库水位升降对李家坡滑坡稳定性的影响

刘天宇，杨建辉，杨 强，薛兴桥，邓 兵

(1.四川省冶金地质勘查局水文工程大队，四川郫县 611730;2.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定 071051)

根据防洪、抗旱、发电的需要，三峡库区库水位在145～175 m之间频繁波动，形成了变幅30 m的消落带，在一定程度上改变了原有地质环境的平衡状态，加之库区地理条件特殊、环境相对复杂、降雨量较大，加剧了滑坡等地质灾害的发生，使三峡库区成为地质灾害重灾区［1－3］。滑坡体水动力学条件改变是导致水库型滑坡发生的根本原因［4－6］，而滑坡体水动力学条件改变与库水位升降引起滑坡体渗流场变化密切相关，蓄水过程中引发的多起滑坡地质灾害就证实了这一点。目前关于库水位升降对滑坡稳定性影响的研究相对较少，已有的成果多是采用定性描述及简单的极限平衡法进行计算，没有充分考虑地下水渗流场对滑坡稳定的影响［7－9］，计算结果人为因素影响较大。因此，采集更加准确的数据，建立相对细致的地质模型，应用长时间的实时监测数据作为模型校正依据，才能从整体上保证模拟结果的准确性。

选择三峡库区李家坡滑坡作为研究对象，采用地学模拟软件GeoStudio中的SEEP模块和SLOPE模块建立相应模型，选用长时间实时监测数据对模型进行校正，并用校正好的模型模拟库水位以不同速率升降对滑坡稳定性的影响。

1 李家坡滑坡概况

李家坡滑坡位于大宁河左岸，下部为龙水移民新村库岸，滑坡体长度约350 m，宽度约400 m，平均厚度约15 m，剪出口高程约150 m，体积约210万m3。滑坡区基岩大面积出露，巴东组第一段(T12b)灰黄色粉—微晶泥质灰岩、泥灰岩，内陆湖相—泻湖相碎屑岩和碳酸盐岩沉积，总厚度50～100 m，强风化层较厚;第四系残坡积(Qel+dl)块碎石、块碎石黏土、岩屑碎石土夹碎块石零星分布，上部结构较松散—稍密，下部结构中密，碎石、块石成分主要为灰岩、泥灰岩、泥岩，一般呈次棱角状及棱角状，碎石大小为5～20 cm，块石大小为0.3～1.5 m，与强风化岩层呈过渡接触。滑坡滑动带为泥灰岩强风化和弱风化接触带，与岸坡呈顺层斜交，倾向345°，倾角35°～42°。岸坡坡角较陡，强风化层较厚，在水库蓄水上升过程中库岸再造强烈。

2 库水位升降对滑坡稳定性影响模拟

2.1 计算流程

选用地学软件GeoStudio中的SEEP、SLOPE模块进行渗流场模拟和滑坡稳定性分析。根据勘探、试验、调查、监测等资料，用SEEP模块建立SEEP模型，用滑坡下部滑带部位实时监测的水分含量和孔隙水压力数据校正该模型，监测数据时长为库水位的1个升降周期，对不同工况进行渗流场模拟;再将校正后的SEEP模型代入到SLOPE模块中模拟库水位以不同速度升降对滑坡稳定的影响，分析不同工况下滑坡稳定性的主要影响因素。SEEP模型基本参数见表1，SEEP模型校正模拟与实时监测数据对比见图1、2。

从图1、2可以看出，模拟结果和实时监测数据无论从总体趋势还是各个时间点，总体吻合较好，说明建立的SEEP模型较接近真实状况，模拟结果可靠，代入SLOPE模型后进行稳定性分析能较好地反映各个工况下滑坡稳定性变化。

表1 SEEP模型基本参数

2.2 库水位真实升降过程滑坡稳定性计算

计算库水位1个升降周期内自然升降状态下145、150、155、160、165、175 m 库水位标高对应的滑坡稳定性系数，计算结果见图3，滑坡中下部两个深部位移监测数据见图4。

图3 不同库水位滑坡稳定性系数

水库型滑坡稳定性主要受动水压力、静水压力、浮托力、岩土体物理参数(岩土体内聚力c、内摩擦角φ)改变共同影响。从图3可以看出，在库水位自然升降过程中滑坡稳定性系数变化趋势是先减小后增大，稳定性的变化主要是看哪个影响因素占主导地位。库水位真实升降过程中滑坡稳定性系数均大于1.15，说明该滑坡体总体处于稳定状态。从图4监测数据可以看出，整个库水位升降过程中滑坡下部滑带部位(EL_LJP_1)最大位移为66 mm，整体位移量相对较小，滑坡处于匀速变形阶段，滑坡基本稳定，这与模型计算结果较为一致，说明所建模型较适用。

图4 滑坡体下部滑带部位移监测数据

2.3 库水位升降对滑坡稳定性影响模拟

库水位升降速率是水库型滑坡地质灾害发生的关键影响因素。模拟库水位以不同速率升降对滑坡稳定性的影响，找出不同库水位、不同升降速率工况下滑坡稳定性的主要影响因素，对于研究水库型滑坡成灾机理和成灾模式等具有重要意义。稳定性模拟工况见表2。

