某库岸滑坡的成因机制及稳定性

王 猛，石豫川，唐兴君

某库岸滑坡的成因机制及稳定性

王 猛1，石豫川1，唐兴君2

（1．成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059；2．华东勘测设计研究院，杭州 310014）

某库岸为典型高山峡谷地貌，斜坡在卸荷作用和重力作用下弯曲拉裂，形成规模巨大的滑坡。水库蓄水后，滑坡可能产生复活，将造成“二道坝”，危及大坝及其它枢纽建筑的安全。结合滑坡区的环境地质条件，滑坡的地质结构特征，分析其形成机制，并在此基础上建立地质-力学模型，再现滑坡形成过程。最后采用定量计算、数值模拟法计算滑坡安全系数、应力分布状态等，对滑坡蓄水条件下的变形及稳定性进行研究和预测，从而为滑坡治理工程设计提供依据。

滑坡；弯曲拉裂；成因机制；蓄水；稳定性

水库库岸滑坡与一般山地滑坡相比，有其特殊的一面。其特殊性在于它的活动与水库库水位的变化、库水波浪的冲刷及库水的浸泡有很大的关系［1］。水库滑坡的稳定性研究对于确保水利水电工程的顺利建设及安全运行具有重大意义［2］。某库岸滑坡体位于雅砻江右岸，属单斜构造区，岸坡岩层总体上中倾左岸偏上游，岩层坡面走向与岩层走向夹角18°～25°，岩层倾角约60°，与坡面以小角度相交，属同向顺层结构边坡。由于工程区地质历史上地壳隆升运动剧烈，伴随着强烈的构造抬升作用，雅砻江河谷迅速下切，从而导致坡体前缘临空，后缘卸荷拉裂，形成了目前前陡后缓的滑坡地貌形态。高陡边坡及软硬相间的岩性组合造成滑坡在库水位涨落及地震等外营力作用下易产生失稳破坏。为了确保水电站的安全运营，故有必要对该滑坡的稳定性做出正确的评价。

1 库岸滑坡概况

1．1 地层岩性

滑坡及周边地区出露的基岩主要有2组：三叠系上统杂谷脑组（T3Z）及二叠系上统冈达概组（P2g）地层，其中板岩强度相对较低，为软弱岩层，变质砂岩、大理岩岩质较坚硬，抗风化能力较强，为相对坚硬岩层。

1．2 地质构造

前波断层（F34）自滑坡体中部斜穿通过，断层带宽10～30m，带内为断层角砾岩、碎粉岩、碎裂岩夹构造透镜体岩。断层产状N15°－20°W，SW∠50°～70°，倾向坡内，断层面与岩层层面走向接近一致，为滑坡中后缘提供无约束边界。

1．3 滑坡体特征

滑坡体位于雅砻江右岸，距坝址约10．70～12．50 km，前后缘高差约800 m，纵向上长约1 210 m，估算面积152．5万m2，平均厚度47．86 m，其中最大垂直揭露厚度70．10 m，总方量约7 299万m3，蓄水位以下方量约490．5万m3，蓄水位以上方量约6 808．5万m3。

滑坡体整体形状呈不规则的“m”形展布，上游侧的“n”形比下游侧高，地形前陡后缓。根据坡体的地貌形态、形成时期（与河谷演化关系）、物质组成的差异可将滑坡体分为A，B1，B2 3个区（如图1，表1）。

表1 坡体分区特征一览表Table 1 The characteristics of the landslide geological zonation

2 滑坡成因机制分析［3］

滑坡基岩为软硬互层地层，岩体易变形。由于受断裂构造控制，岩体节理裂隙发育，3组优势结构面的组合在促使岩体破碎的同时，控制着滑坡形成的边界条件及变形破坏模式，见图2。其中结构面1为岩层层面，这是控制斜坡变形破坏的主要结构面，尤其是风化软弱岩层面；结构面2为陡倾节理面，主要起到控制滑坡发育的上下游边界条件及切割岩体；结构面3为缓倾坡内节理面，与层面共同切割岩体，但不提供底滑边界。这就决定滑坡具备弯曲拉裂的破坏条件。

