三峡库区吴家院子滑坡稳定性分析与变化趋势预测

杨本科

【摘 要】随着三峡水库的正常运行，库水位每年将发生周期性变化，吴家院子滑坡的稳定状况将受其严重影响，严重威胁着库区内人民及游客生命财产安全。本文通过室内试验、工程地质类比及反演等方法，对岩土体物理力学参数进行综合取值，并对滑坡7种工况进行了稳定性计算和塌岸预测。研究结果表明，随着该滑坡前缘不断滑塌，其整体稳定性将进一步降低；当库水位在高位运行时，在外部不利因素如暴雨、人工加载及不合理的人类活动等诱发下，滑坡可能发生局部蠕滑变形，甚至产生整体失稳。吴家院子滑坡目前稳定性系数安全储备不高，在三峡水库库水位年度升降变化及暴雨条件下，滑坡将处于临界失稳状态，可能发生整体复活。最后根据滑坡成因和稳定性分析结果，为加固滑坡提出了合理的建议。

【关键词】三峡库区；吴家院子滑坡；稳定性；塌岸预测；渗透力Sarma法

0.引言

长江三峡库区地形条件、自然地质条件复杂，地质环境容量有限，暴雨、洪水频繁，是我国地质灾害的多发区和重灾区[1]。滑坡是山区的一种多发地质灾害类型，是全球三大地质灾害之一[2-4]。随着三峡水库的正常运行，库水位每年将发生周期性变化，吴家院子滑坡的稳定状况将受其严重影响。

本文充分分析了该滑坡的工程地质条件，以定性分析为主进行了参数选取，借助多种计算手段，着重研究吴家院子滑坡的稳定性，研究该滑坡特征及发展趋势，这对该区库岸滑坡灾害防治具有重要指导意义。

1.滑坡区工程地质概况

1.1地形地貌

吴家院子滑坡位于神农溪右岸斜坡上，斜坡坡顶高程约820m，斜坡前缘直抵河面，现水面高程约145m，相对高差约675m，斜坡结构类型为斜逆向坡，坡体表面陡缓相间呈折线形。斜坡前缘较陡，坡度一般25～45°，局部地段坡度达65°，中部稍缓，坡度约为20～30°，上部较陡，坡度约为30～40°。斜坡纵向发育4条冲沟，切割深度10～20m。

1.2地层岩性

根据前人资料及地表调查，滑坡区内主要出露三叠系中统巴东组第一、二、三段及各类不同成因的第四系地层，区内岩土体工程地质类型主要为第四系松散介质岩类、较坚硬～较软层状碎屑岩岩类及较坚硬～较软层状碳酸岩岩类。

1.3地质构造

滑坡区区域构造上地处川东褶皱束东段的奉节复向斜构造带，构造带呈东西向展布，次级背、向斜相间排列。滑坡区位于其间的黄家河向斜北翼，黄家河向斜总体延伸长度大于30km，轴向近东西，核部地层为三叠系中下统地层，岩性为较软岩，发育次级褶皱；距滑坡区较近的断裂主要有灯草池断裂，其位于吴家院子西侧约3km地带，走向呈近东西向，为压性兼反扭性断层，长7km，倾向南东，倾角65°。滑坡区岩层产状较稳定，总体为200～230°∠20～35°。

2.滑坡基本特征及成因分析

2.1滑坡基本特征

吴家院子滑坡位于神农溪右岸斜坡上，主滑方向80～90°，后缘高程560m左右，呈弧状，上部地形较平缓，坡度为25～30°，两侧以纵向发育的冲沟为界，滑坡前缘直抵河面，高程135m左右，前后缘高差约425m。滑坡平面形态呈箕形，前缘宽1000m，后缘宽550m，平均宽800m，纵长1030m，面积约0.82km2。根据钻探及物探资料，滑体厚度29.1～69.0m，平均厚度为48.0m，总体积约3950×104m3。

2.2滑坡成因分析

该滑坡是在上述配置有利的地质环境条件下，由软弱地层物质基础、斜坡岩体介质结构致滑效应及构造条件等内因与降雨及枯洪季节河流水位变化等外因共同作用的结果。根据吴家院子滑坡变形破坏发展史，结合地表调查和对当地居民的访问，认为影响该滑坡稳定的因素主要有以下几点：河流侵蚀作用、降雨、三峡水库蓄排水、不合理人类工程活动、地震效应。

3.滑坡稳定性评价

3.1模型与参数确定

3.1.1滑面确定

该滑坡滑面的确定，是依据钻孔确定滑带位置，结合探槽、地表工程地质测绘及物探等资料确定综合主滑面，并绘制纵向主勘探线工程地质剖面图，然后进行稳定性计算。

3.1.2计算条块划分

根据滑坡主滑方向及勘探剖面布置情况，本次选取A-A′主剖面作为本次滑坡稳定性计算剖面。根据岩土物理力学性质差异，结合地面坡形、主滑面位置及地下水位线等变化特点，将其划分为若干个条块。典型计算剖面及计算模型见图1、2所示。

3.1.3计算工况

根据《三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求》，确定该滑坡按以下七种工况进行稳定性计算：

①自重+地表荷载+现状水位（145m水位）。

②自重+地表荷载+156.1m水位+非汛期20年一遇暴雨（q枯）。

③自重+地表荷载+175m水位+非汛期20年一遇暴雨（q枯）。

④自重+地表荷载+145m水位+20年一遇暴雨（q全）。

⑤自重+地表荷载+156.1m水位+20年一遇暴雨（q全）。

⑥自重+地表荷载+162.1m水位+50年一遇暴雨（q全）。

⑦自重+地表荷载+水位从175m降至145m。

3.1.4计算参数确定

（1）滑体重度及抗剪强度。

该滑坡滑体物质成份主要为碎块石土，根据滑体室内试验重度平均值，确定滑体天然重度20.85kN/m3，饱和重度21.11kN/m3。滑体抗剪强度根据滑坡区地表同类岩土体自然稳定坡角，并参照邻区滑坡滑坡资料综合确定，其天然内聚力取16.0kPa，内摩擦角取25.0°。

