基于geo-slope对梨园电站库区草可都滑坡体稳定性研究

基于geo-slope对梨园电站库区草可都滑坡体稳定性研究

主要研究地质工程。

蔡旭宇1，2

(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； 2.环境与土木工程学院，成都 610059)

摘要：梨园电站蓄水之前，库区范围内的草可都滑坡体后缘已经开始出现裂缝。滑坡前缘地形较陡，坡角在70°左右，坡体局部已经发生了变形和垮塌。为研究梨园电站蓄水后在库水位变动条件下草可都滑坡体的稳定性，运用geo-seep/slope有限元软件模拟了滑坡内部的渗流情况，得出在不同库水位情况下该滑坡体的稳定性系数。结果显示，在库水位上升过程中，其稳定性有上升的趋势，在下降过程中有下降的趋势，最容易出现破坏的区域位于滑坡体前缘。

关键词：金沙江；滑坡体；库水位变化；geo-seep/slope模拟

0引言

我国是滑坡地质灾害发生较为频繁的国家，尤其是我国西南地区，新构造隆升形成的陡峭地貌形态为滑坡发育提供了客观条件。金沙江下游位于青藏高原、云贵高原，流经四川盆地过渡的横断山脉，流域内的新构造活动强烈，河谷深切，河岸的地形起伏很大[1]，是高频、大型斜坡地质灾害发生的主要场所。到目前为止，我国先后在金沙江下游上建设了乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝水等大型水电站，一些中小型水电站也在大量建设和使用中。电站的蓄水与排水，必然引起滑坡体地下水渗流状态发生改变，有可能对库区内的滑坡体(含潜在滑坡体)的稳定产生不良影响。因此，研究库水位周期性波动下滑坡体的稳定性具有实际的意义[2]。本文以草可都滑坡体为例，用geo-seep/slope软件对滑坡区进行模拟，了解不同库水位条件下滑坡体的稳定性和发展趋势。

1滑坡概况

草可都滑坡体位于云南省丽江市玉龙县宝山乡金沙江右岸坝址上游约28 km处，居民点主要分布在高程1 700～1 740 m的滑坡体缓坡台地之上。该滑坡体为堆积体活动滑坡，分布高程1 550～1 800 m，顺江方向长度约360 m，横河方向宽约558 m，滑坡堆积体体积大于5.77×106m3；滑坡体整体呈一台地地形，前缘地形坡度约50°～70°，中后部约10°～30°；滑坡后缘地貌呈圈椅状，滑坡体两侧发育小冲沟，局部有下降泉出露；前缘发育宽约0.6 m，深1.5 m的鼓胀裂缝，后缘滑动位移约2 m。滑坡体物质主要由冰碛层、残坡积层、崩积层的混合碎石质粉土、黏土及碎块石土组成，厚15～50 m。前缘上游侧局部基岩出露，下伏基岩为二迭系东坝组(P2d)玄武岩，呈弱风化状，流层面产状为N30°～45°W，NE∠35°～45°。图1为该滑坡的全貌。

图1　草可都滑坡全貌图

2滑坡成因机制分析

草可都滑坡滑体属以物质混合型堆积体为主的滑体，其主要堆积体物质为冰碛物，渗透性很大，胶结性较好，厚度约10～50 m左右。前缘受到金沙江急流的侵蚀，形成坡度为70°左右的地形。钻孔资料证实，其下部基岩风化带完整。滑坡由于自身的“脚重头轻”和自身较好的胶结为整体产生临空方向的下滑提供了条件，使得滑动后后缘出现拉裂。在遇强降雨时，渗透性较大的滑体为地下水的渗流提供有利的场所，渗流过程中产生的动水压力进一步使得滑带力学性质恶化，进而使滑坡后缘变形拉裂缝不断增加，直至滑坡大距离整体滑动。滑坡前缘则由于长期受到江水的冲刷侧蚀而发生垮塌变形。

3稳定性分析

3.1定性分析

在枯水期，监测资料显示滑坡后缘已有2 m左右的位移，此时滑坡的整体稳定性就较差。滑坡前缘也有小块垮塌，说明该滑体在未受地表水和地下水的影响下就处于缓滑或处于临界的极限平衡状态，在其稳定性边界条件改变时，有可能发生失稳。

3.2计算的限定条件、参数、工况

用geo-seep/slope计算该边坡稳定性。采用摩尔—库伦法计算边坡的稳定性系数。地下水位线依勘查资料确定。

据勘查资料，选适当剖面做简化处理后作为模型计算剖面。根据梨园电站水库水位调度情况，分别选取高程1 605 m、1 618 m、1 623 m 3个水位为代表水位，计算不同库水位条件下滑坡体的稳定性系数。岩土体参数受多种因素制约，模型在选取参数时，除依据室内实验值外，还根据滑坡所处地质环境，通过工程地质类比、反演等方法确定滑坡岩土体参数值。各相关参数取值见表1。

