三峡库区堆积层滑坡降雨敏感性分析

【摘 要】堆积层滑坡是三峡库区中常见的一类滑坡，大气降雨是滑坡产生的诱发因素。不同的滑坡体因其工程地质条件不同而表现出不同的对降雨敏感性的动态响应规律。本文以三峡库区万州塘角2号滑坡为例，分析其岩土体介质物理力学基本特征、变形破坏机理，在此基础上，采用MSARAM法边坡稳定性计算程序，分析了大气降雨对滑坡稳定性的敏感性问题。研究表明，。在强降雨等诱发因素作用下，稳定性将明显降低，当库区正常蓄水位175m时，该滑坡的启动降雨强度为20mm/d，当库区低水位145m运行时，启动降雨强度为50mm/d。滑坡的防治措施应注重降雨和库水位等诱发因素的影响。

【关键词】三峡库区； 堆积层滑坡；降雨；敏感性分析

1.引言

堆积层滑坡是三峡库区一种常见滑坡，其岩土力学性质、水理性质通常具有一定的特性，如数值计算时常假定为连续介质，考虑地下水力学作用时，通常认为边坡体为透水介质等[1，2]。三峡库区中此类滑坡和古滑坡数量较多，滑坡体的稳定性威胁着位于其上或邻域的居民和建（构）筑物，迫切需要针对此类滑坡研究其基本特征、形成机理和主要诱发因素（降雨、库水位波动），评价其稳定性，制定合理的防治措施等。本文以万州塘角2#滑坡变形B区为例，研究其岩土体介质物理力学基本特征、变形破坏机理，在此基础上，采用MSARAM法边坡稳定性计算程序，分析大气降雨对滑坡稳定性的敏感性问题，为滑坡的综合防治提供依据。

2.滑坡基本特征与形成机理

塘角2#滑坡位于重庆市万州区江南新区塘角村长江岸坡地带，其变形B区位于滑坡的前部斜坡，平面形态呈扇形，前缘高程156～175m，后缘高程240～248m，平均横宽530m，纵长250m，体积75×104m3，滑移方向352°，如图1所示。该区域内的房屋及地面时有变形开裂发生，如TJ1附近出现的一条圆弧状地裂缝，长约15m，缝宽10-15cm，外侧下沉10cm；在钻孔ZK2-38附近的地面拉裂长约37m，宽3～15cm，外侧下沉5～20cm。从宏观上看，本区目前整体处于变形阶段，变形开裂主要表现在房屋拉裂、局部地面拉裂下沉，在降雨时变形加剧，但未发生明显滑移。

滑坡体主要以粉质粘土夹角砾、碎石、块石等为主，土体可塑状，局部硬塑及软塑状，石质分布不均，含量一般25～35%，部分达50%以上，石质以砂岩为主，其次泥质砂岩及少量泥岩，块径一般0.2～1.5m，多为棱角状～次棱角状。在厚度上，滑体前部、东、西两侧斜坡较薄，厚度一般在3～10m，中、后部平台区域较厚10～25m，后部10～36.41m，表现为从前缘到后缘，两侧至中间，滑体厚度逐渐增大。见图2所示。

滑带土位于基岩与土层接触带，或软塑状粉质粘土内，主要为灰白色、黄褐色粉质粘土夹砂岩碎石、泥岩角砾，碎块石含量10～25%，砂岩碎石粒径20～50mm，泥岩角砾粒径2～5mm，强风化。土体可塑或软塑，土体细腻具滑感，吸水后泥化，粘性强。

图1 塘角2#滑坡变形分区平面图

滑床为侏罗系中统沙溪庙组（J2s）泥岩、粉砂岩及砂岩组成，岩层产状：153°∠4°，为单斜平缓岩层。其中，泥岩为紫红色，泥质结构，中厚层状构造，属软岩；泥质砂岩为暗紫红色，泥质胶结，多为粉砂粒组成，易风化；粉砂岩为浅黄色，粉粒结构，泥质胶结，中厚层状构造，质软，强度低；砂岩为灰白色，中～细粒结构，钙质胶结，强度较高。基岩表层风化强烈，岩体较为破碎，质较软，岩芯多呈碎块状、短柱状，裂隙较发育。

