库水位上升条件下滑坡浮托效应影响因素研究

张明玉 杜常见 文 凯 门梦飞

(1.三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北 宜昌 443002；2.三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北 宜昌 443002； 3.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002)



·岩土工程·地基基础·

库水位上升条件下滑坡浮托效应影响因素研究

张明玉1,2,3杜常见1,2,3文 凯1,2,3门梦飞1,3

(1.三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北 宜昌 443002；2.三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北 宜昌 443002； 3.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002)

以三峡库区涉水浮托减重滑坡为原型，利用有限元软件Geo-studio，定量分析了库水位上升速率、渗透系数、岩土体重度、坡度对滑坡浮托力的影响,得出了一些结论，为滑坡的治理提供了依据。

三峡库区，滑坡，浮托力，渗透系数，坡度

作为地质灾害多发区，三峡库区自2003年三峡大坝蓄水以来，原有的滑坡、崩塌以及岸坡的稳定性都受到影响[1]。滑坡稳定性受多种内外因素的综合影响，如滑坡的形态、滑坡岩土体的物理力学特性、地震力、地下水和地表水作用等[2]。王世梅等针对浮托减重型滑坡，运用自主研制的滑坡模型试验系统，建立浮托减重型滑坡模型进行库水升降试验[3]；通过对谭家河滑坡的数值模拟计算，得到了不同库水位升降速率与坡体地下水位和稳定性之间的规律，对研究浮托减重型滑坡有一定的参考价值[4]。宋琨等以三峡库区黄荆树滑坡为例分析库水位变化时4种不同渗透性滑坡的渗流场特征，同时以库水影响系数α和稳定性变化率为评价指标，总结出在滑体渗透性和库水变动条件下的滑坡稳定性变化规律[5]。肖诗荣经试验表明，水库蓄水引起的浮托力作用仅使千将坪滑坡产生蠕滑变形，滑带被水浸泡弱化强度降低是滑坡真正的致滑原因[6]。

热敏腧穴是近年来新发现的一类对艾热高度敏化的疾病反应点[6] 。人体腧穴存在静息态与敏化态两种状态，敏化态的腧穴对外界相关刺激呈现“小刺激大反应”，热敏化腧穴是灸疗的最佳选穴[7] 。热敏灸疗法主要是通过激发人体经气的感传，使得气至病所，从而提高其临床疗效的一种新型艾灸疗法[8] ，具有行气止痛，通经活络，扶正驱邪，调整阴阳的作用。

本文以三峡库区浮托减重型滑坡为原型，构建地质模型，以库水位上升速率、渗透性系数、岩土体重度、坡度四个因素来研究浮托减重型滑坡浮托力变化规律。

1 滑坡地质模型建立

1.1 地质模型

本文以库区涉水浮托型岩质滑坡为原型，建立了滑坡稳定性分析的地质模型，模型高300 m，长550 m，滑坡坡度20°，滑面近似呈圆弧形。模型由三部分组成，分别为第四系滑体，滑带及滑床基岩，为提高计算精度，将网格模型剖分为3 486个节点，3 384个计算单元。滑坡涉水部位水位变幅为145 m～175 m(见图1)。

库水位变化速率不同、不同渗透性滑坡的渗流场特征不同[5]；在库水位上升条件的耦合作用下，渗透性系数大小直接影响滑坡体内水位和库水位的水位差，对指向滑坡的渗压影响也不同，对浮托力影响也不同。

为了解库水位上升对浮托型滑坡浮托力和稳定性的影响，库水位上升速率分别取0.6 m/d，0.8 m/d，1.0 m/d，1.2 m/d，1.5 m/d，2.0 m/d六种工况。

1.3 滑坡物理力学参数

依据库区相关滑坡试验数据的收集、类比与反算分析，计算采用的参数值见表1。

表1 滑坡模型计算参数

2 影响浮托力因素分析

2.1 库水位上升速率

岩土体重度主要是影响滑体的下滑力，在浮托力一定的前提下，滑体下滑力越大，浮托效应对滑坡稳定性的贡献越小，越不利于滑坡稳定。

库水位上升速率模拟以145 m稳态模型为基础，在坡面增加库水位上升的渗流边界，以构成库水位上升的瞬态模型，程序运行时，自动处理库水位上升速率和浸润线的变化。由于不同的库水位上升速率对滑坡的浮托力的影响是不同的，最终通过滑坡稳定性系数的对比来分析浮托效应的影响。

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2.2 渗透性系数

2.3 岩土体重度

式中：Dms、Dfw、Drh、Dgp、Dshw和Drhw分别为主蒸汽、给水、热再热蒸汽、高压缸排汽、过热器减温水和再热器减温水的流量，t/h；hms、hfw、hrh、hgp、hshw和hrhw分别为主蒸汽、给水、热再热蒸汽、高压缸排汽、过热器减温水和再热器减温水的焓值，kJ/kg。