图2 基岩边坡结构面极点赤平投影图Fig．2 The stereographic projection of bedrock slope joints

在雅砻江河谷下切的漫长地质历史过程中，岸坡岩体发生卸荷，岩层结构面1变得陡倾，在重力作用下软硬相间岩层产生弯折倾倒，并沿着根部结构面3剪切折断，伴随着两侧边界结构面2的贯通，倾倒变形体解体，出现滑动，形成如今的滑坡。前波断层的产生，使岸坡岩体更加破碎，并给滑坡体提供无约束边界，其牵引作用也使下盘岩体弯折更加强烈。目前坡体上无明显变形破坏迹象，滑坡天然状况下稳定性较好。

3 边坡稳定性的主要控制因素

库岸滑坡体的稳定性影响因素根据蓄水条件不同，可分为常规工况下影响因素，主要包括坡体形态、坡体结构、物质组成、地震活动、暴雨降水；蓄水工况下影响因素，主要指库水作用效应、地震动力效应［4－7］。从野外调查发现，常规工况下滑坡体整体稳定，仅表部有小范围遛滑，坡体进一步变形破坏，需经过漫长的地质历史过程（如前缘江河的进一步下切）。针对该库岸滑坡而言，影响其变形破坏的主控因素为库水作用效应，由于该区地震烈度不高，且蓄水水头小，地震动力效应不明显。

库水对滑坡稳定性的影响，主要包括强度软化效应、对坡脚冲刷淘蚀效应、静水压力和动水压力效应等。水库蓄水后，滑坡岩土体和库水间发生水岩交互作用，降低其物理力学强度。库水的静水压力作用，对透水的岩土体主要表现为产生浮力，对隔水的岩体表现为产生浮托力和侧面静水压力。

本文滑坡体为透水的岩土体，故蓄水的静水压力作用主要是产生浮力，即悬浮减重效应。库水的浮力一面降低坡体上的下滑力，另一方面降低坡体上的有效压力和坡体的抗滑阻力。当抗滑阻力降低较大时，将加速了坡体形状的改变和累进性破坏向纵深方向发展。在库水位骤降时，坡体内孔隙水来不及随库水位下降而排出，在坡体内形成很高的水头差，地下水在库水位升降空间范围内形成复杂的非稳定渗流局面，产生强大的和动水压力，加大了地下水渗流方向的滑动力，诱发岸坡变形并可能导致坡体失稳。库水位下降速度越快，岸坡稳定性下降越大。

4 滑坡体的稳定性评价

4．1 计算模型

本次稳定性计算分析选取纵剖面，剖面分布位置见图1（分区图）；根据工程地质分区，对滑坡整体（分区）稳定性进行计算，计算模型见图3。

4．2 计算参数的确定

工程区50年超越概率10%水平的基岩动峰值加速度为1．136 m／s2。力学强度参数以试验成果为基础，参考工程地质类比法，综合选取稳定性计算参数。滑体土、滑带土抗剪强度参数取值，见表2。

4．3 整体稳定性计算分析

滑坡的整体稳定性计算包括常规工况和蓄水工况2种，计算方法主要参照规范，采用Morgenstern-Price极限平衡条分法。

表2 滑坡计算模型参数综合取值表Table 2 Physical-mechanical parameters of the landslide

图3 滑坡计算模型Fig．3 Numericalmodel of the landslide

（1）常规工况对滑坡体整体（分区）稳定性进行验算，计算结果见表3。

表3 常规工况下稳定性计算结果表Table 3 Stability coefficients of the landslide under conventional condition

计算结果表明：①天然工况下，A区滑坡稳定性系数在1．2以上，处于稳定状态；B1区滑坡稳定性系数在1．10～1．15之间，处于基本稳定状态。②暴雨导致滑坡体稳定性有所下降，分别下降0．116（A区）～0．038（B1区），但均处于基本稳定状态。③地震对滑坡稳定性影响程度不一，其中A区稳定性系数K＝1．090，相对天然工况下有所降低，处于基本稳定状态；B1区稳定性系数下降幅度为7．11%，稳定性系数K＝1．054，处于基本稳定临界状态。