表1　模型选用的岩土参数

3.3模型计算

根据现场勘查结果将模型建为6块(如图2)，分别为滑体、滑床基岩的全风化带、强风化带、弱风化带、微新风化带以及靠江处的冲积层。对应相关的参数进行取值和赋值，库水按照1 605 m-1 618 m-1 623 m-1 618 m-1 605 m-1 618 m以1 m/d的速度运行。另外，考虑降大暴雨的工况，其中库水位分别在不同的时段停留相应的天数。模拟得出其不同库水位条件下的稳定性系数图。滑坡模型如图2所示。

图2　滑坡模型

根据库水位的变动得出滑坡的整体稳定性和局部稳定性随库水位变化的图，如图3～4。

图3　滑坡的整体稳定性系数随库水位变化图

图4　滑坡的局部稳定性随库水位变化图

模拟得出在降雨工况和未降雨工况下的最小稳定性系数，见表2，如图5～6。

表2　最小稳定性系数

图5　滑坡整体最不利工况

图6　滑坡局部最不利工况

3.4计算结果分析

库水位对斜坡稳定性的影响较大。随着库水位的变化，草可都堆积体稳定性变化趋势大致表现为：库水位下降期，斜坡稳定性降低，该阶段主要是由于库水位下降时滑坡体内与库水位之间产生的水头差而引起的动水压力对滑坡的稳定不利；库水位稳态期1 605 m与1 618 m时，斜坡稳定性基本保持不变或有所下降；水位上升期，斜坡稳定性增加，该阶段主要是由于库水位上升时，对斜坡产生一个反向于下滑方向的扬压力。在整个库水位升降过程中，草可都堆积体整体处于基本稳定性状态，局部最危险滑动面均位于斜坡前缘临江位置，处于潜在不稳定状态。库水位不断地循环，在库水位下降时产生较大的渗流力，此时的稳定性系数最低，出现在库水位下降过程中的1 605 m。

降雨工况下，对斜坡稳定性有一定影响。模拟结果表明，降雨对滑坡的整体稳定性影响较小，对局部稳定性影响较大。在降雨3天工况下滑坡的整体稳性系数下降，最大的由1.155降至1.140，而局部稳定性系数在3 d的降雨工况下下降最大的是由1.100降至1.065。

4结论

geo-seep/slope有限元软件模拟了草可都滑坡内部的渗流情况可以得出如下结论：

1)库水位的变动改变着滑坡体内渗流场的变化，从而导致不同库水位下的稳定性系数不同。

2)在库水位下降过程中，滑坡体内产生的渗流力加大了滑坡临空方向的下滑力，库水位上升过程中产生反方向的扬压力，增加了抗滑力。所以在库水位循环中库水位下降至1 605 m时整体稳定性最低，上升至1 623 m时整体稳定性最高。

3)由于滑坡的胶结性较好，降雨对滑坡的整体稳定性影响较小，对局部的稳定性影响较大，局部前缘由于长期受到库水位变动的影响，极易产生垮塌。

参考文献

[1] 王治华.金沙江下游的滑坡和泥石流[J].地理学报，1999(2)：142-149.

[2] 罗红明，唐辉明，章广成，等.库水位涨落对库岸滑坡稳定性的影响[J].中国地质大学学报，2008，33(5)：687-692.

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2015.02.026

收稿日期：2015-04-14

作者简介：蔡旭宇(1992-)，男(苗族)，贵州思南，硕士

中图分类号：P642.2

文献标志码：A

文章编号：1009-8984(2015)02-0099-03

The research on stability of Caokedu landside body in Liyuan reservoir based on geo-slope

CAI Xu-yu

(StateKeyLaboratoryofGeologicalHazardPreventionandGeoenvironmentProtection，

ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China)

Abstract：The trailing edge of Caokedu landside had been cracked before reservoir filling in Liyuan reservoir，and steep terrain had been appeared in leading edge by the steep topography about 70°，with some deformation and collapse in some parts.The geo-seep/slope finite element software has been used to simulate the seep in landslide，which gets the stability coefficients in different reservoir water level heights.The results show that the stability increases during the reservoir water level height increasing，while the stability decreases during the height decreasing.The damaged part most happened in the leading edge.

Key words：Jinsha river；landslide body；reservoir water level change；geo-seep/slope simulation