根据勘探资料，地下水埋深随坡面形态变化，水位埋深在0.9～4.5m，但受降雨影响较大。其中，松散土层渗透系数为3.31×10-5cm/s， 属弱透水层。

调查分析表明，滑坡区域堆积体历史上曾发生过多次崩塌堆积、滑移堆积和后期侵蚀夷平，从而形成现状台地地貌。根据滑坡的变形特征、变形历史和地形地貌，塘角2#滑坡变形一般发生在陡斜坡处，在降雨、库水位影响下，变形逐渐向后部扩散，牵引式（松脱式）变形特征明显，属牵引式滑坡。

塘角2号滑坡变形B区属于典型的散体介质滑坡，其变形破坏机理是，在自重荷载和渗流的作用下，滑坡体以土岩分界面为潜在滑动面，产生蠕滑—剪切破坏。变形破坏过程分为两个阶段，即（1）沿最大剪应力带的蠕变阶段，并形成屈服面；（2）屈服面贯通剪切破坏阶段。目前滑坡整体是稳定的，变形主要集中在滑坡前部和中、后部平台两侧前缘斜坡地带，处于变形（蠕变）阶段，在诱发因素特别是强降雨的作用下，稳定性明显降低，有整体失稳的可能性。

图2 滑坡典型工程地质剖面图

3.稳定性影响因子分析

由于塘角2号滑坡B区为典型的堆积型散体介质滑坡，其稳定性影响因素除与地形地貌、地层岩性、地质构造、岩体结构、地下水活动等固有条件外，还有大气降雨、库水位、地震、人类工程活动等诱发因素的影响。其中，地下水、降雨、库水位变化是区内滑坡最为敏感的因素之一。

地下水的存在，可使滑坡岩土体软化，滑带和滑坡体强度降低。另外，更重要的是在滑坡体内形成较大的地下水力学作用。地下水对滑坡体的作用有静水压力和动水压力，静水压力主要表现为浮托力，使滑体作用于滑床的垂直压力减小，降低下滑阻力；动水压力主要表现为渗透力，通过地下水渗透作用，增加了滑体的下滑推力。

大气降雨和水库水位的影响是通过坡体内地下水位的变化而影响滑坡的稳定性的[3，4]。区内降雨丰富，区内常年雨日140天左右，多年平均降雨量1181.20mm，历年最大降水量1635.20mm，雨量主要集中在5到9月份，并以暴雨居多，日雨量可达100 mm以上。在降雨过程中，雨水入渗土体增大了滑坡体重量，降低了滑体强度，同时使地下水位发生波动。库水位的升降，也将改变滑坡体内的地下水位，库水位与边坡地下水位间有着十分密切的关系。由于地下水位的波动，使坡体内的渗透力发生改变，从而导致滑坡稳定性显著恶化。降雨、水库水位与滑坡体内地下水位的关系可采用河间地块模型[5]，按以下公式可以求得滑坡坡前某个水库水位时一定降雨强度下的边坡坡体地下水位的变化规律。

式中，ω为降雨平均入渗量（m/d）；K为平均渗透系数（m/d）；h为边坡体内任意点的水头（m）；h1为前缘（x=0）的水头（m）；h2为后缘（x=L）的水头（m）；x为距离原点的坐标值（m）。

4.稳态对降雨敏感性分析

由上述影响因子分析可知，大气降雨是该滑坡的最为敏感的影响因素之一，本文利用上述的降雨、水库水位与坡体内地下水位的关系式，分析不同降雨强度下滑坡的稳定状态变化规律，以及滑坡失稳的降雨强度启动值。

4.1 计算方法与模型

针对该散体介质边坡的特点，采用改进的Sarma法——MSARMA法进行计算评价，该方法可考虑强降雨条件与地下水作用下的边坡稳态的动态变化规律。根据滑坡地形地貌特征和潜在滑动面形态，将滑坡划分为20个条块，计算模型见23所示。

