三峡库区库水消落期某滑坡敏感性及动态稳定性分析

张思远

[摘要]消落期库区涉水滑坡的稳定性受滑带土自身物理力学性质、地下水位变化、坡体结构等多种因素影响，由库水位降低及降雨引起的地下水位变化是一个动态的过程，其对滑坡稳定性的影响较为显著。以三峡库区某涉水滑坡为例，将传递系数法与地下水浸润线计算公式相结合，对影响滑坡稳定性的各因素的敏感性以及滑坡的动态稳定性进行了计算分析。结果表明：敏感程度从高到低依次是内摩擦角、地下水、内聚力；滑坡的动态稳定性随着库水位的下降而降低，其变化速率呈现出先快后缓的特征；利用常规稳定性评价方法的结果偏低。因此，采用动态评价方法，充分考虑地下水位变化对滑坡稳定性的影响，对于库区涉水滑坡防治工程具有指导意义。

[关键词]涉水滑坡 库水位升降 地下水浸润线 降雨 动态稳定性 敏感性

[中图分类号] P642.22 [文献码] A [文章编号] 1000-405X（2015）-3-345-1

0引言

滑坡是目前山区最常见的地质灾害类型之一，其稳定性受多种因素影响，主要包括滑带土内摩擦角Φ、滑带土粘聚力c以及水的作用等。不同水库型滑坡，受内外地质作用的共同结果，对这些影响因素的敏感性也随之不同，寻求影响滑坡失稳的主要因素，对其稳定性计算与分析具有一定的指导意义，当前针对滑坡影响因素敏感性分析已有较多理论成果，如简化Bishop模型法，正交试验法、可靠度分析法等[2-4]。库水位降低及降雨造成的滑坡体地下水位的波动是动态变化的[1]，产生的动水压力以及地下水对滑带土物理力学性质的软化，使滑坡体的稳定性也随之不断的变化。而目前使用的库区滑坡稳定性评价方法仅考虑库水位升降或降雨引起的地下水位变化稳定后的情况，即采用静态的方法进行稳定性评价，忽略了中间过程，这样便使得稳定性评价结果同实际情况存在一定偏差，从而对防治工程的经济适用性和有效性产生影响[1]。因此，本文在三峡水库某涉水滑坡已有静态稳定性研究基础上，对该滑坡影响因素的敏感性以及在库水位降低及降雨作用下的动态稳定性作进一步探讨。

1滑坡概况

该滑坡为古滑坡堆积体在库水位作用下复活所致，平面形态呈抛物线型，分布高程110～205m，纵长310m，横宽510m，勘察钻孔揭露滑体厚度5.3～40.2m，平均厚度27～35m，面积9.2×104m2，体积225×104m3，主滑方向330°，与坡向基本一致。滑坡轴线剖面形态呈“大刀”形，后缘高5～8m，中前部20～40m，地形坡度10～25°，局部地形坡度在30°左右。

滑体主要由砂泥岩碎石、块石以及碎石质土、碎石夹土组成，中前部表层覆盖3～5m河流冲积粉细砂及粉砂土。滑带土由强风化泥岩经挤压破碎后形成的紫红色碎石质土及低液限粘土组成，后部厚0.2～0.3m，中前部厚0.5m左右，最厚达1.5m左右，该层自身物理力学性质低以及地下水的渗透软化，是决定滑坡稳定状况的主要软弱夹层。

2涉水滑坡敏感性分析

本文采用传递系数法，首先选择基准计算参数，并确定出基准条件下滑坡的稳定性系数Fs0，然后在此基础上假定其他参数不变，调整某一参数，计算出该参数在一定范围内变动时稳定系数随之变化的结果，最后根据上述稳定性计算结果得出敏感系数S。

2.1计算参数

2.2敏感性计算结果与分析

根据选取的基准条件和参数变化范围，分别对内聚力、内摩擦角、地下水位的敏感性进行计算分析。根据计算结果得出，滑坡稳定性对各参数的敏感性平均值分别为：内摩擦角50.9%、内聚力33.8%，地下水位40.4%。即表明对该滑坡稳定性影响因素有主到次依次是：滑带土的内摩擦角、地下水水位波动、粘聚力。

然而滑带土的物理力学性质又主要受地下水位的控制。地下水位对稳定性影响主要与水入渗后形成较高的地下水位，孔隙水压力增加，水入渗和外泄产生的动水压力，使得滑体内有效应力降低，以及水对滑带土的软化和水解作用直接降低滑动面的抗剪强度有关。