（2）蓄水工况下高孔隙水压力是导致滑坡产生的内动力［8］。现场调研表明，滑坡体在正常的工况下不存在产生和保持高孔隙水压力的水位地质条件，但水库蓄水改变了滑坡体地下水的赋存条件，导致地下水位升高，同时在库水位骤升骤降的过程中，地下水将产生较高的水力梯度，对滑坡的稳定性产生影响。A区未受蓄水影响，不利工况组合主要以B1区滑坡体为研究对象，计算结果见表4。

表4 蓄水工况稳定性计算结果表Table 4 Stability coefficients of the landslide under reservoir storage

计算结果表明：①B1区蓄水导致滑坡体稳定性系数略微提高；考虑不利工况的组合，蓄水＋暴雨工况，滑坡稳定性相对降低，B1区稳定性系数K＝1．176，处于稳定状态。②按最不利工况考虑，蓄水＋地震工况下，B1区滑坡稳定性系数相对常规地震工况有所升高，K＝1．10，处于基本稳定状态。③孔隙水压力效应（以该处水位H w与滑体厚度H之比H w／H表示）分析结果表明，从安全角度考虑，水位降落的过程孔隙水压力未消散，在这过程中，滑坡稳定性降低0．143（B1区），B1区稳定性系数仍大于1．05，但趋于基本稳定临界状态。

综上所述，滑坡体在天然情况下，稳定性系数K＝1．144（B1区），此时坡体内地下水位线大部分位于基覆界面之下，坡体饱水程度仅1／4，滑坡稳定性很好，能保持长时期的整体稳定性。水库蓄水后，悬浮减重效应降低坡体的下滑力幅度大于其抗滑阻力的下降幅度，蓄水后滑坡稳定性略有增加，前者影响起主导作用；水位骤降，使坡体内产生较高的水位差，形成渗流作用，产生渗流力，坡体稳定性下降幅度较大。但总的来说，由于各工况下坡体稳定性都大于1．05（如图4），坡体至少处于基本稳定状态，水库蓄水情况下，滑坡体短期内不会破坏失稳。

图4 水库蓄水对滑坡稳定性的影响Fig．4 Effects of reservoir working on the stability of landslide

5 蓄水工况下坡体变形破坏预测

极限平衡分析法表明蓄水工况下滑坡体A和B1区处于基本稳定状态，整体稳定，局部存在失稳可能，图5为其屈服区数值模拟图［9］。

图5 蓄水下坡体屈服区Fig．5 The yield area of the landslide during the reservoir operation

从图上可以看出，A区后缘拉应力集中易产生拉裂缝及后缘下挫，中部表层存在局部的拉剪应力集中，易产生小范围垮塌。B1区的后缘（即A区的前缘）拉剪应力集中，为最不利区域，单元多屈服，B1区表部应力集中不明显，底滑面剪应力集中程度较高，但目前屈服区没贯通。

蓄水对滑坡稳定性影响是一个动态的长久过程［7］。随着库水对坡体前缘的冲刷、淘蚀，坡体内强度参数进一步软化，B1区底滑面屈服单元将增多，可能导致剪切面贯通。一旦B1区变形破坏，A区将失去前缘的阻挡，稳定性也随着降低。

建议蓄水期间在B1区后缘及中部布置位移监测点，后缘监测点可以最先捕捉到坡体的变形破坏迹象，而中部监测点产生位移，则说明坡体可能发生了整体变形破坏。

6 结 论

（1）库岸滑坡体规模巨大，体积高达数千万方以上，具多期次、复合型特征，即共经历了多期滑动破坏才塑造成目前的堆积形态，滑坡体上无明显变形破坏迹象，滑坡天然状况下稳定性较好。