（2）滑带抗剪强度。

该滑坡滑带物质成份主要为角砾土，其抗剪强度指标采用室内试验分析、反演分析及工程地质类比三种方法综合确定。

3.2计算方法选取

3.2.1滑坡稳定性计算方法

在计算该滑坡稳定性时，根据现场勘探及室内资料分析， 吴家院子滑坡的滑面为折线型，故滑坡稳定性定量分析，可在考虑动水压力的情况下，分别利用考虑渗透力的不平衡推力法[9]和考虑渗透力的Sarma法[10]进行稳定性计算。其中考虑渗透力的Sarma法作为校核计算方法。更详细的计算方法可参见相关文献。

3.2.2动水压力计算方法

这里采用南京大学陈强[11]的有关论述进行动水压力的计算，动水压力是指地下水在渗流过程中所施加于边坡岩块、裂隙或颗粒的力（ ），其大小等于渗流水体的体积（D）、水的容重（V）和水力梯度（γW）的乘积，即公式：D=VγWI。

3.3稳定性计算结果及评价

3.3.1计算数据

首先在各种工况计算剖面图上按坡型、滑面产状及地下水位线将各滑体划分成若干垂直条块，然后从Cad中采集各种工况下的各条块分界处的地形、滑面、水位高程数据。

3.3.2计算结果

根据上文提到的滑坡稳定性的两种计算公式，稳定性计算结果见表1。

3.3.3稳定性评价

滑坡稳定性计算表明：库水位在低位（145m）运行时，在现状及暴雨影响下（工况1、工况4），K=1.14～1.22，大于1.15或接近1.15，滑坡整体均处于稳定状态；库水位在高位（156m、162m及175m）运行时，在暴雨影响下（工况2、工况5、工况6、工况3），K=1.04～1.09，处于1.05左右，滑坡整体处于较稳定～临界失稳状态；库水位在175→145m变化过程中，若不受暴雨影响（工况7），K=1.16，大于1.15，滑坡整体稳定。库水位162m+暴雨条件（工况6），为该滑坡稳定性最差的工况组合。

3.3.4塌岸预测

吴家院子滑坡滑体物质主要为碎块石土，碎块石成份与下伏基岩基本一致，主要为三叠系中统巴东组砂泥岩。三峡水库蓄水后，滑坡范围内库岸长810m，多属土质库岸，但滑坡区岸坡属于下缓上陡型，库岸再造问题不甚突出。塌岸预测方法采用卡丘金图解计算法。

根据滑坡区地表稳定斜坡坡角调查，并参照邻区类似岩土体水上、水下坡角稳定值，综合确定该滑坡塌岸预测选用的土体稳定坡角为：水下坡角16°，水上坡角25°；斜逆向泥质粉砂岩岩质岸坡稳定坡角为：水下坡角25°，水上坡角32°。

4.结论

通过室内试验、工程地质类比及反演等方法，对岩土体物理力学参数进行综合取值，并对滑坡7种工况进行了稳定性计算，评价吴家院子滑坡在三峡库水位年复一年的升降变化过程中，滑坡区库岸将不可避免的产生一定规模的塌岸，随着滑坡前缘不断滑塌，滑坡整体稳定性将进一步降低；当库水位在高位运行时，在外部不利因素（暴雨、人工加载及不合理的人类活动等）诱发下，滑坡可能发生局部蠕滑变形，甚至产生整体失稳。吴家院子滑坡目前稳定性系数安全储备不高，在三峡水库库水位年度升降变化及暴雨条件下，滑坡将处于临界失稳状态，可能发生整体复活。

根据吴家院子滑坡的实际条件，提出如下合理建议：

（1）吴家院子滑坡失稳的危害性巨大，建议对该滑坡进行长期安全监测，并辅以必要的防治工程措施。防治工程目标原则建议：预防为主，防治结合；长期安全监测为主，工程措施为辅；工程措施以水土保持工程为主，排水工程为辅。

（2）推荐采用为排水沟植被防护等综合措施，可在滑坡两侧布置两条纵向排水沟，排水沟可充分利用现有天然冲沟，在滑坡后缘及中前部横向布置两条横向排水沟，使其与纵向排水沟相接，排水沟尺寸要足以保证在暴雨情况下滑坡区地表水能正常排泄。在滑坡区进行退耕还林工作，减少人类种植活动，以减少区内地表水入渗，减缓区内水土流失。

（3）建议对滑坡整体建立地表位移监测和主纵向剖面进行深部位移监测及地下水动态观测；并将仪器监测与地表巡视监测资料进行综合分析。

【参考文献】

[1]吴亚子，傅荣华，王小群.三峡库区奉节县某滑坡特征和稳定性分析[J].水土保持研究，2005，（01）：125-128.

[2]AleotiP，Chowdhury R.Landslide hazard assessment：summary review and new perspectives[J].Bull Env，1999，58（1）：21-24.

[3]AraiK，Tagyo K.Determination of noncircular slip surfaces giving the minimum factor of safety in slope stability analysis[J].Soils and Foundations，1985，25（1）：43-51.

[4]梁学战，唐红梅.三峡库区及邻近地区滑坡发育宏观地学背景分析[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2009，（01）：100-104.