表2 稳定性模拟工况

工况1条件下库水位以不同速率上升时滑坡稳定性系数变化见图5，工况2条件下库水位以不同速率下降时滑坡稳定性系数变化见图6，稳定性变化规律见表3。

图5 145 m标高开始上升时稳定性系数

图6 175 m标高开始下降时稳定性系数

表3 145/175 m水位标高下不同速率升降过程中稳定性系数

由图5知，在库水位从145 m开始上升的过程中，上升速率大于1 m/d时，滑坡稳定性系数变化趋势是先快速增大到极值，再缓慢减小直至逐渐稳定;上升速率小于1 m/d时，滑坡稳定性系数的变化趋势是先减小，再缓慢增大直至逐渐稳定。库水位上升速率大于1 m/d时，开始阶段库水的静水压力对滑坡稳定性起主导作用，稳定性系数持续增大，随着库水的入渗，在浮托力增大的同时，滑带部位岩土体的物理力学参数(c、φ值)逐渐减小，滑坡稳定性系数逐渐降低，并慢慢达到稳定状态。库水位上升速率小于1 m/d时，开始阶段浮托力及c、φ值改变对滑坡稳定性的作用大于静水压力，滑坡稳定性系数持续减小，随着库水位的上升，静水压力的作用逐渐增加，滑坡稳定性系数也逐渐增大直至稳定状态。由表3知，上升速率越大，达到稳定性极值的时间越短，至稳定状态的时间越长，反之亦然，稳定性系数最终变化值比初始状态增大0.04左右。在库水位上升过程中，滑坡整体处于稳定状态。

由图6知，在库水位从175 m下降的过程中，滑坡稳定性变化趋势均为先减小至极值，再缓慢增大至稳定状态。库水位下降时，初始阶段库水的静水压力对滑坡稳定性起主导作用，随着静水压力逐渐减小、局部动水压力增大，稳定性持续减小到极值;达到极值后，随着库水的疏干，滑带部位岩土体的物理力学参数(c、φ值)逐渐增大，c、φ值增大对滑坡稳定性的作用开始大于静水压力和动水压力，滑坡稳定性系数逐渐增大直至达到稳定状态。由表3知，下降速度越大达到稳定性极值(最小值)的时间就越短，其中下降速率大于1 m/d时，增大至稳定状态的时间相差不大，在45 d左右，稳定性系数比初始状态减小0.005左右。库水位下降过程中，滑坡整体处于基本稳定—稳定状态。

3 结语

李家坡滑坡属典型的水库型滑坡，库水位升降对滑坡稳定性的影响受动水压力、静水压力、浮托力、岩土体物理力学性质(c、φ值)改变等多种因素影响，是个相对复杂的过程，稳定性变化主要是看哪种影响因素占主导地位。

(1)李家坡滑坡在库水位正常自然升降过程中滑坡稳定性系数均表现为先减小后增大的趋势，升降过程中滑坡稳定性系数均大于1.15，滑坡总体处于稳定状态。

(2)库水位以不同速率上升的过程中，上升速率越大，库水位上升对滑坡稳定性影响越大，上升到175 m前，库水的静水压力对滑坡稳定性起主导作用，稳定性系数持续增大到极值，达到极值后浮托力逐渐增大，c、φ值逐渐减小，稳定性系数也随之逐渐减小直至达到相对稳定状态。

(3)库水位以不同速率下降的过程中，下降速率越大，库水位下降对滑坡稳定性影响越大，初始阶段库水的静水压力、动水压力起主要作用，稳定性减小到极值后，c、φ值增大，岩土体物理力学性质变化开始起主要作用，稳定性系数逐渐增大直至达到稳定状态。

(4)在库水位升降过程中，李家坡滑坡体始终处于基本稳定—稳定状态;上升过程中上升速率越大达到最大稳定性的时间越短，减小到稳定状态的时间越长，上升速率大于1 m/d时最终稳定性系数比初始状态增大0.04左右;下降过程中下降速率越快到达最差稳定性的时间越短，下降速率大于1 m/d时下降达到稳定状态的时间相差不大，在45 d左右，最终稳定性系数比初始状态减小0.05左右。

［1］曾刚.库水升降作用下水库库岸滑坡稳定性分析［J］.三峡大学学报:自然科学版，2011，33(4):15 －18.

［2］肖学沛，李天斌，张志龙.三峡水库区严家坡滑坡成因分析及稳定性评价［J］.中国地质灾害与防治学报，2005，16(1):39－43.

［3］连志鹏，谭建民，闫举生，等.库水位变化与降雨作用下库岸斜坡稳定性分析［J］.安全与环境工程，2011，18(2):14－22.

［4］薛星桥，张俊义，金袅豪，等.三峡库区淌里滑坡变形特征及影响因素分析［J］.中国水土保持，2010(6):47－49.

［5］易庆林，易武，尚敏.三峡库区某滑坡变形影响因素分析［J］.中国水土保持，2009(7):32 －34.

［6］周彬，朱晓强，杨达源.长江三峡水库库岸消落带地质灾害防治研究［J］.中国水土保持，2007(11):43－45.

［7］吴争光.库水位变化对库岸边坡稳定性影响研究［J］.灾害与防治工程，2009(1):1－6.

［8］朱冬林，任光明，聂德新，等.库水位变化下对水库滑坡稳定性影响的预测［J］.水文地质工程地质，2002，29(3):6－9.

［9］刘才华，陈从新，冯夏庭.库水位上升诱发边坡失稳机理研究［J］.岩土力学，2005，26(5):769 －773.