1.2 计算工况

为说明渗透性系数在库水位上升条件下对滑坡浮托力的影响，从定量的角度，仅改变滑体的渗透性系数。从图5可以得出，随着渗透性系数的增大，滑坡稳定性降幅逐渐增大，渗透系数1.0 m/d相对稳定性降幅最小；且在库水上升至滑坡前缘初期，各渗透性系数大小对滑坡稳定性的变化不明显，库水位上升速率大小对滑坡稳定性影响较小；随着库水位的上升，滑坡淹没体积逐渐增大，由静水压力产生的浮托力也逐渐增大，随着渗透性系数增大，指向滑坡体内的渗压逐步减小[7]，即浮托力向上的分力减小，滑坡的稳定性降低；在175 m高水位，当库水位速率小于1.2 m/d时，各渗透性系数对滑坡体稳定性降低幅度基本相同，浮托力影响不大(见图6)；当库水位速率大于1.5 m/d时，渗透性系数越小，浮托力明显，滑坡稳定性降低幅度越小。库水位上升过程中，浮托力变化与渗透性大小关系密切。

(7)受PEA的影响(选装，视市场而定)，PEA利用导航系统的线路数据，在同样是选装的自适应巡航控制系统的共同作用下，在车速调节装置激活状态下，PEA能够根据情况激活怠速模式；

“让我说什么好呢，这个喜欢不断地分手的男人，爱上了一个跟他如出一辙的女人，这次轮到S被别人抛弃了——他以前一次次抛弃别人，仿佛就是为了让他品尝这种滋味。”

库水位上升速率如图2所示，匀速上升至175 m，再保持10 d高水位，设置原因为滑坡体内水位与库水位的上升有一定的迟滞性，当到达175 m水位后，滑坡淹没体积是一定的，所受浮托力一定，此时保持175 m水位，减弱库水位对浮托力的影响。不同库水位上升速率的滑坡稳定性系数如图3所示，滑坡稳定性总体呈下降趋势，且随着库水位上升速率的增大，稳定性系数逐渐减小，减小总趋势近似一次函数关系；从滑坡稳定性降低幅度上看，库水上升速率越小，稳定性系数减小幅度越大。研究表明：1)随着库水位上升，涉水滑坡坡面的坡体淹没体积逐渐增大，坡体静水压力向上分力虽抵消部分下滑力，岩土体受库水浸泡，土体软化，抗剪强度降低，抗滑力下降，且抗剪强度降低影响大于浮托力的影响，滑坡稳定性呈降低趋势。2)库水位的速率越大，当淹没滑坡160 m前缘后，滑坡体内水位和库水位的迟滞性越加明显，且淹没坡体的速度逐渐增大，由静水压力产生的浮托力也相应增大;库水位上升至175 m水位时，滑坡稳定性随着库水位上升速率的增大而相对较大，且滑坡稳定性的总体降低幅度也越小。同时10 d的175 m高水位边界条件，随着库水位上升速率增大，10 d的滑坡稳定性降幅也增大，主要原因是库水位上升速率越大，滑体内水位迟滞越明显，当库水淹没175 m时，库水会渗入浸润线以上的滑体，导致下滑力增大,在175 m水位的稳定性降低越大(见图4)。总体上，增大库水位上升速率，浮托力增大，有利于浮托型滑坡的稳定性。

同种种子在相同温度下用液体冷却介质处理不同时间后，其发芽率有显著区别。以-15℃处理为例，处理1.5 d的X1，F6，H1，H4和K17种子4 d的平均发芽率最高，处理6 d的S10和K16种子4 d的平均发芽率明显高于其他处理时间（见图3）。在-15℃下处理不同时间的7 d平均发芽率可以看出，除S23和K17外，其余6种玉米种子经液体冷却介质处理后，7 d的平均发芽率最高且均接近100%（见图 4）。

为分析岩土体重度与滑坡浮托力的关系，在同一库水位上升速率，取滑体岩土体重度从16 kN/m3,18 kN/m3，20 kN/m3，28 kN/m3依次得出其滑坡稳定性系数。研究表明，随着库水位上升速率的增大，同一岩土体重度的滑坡稳定性增幅逐渐增大。在库水位速率为0.6 m/d(见图7)，岩土体重度为16 kN/m3滑坡稳定性最大，且随着岩土体重度增大，相邻重度间的稳定性降低幅度由大到小(见图8)；10 d 175 m高水位时滑坡稳定性降低幅度也近似呈等平行降低。分析其原因，随着库水位淹没滑体体积增大，浮托力逐步增大，在同一库水位，浮托力所产生的向上分力一定；岩土体重度的不同，重度越大，下滑力越大，浮托力所能抵消的下滑力是一定的，岩土体重度越大的滑坡稳定性越低，且稳定性曲线近似呈平行下降。