4.2 滑坡岩土物理力学性质

滑坡稳定性计算参数主要包括滑体的物理力学参数和滑带土的物理学参数，以及表征滑体的水理性质的渗透系数、入渗系数等指标。

（1）滑坡体的物理力学性质

根据勘察报告统计分析，滑坡体的天然重度20.1kN/m3，饱和重度20.6kN/m3，天然含水量22.21%，孔隙比0.66，饱和度92.15%，液性指数0.44，塑性指数13.14，天然抗剪强度标准值C=25.15KPa，φ=13.68°，饱和抗剪强度标准值C=17.92KPa，φ=11.4°。

图3 滑坡条分剖面图

（2）滑带土物理力学性质

根据滑带土的统计分析结果，滑带土的天然重度20.1kN/m3，饱和重度20.4kN/m3，天然含水量22.76%，孔隙比0.67，饱和度92.56%，液性指数0.42，塑性指数13.26，天然抗剪强度标准值C=23.83KPa，φ=13.29°，天然残值抗剪强度标准值C=13.54KPa，φ=10.09°；饱和抗剪强度标准值C=18.13KPa，φ=10.67°，饱和抗剪强度残值标准值C=10.79KPa，φ=7.78°。本次计算均采用上述指标。

4.3 敏感性分析

计算表明，滑坡的稳定性对大气降雨强度十分敏感。其中34是滑坡前缘水位为175m（正常蓄水位）时的降雨敏感性分析曲线，图4是滑坡前缘水位为145m（汛期低水位）时的降雨敏感性分析曲线。

由34可知，在水库坝前175m静水位+该种工况下无雨工况下，滑坡的稳定系数为1.0486，当降雨强度达到20mm/d时，滑坡将处于极限平衡状态，逐渐产生蠕滑变形，并随着降雨强度的增大，稳定系数不断下降，滑坡将整体失稳下滑。由45可知，在水库坝前145m静水位+无雨工况下，滑坡的稳定系数为1.1051，略高于175m库水位时的稳定系数，当降雨强度为50mm/d时，滑坡将处于极限平衡状态，逐渐产生蠕滑变形，同样随着降雨强度的增大，稳定系数不断下降，滑坡将整体失稳下滑。

图4 敏感性分析曲线（坝前175m水位）

图5 敏感性分析曲线（坝前145m水位）

上述分析表明，不同的库水位，对应着滑坡不同的降雨敏感性状况。但都有一个滑坡失稳的启动降雨强度值，当正常蓄水位175m时，启动降雨强度为20mm/d，当低水位145m时，启动降雨强度为50mm/d。因此，做好坡面和坡体的排水、截水与疏水措施，是预防大气降水引发滑坡灾害的重要措施。

5.结论与建议

（1）根据塘角2#滑坡B区对降雨的敏感性分析表明，当库区正常蓄水位175m时，该滑坡的启动降雨强度为20mm/d，当低水位145m运行时，启动降雨强度为50mm/d。滑坡的防治措施应注重降雨、库水位波动等诱发因素的影响。

（2）上述实例分析表明，大气降雨是散体介质滑坡稳定性最为敏感的影响因素。

（3）在地质条件与塘角2#滑坡类似的情况下，建议库区滑坡在175m正常蓄水位时预警预报的临界降水量为20mm/d，在145m低水位时预警预报的临界降水量为50m/d。

参考文献：

[1] 黄润秋， 许强， 戚国庆. 降雨及水库诱发滑坡的评价与预测. 北京： 科学科学出版社， 2009

[2] 何满潮，姚爱军，鹿粗等.边坡岩体水力学作用的研究.岩石力学与工程学报，第17卷，第6期，1998。

[3] 李媛， 杨旭东. 降雨诱发区域性滑坡预报预警方法研究[J]. 水文地质工程地质， 2006. 2： 101～107.

[4] 胡明鉴，汪稔，张平仓.斜坡稳定性及降雨条件下激发滑坡的试验研究.岩土工程学报，第23卷第4期，2001年7月

[5] 姚爱军，薛廷河著.复杂边坡稳定性评价方法与工程实践.北京：科学出版社，2008.1

作者简介：

吕大洋（1972—），贵州湄潭人，工程师，主要从事工程地质和环境地质工作。