3滑坡动态稳定性分析

3.1库水位及降雨作用下浸润线求解方法

三峡库区库水位的调节并非是陡升陡降的，而是一个动态渐变的过程。根据三峡库区水位年调度原则，库水位由每年1～9月份从175m降至145m；而蓄水时间9～10月份约30天，时间相对较短，但库水位升降仍可按等速考虑[3]。库水位的动态变化以及降雨的作用，将会引起滑坡体内部地下水位的波动，产生动水压力以及造成滑坡体物理力学性质发生改变，因而引起滑坡的稳定性发生变化，这些变化也是随着地下水位的波动而动态发展的。为初始水头；为库水位等速升降速率（水位上升取正值，水位下降去负值）；t为水位变化持续时间；d为含水层平均厚度；k为渗透系数；μ为给水度；为计算点距离坐标原点的水平距离；W为降雨强度值（降雨取正值，蒸发取0）。

3.2计算工况

根据《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》、《湖北省三峡库区滑坡防治地质勘察与治理工程技术规定》和《水工建筑物抗震设计规范》，三峡库区位于Ⅵ度区，不考虑地震荷载，主要考虑库水位降低以及降雨条件下滑坡动态稳定性。计算时考虑的工况有如下两种：自重+库水位降低作用、自重+库水位降低作用+50年一遇暴雨。

3.3计算参数

计算参数按照室内外试验结果、工程地质类比法以及反演分析综合取值。另外，滑坡体含水层平均厚度经统计约为30m，50年一遇日最大降雨强度按照155.47mm/d考虑，水位升降速度按照1m/d考虑。

3.4动态稳定性评价结果与分析

动态稳定性系数主要按照传递系数法并结合浸润线简化计算公式，利用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自主开发的“滑坡治理方案计算机辅助设计系统“slopeCAD”进行计算，根据《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》，按照二级边坡评价，安全系数选取1.2。

根据消落区库水位日降幅1m/d的变动条件，对以上两种工况进行了动态稳定性系数的计算评价分析。根据稳定性系数随库水位波动及时间变化的情况，得出以下结论：

（1）不考虑库水位变动影响，滑坡处于天然工况下，该滑坡稳定性为1.809，处于稳定状态；如考虑库水作用，使滑坡处于坝前175m静水位+非汛期50年一遇暴雨工况下，其稳定性将有所降低，为1.509，总体上仍处于基本稳定状态。

（2）在库水位降低以及降雨的作用下，受滑体土自身渗透系数的影响，滑坡体内部地下水浸润线的变化在时间上呈现出滞后于库水位降低的趋势。

（3）考虑库水位动态变化，两种工况均指出：稳定性系数随着库水位的等速降低而降低，同时也呈现出非线性的特征，即随库水位等速下降，稳定性系数的降低速率由起初的快速下降变为趋于缓慢。但滑坡的稳定性系数在整个变化过程中，均低于1.2，安全储备不足，处于欠稳定状态。

（4）与目前常用的静态稳定性评价方法（即考虑为库水位升降及降雨引起的地下水位波动稳定后的情况）计算结果相对比可知：消落期库水位等速下降时，其稳定性常规方法低于动态稳定性评价结果，即说明常规方法偏于保守安全，动态稳定性评价方法更经济合理且符合实际，具体结果对比见表6。

（5）随着消落期库水位等速降低及降雨作用，滑坡体内部的地下水位始终处于一个波动变化过程中，这也使得该滑坡的稳定性也处于这样一个动态变化的过程，这也决定了其发生滑坡的可能性以及后期的危险性也处于一个动态变化过程中。因此，按照动态稳定性理论对库区涉水滑坡的稳定性进行评价，是必要、合理的。

4结论

笔者通过对三峡库区某涉水滑坡稳定性影响因素敏感性分析以及对该滑坡在库水位降低作用下的动态稳定性的探讨，得出以下结论：

（1）该滑坡稳定性主要受库水位变动、降雨引起的地下水位波动以及滑带土自身抗剪强度的影响，其中地下水位变化引起的动水压力以及对滑带土抗剪强度的减弱，是引起涉水滑坡稳定性变化的主要原因。

（2）对该涉水滑坡而言，库水位降低及降雨作用，将引起坡体内部地下水浸润线的波动，从而使得其稳定性和危险性处于动态变化过程之中。因此，根据动态稳定性的理论进行库区涉水滑坡稳定性评价更真实可靠。

（3）从该涉水滑坡静态（常规）与动态稳定性评价方法比较可知，常规方法的评价结果偏于保守安全，在考虑防治措施时，存在经济浪费以及处置不及时等问题；因此，采用动态稳定性评价方法来设计治理措施，更经济、及时有效。

参考文献

[1] 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（3）：6-9.

[2] 陈谦应.堤坡可靠性设计极限状态方程及参数敏感性分析[J].岩土力学，1995，16（3）：13-21.

[3] 倪恒，刘佑荣，等.正交设计在滑坡敏感性分析中的应用[J].岩石力学与工程学报，2002，21（7）：989-992.

[4] 夏元友熊海丰.边坡稳定性影响因素敏感性人工神经网络分析[J].岩石力学与工程学报，2004，23（16）：2703-2707.