2.4 坡度

“广灵式”铁矿产于下寒武纪沉积地层中。主要分布在望狐、羊投崖、麻峪口及尧峪等地。如广灵县望狐铁矿[17]。产于震旦系侵蚀面上，下寒武统馒头～毛庄组底部砾岩间夹的含铁砂岩中。矿体规模及铁矿质量与砾岩层的厚度成正比，即砾岩厚的地段，则含铁砂岩亦厚，相应矿体规模亦大，矿石质量亦好；反之则差。矿体往往是断续的，呈饼状、透镜状。矿石金属矿物主要为赤铁矿，次为镜铁矿、褐铁矿、锆石，非金属矿物有石英、粘土、燧石等。矿石结构为斑状结构，块状构造。矿石自然类型为赤铁矿型。

坡度对浮托型滑坡稳定性的影响主要表现在下滑力与淹没滑体体积之间所产生的浮托力的关系，也是影响滑坡稳定性的关键因素之一。

为了说明坡度与滑坡浮托力的关系，选取坡度为10°，15°，20°，25°，30°，35°，构建坡度的渗流模型。研究表明，坡度对浮托力的影响主要表现在库水淹没滑体体积大小，淹没体积越大，浮托力越大。随坡度增大，滑坡稳定性的影响越明显，滑坡由稳定逐渐向不稳定发展，且影响幅度逐渐由大变小；当坡度小于25°时，滑坡处于基本稳定状态；当滑坡大于25°时，滑坡稳定性急剧下降，骤变为不稳定状态。分析原因是随着坡度的增大，滑坡下滑力随之增大，影响抗滑力的因素一方面是滑坡前缘岩土体受库水浸泡的抗剪强度的骤减，另一方面同一库水位上升速率，同一库水位高度，淹没体积越小，浮托力越小。在滑坡坡度小于25°，向内渗压所产生的阻滑分力大于岩土体抗剪强度降低对滑坡稳定性的影响，且同时坡度较小，滑坡下滑力较低；浮托力对滑坡稳定性的贡献大于土体抗剪强度降低的影响，有利于滑坡的稳定；当坡度大于25°，则相反(见图9)。

3 结语

库水位上升是影响浮托减重型滑坡稳定性的重要因素之一，本文通过数值模拟和理论分析方法得到以下结论:

1)库水位上升主要是影响浮托型滑坡的浮托力及向内渗压。增大库水位上升速率，浮托力亦增大，滑坡稳定性降低越小。

2)渗透性系数越大，滑坡体内水位与库水位越接近，向内渗压越小，浮托力越小，越不利于滑坡稳定。

3)岩土体重度越大，滑坡体下滑力越大，阻滑力一定，越不利于滑坡稳定性。滑坡坡度越大，同一库水位淹没的滑坡体积越小，浮托力越小，越不利于滑坡稳定。

[1] 彭 涛,徐 刚,夏大庆.三峡库区地质灾害发展趋势及其减灾对策[J].山地学报,2004,22(6):719-724.

[2] 柴 波,殷坤龙,汪 洋,等.基于影响因素分布模型的滑坡稳定性敏感分析[J].岩土力学,2007,28(12):2624-2628.

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[7] 梁学战,陈洪凯.库水位升降条件下不同渗透性的滑坡体稳定性变化规律[J].中国地质灾害与防治学报,2012,23(4):20-26.Research on the influence factors of buoyancy weight loss landslides under reservoir water level rising

Zhang Mingyu1,2,3Du Changjian1,2,3Wen Kai1,2,3Men Mengfei1,3

(1.KeyLaboratoryofDisasterPreventionandReduction,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China；2.CollaborativeInnovationCenterforGeo-HazardsandEco-EnvironmentinThreeGorgesArea，Yichang443002，China；3.CollegeofCivilEngineeringandArchitecture，ChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002，China)

Taking the buoyancy weight loss landslide as the prototype in the Three Gorges Reservoir Area. With the help of the finite element software Geo-studio, the quantitative analysis on the effects of reservoir water level rise rate， permeability coefficient， rock and soil severe， gradients， some conclusions are obtained, and provide reference for the landslide governance.

Three Gorges Reservoir Area, landslide, uplift force, permeability coefficient, gradients

1009-6825(2016)20-0044-04

2016-05-03

张明玉(1990- )，男，在读硕士； 杜常见(1990- )，男，在读硕士； 文 凯(1993- )，男，在读硕士；

P642

A

门梦飞(1992- )，女，在读硕士