，這是因為庫水位上升幅度越大，滑坡滑段所受的靜水壓力也隨之增大。另外，由圖3（c）可知，在暴雨開始的幾天內，滑坡的穩定系數明顯減小，之后的減小幅度與庫水位下降時的穩定系數減小幅度基本相同。

3.2庫水位等速下降條件下滲透系數對滑坡體穩定系數的影響分析

為研究庫水位等速下降條件下，不同滲透系數對滑坡體穩定性的影響，首先將該滑坡的滲透系數分別設置為） m / d，）、1.16×10-5m/s（1m/d）、（ 1 0 m / d），并設定庫水位下降速率為 0 . 6 m / d 。不同滲透系數時滑坡穩定系數的變化情況如圖4所示。

由圖4可知，在滑坡體滲透系數為時，隨著庫水位的下降，滑坡穩定系數逐漸減小，這是由于隨著滑坡滲透系數的減小，作用在滑坡體上的動水壓力增大，因此滲透系數較小時，穩定系數也較小。由圖4還可知，在滑坡體滲透系數為時，滑坡段主要受靜水壓力和水力揚壓力的作用，滑坡穩定系數隨庫水位下降而先減小后增大，盡管庫水位從 1 7 5 m 下降到 1 4 5 m 時，靜水壓力和水力揚壓力雖有所減小，但滑坡滑動段始終受靜水壓力和水力揚壓力的影響，而受迅速減弱的動水壓力的影響較小。

3.3暴雨條件下滲透系數對滑坡體穩定系數的影響分析

為研究不同滲透系數的動水壓力滑坡在暴雨作用下穩定性系數的變化情況，本研究采用穩定系數下降率（RDSC）進行分析，RDSC表示動水壓力滑坡在一定滲透系數下，穩定系數隨庫水位下降而計算的下降速率。較大的RDSC值表明隨著庫水位下降速率的增加， R D S C 也隨之增加，RDSC值越大，說明在暴雨條件下滑坡穩定性系數下降幅度越大。這種關系可以表示為式（1）。

式中： P 為滲透系數； H 為庫水位； F （）為根據不同滲透系數和庫水位下降速率及 1 5 8 . 2 m 庫水位計算的滑坡穩定系數； R 為3d暴雨量。該滑坡滲透系數分別取二 m / d ）、！！ 5 . 7 9 × （ 1 0 m / d），計算得到的RDSC值如圖5所示。

由圖5可知，對于受庫水位下降影響的動水壓力型滑坡，在暴雨作用下，隨著滑坡體滲透系數的增加，RDSC值呈現先增大后減小的趨勢。具體表現為： ① 在暴雨作用下，滑坡體滲透系數從 1 . 1 6 × 增加到時， R D S C 值隨著滲透系數的增加而增大。這是因為滑坡體滲透系數為時，當滑坡受到暴雨影響時，降雨入滲隨著滑坡滲透系數的增加而增加，導致滑坡受到的動水壓力增加； ② 在暴雨作用下，滲透系數從增加到段，RDSC值隨著滲透系數的增大而減小，分析認為，滑坡體滲透系數為，當滑坡受到暴雨影響時，由于滑坡體滲透系數較大，水流速度相對較快，入滲雨水會很快流過滑坡體，因此盡管滑坡體受到暴雨的影響，但實際作用于滑坡體的動水壓力有一定程度的減小。