（2）滑坡受软硬相间的地层、高陡岸坡、结构面不利组合等影响以弯曲拉裂形式破坏；蓄水条件的库水作用效应导致滑坡的稳定性产生一定恶化。

（3）由稳定性计算结果可知：常规工况下，坡体处于基本稳定状态，可保持长期稳定；蓄水条件下，表现为水位上升至稳定时，坡体稳定性略有增加，随着坡体水位的回落，稳定性也开始降低，尤其水位骤降时，稳定性下降幅度大，但坡体仍可保持基本稳定。

（4）数值模拟表明：B1区的后缘（即A区的前缘）拉剪应力集中，为最不利区域，单元多屈服，B1区底滑面剪应力集中程度较高。由于蓄水对滑坡稳定性影响是一动态的长久过程，建议蓄水期间在这些单元屈服较大部位，布置一定变形监控量。

［1］ 钟立勋．意大利瓦依昂水库滑坡事件的启示［J］．中国地质灾害与防治学报，1994，5（2）：77－84．（ZHONG Li-xun．Enlightenments from the Accident of Vaiont Landslide in Italy［J］．The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，1994，5（2）：77－84．（in Chinese））

［2］ 徐湘涛，汪家林，黄润秋．紫坪铺水利枢纽工程左岸坝前堆积体变形破坏机制研究［J］．岩石力学与工程学报，2008，27（增1）：2642－2650．（XU Xiang-tao，WANG Jia-lin，HUANG Run-qiu．Research on Deforma-tion and Failure Mechanism of the Talus Slope Located at Left Riverbank Ahead of the Dam of Zipingpu Hydraulic Project［J］．Chinese Journal of Rock Mechanics and En-gineering，2008，27（Sup．1）：2642－2650．（in Chi-nese））

［3］ 张悼元，王士天，王兰生．工程地质分析原理（第二版）［M］．北京：地质出版社，1994．（ZHANG Zhuo-yuan，Wang Shi-tian，WANG Lan-sheng．Engineering Geological Analysis Principle［M］．Beijing：Geological Publishing House，1994．（in Chinese））

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［7］ International Commission on Large Dams（ICOLD）．Res-ervoir Landslides：Guidelines for Investigation and Man-agement［S］．ICOLD，2000．

［8］ 孙玉科，牟会宠，姚宝魁．边坡岩体稳定性分析［M］．北京：科学出版社，1988．（SUN Yu-ke，MOU Hui-chong，YAO Bao-kui．The Stability Analysis of the Slope Rock Mass［M］．Beijing：Press of Science，1988．（in Chinese））

［9］ 黄润秋．边坡治理工程的数值模拟研究［J］．地质灾害与环境保护，1996，7（1）：69－76．（HUANG Run-qiu．Numerical Simulation of Reinforcement Works of Rock Slopes［J］．Journal ofGeological Hazards and Envi-ronment Preservation，1996，7（1）：69－76．（in Chi- nese） ）

（编辑：赵卫兵）

A Case Study of the M echanism and Stability of Reservoir Bank Landslide

WANG Meng1，SHIYu-chuan1，TANG Xing-jun2
（1．State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2．East China Survey and Design Institute，Hangzhou 310014，China）

As the geomorphology of the studied reservoir bank presents typicalmountainous and canyon characteris-tics，bending and ripping deformation of its slope occurs due to unloading and gravity，thus give rise to large scale landslide．The landslidemay reactivate after impoundment of the reservior，hence may endanger the safety of the dam and other structures．Based on the environmental geological condition and the geological structure characteris-tics of the landslide，a geomechanicsmodel has been established to simulate the forming process of the landslide．Finally，quantitative calculation method and numerical simulationmethod are used to compute landslide safety fac-tor and stress distribution，etc．so as to further study and forecast the deformation and stability under impoundment，and provide basis for engineering design of the treatment．

landslide，bending and ripping deformation，the formation mechanism，impoundment；stability

X43；P642

A

1001－5485（2011）04－0041－04

2010-05-20

王 猛（1984-），男，江苏徐州人，硕士研究生，主要从事岩土体稳定性及工程环境效应方面的研究，（电话）15928734117（电子信箱）lantian＿g＠163．com。