三峡库区杨家沱滑坡稳定性分析及复活判据研究

2019-12-03

人民长江 2019年11期

(1.湖北文理学院土木工程与建筑学院，湖北襄阳 441053； 2.三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北宜昌 443002； 3.中铁十一局集团城市轨道工程有限公司，湖北武汉 430074； 4.中国建筑第七工程局有限公司，河南郑州 450003)

作为河道型水库的三峡库区是滑坡等地质灾害的多发地带，也是防灾减灾领域研究的重中之重[1-3]。据三峡库区地质灾害防治指挥部统计资料，截至2012年，库区巨型和大型涉水滑坡达325个[4]。水是滑坡发生过程中最活跃的影响因素，库水位升降和降雨作用是诱发库岸发生滑坡的重要原因[5-6]。三峡库区库水位在145～175 m变动或降雨作用下极有可能使滑坡失稳复活[7-8]。库水变动和降雨作用对滑坡稳定性影响一直是滑坡灾害研究领域的热门课题之一。张永昌等[9]应用有限元强度折减法探讨了树坪古滑坡在不同库水位变动速率情况下的复活机理。陆世轩等[10]探讨了库水升降速率对老蛇窝滑坡稳定性的影响规律。水库库岸滑坡的复活是破坏库岸地质环境、威胁库区人民生命财产安全以及水库正常运行的最为活跃的灾害类型[11]。因此，开展水库库岸滑坡在库水位变动和降雨作用下稳定性变化规律及复活判据研究，对于三峡库区滑坡的预测预报和治理有重要意义。

本文选取三峡库区杨家沱滑坡为研究对象，并根据GPS监测数据初步分析了滑坡现今稳定性；然后基于非饱和土饱和-非饱和渗流理论及摩尔库伦理论，使用Geo-studio软件得到杨家沱滑坡的安全系数的变化规律，并分析该滑坡的复活判据。研究工作对缩小理论与实际工程应用的差距有一定的意义，对库区滑坡防灾减灾工作和稳定性评价有参考价值。

1 滑坡基本概况

杨家沱滑坡位于长江右岸，距三峡大坝坝址51 km，属秭归县沙镇溪镇台子湾村。滑坡位于百福坪背斜北端，发育于三叠系中统巴东组砂岩、泥岩、灰岩互层的地层中，滑坡其平面形态为“撮箕形”，剖面形态为直线形，滑坡地形呈凹形。主滑方向40°，滑体后缘为基岩与堆积层交汇处，高程为325 m，前缘位于长江135 m水位以下，右侧以基岩脊为界，左侧以冲沟为界。目前滑体南北向长290 m，东西向宽350 m，平均厚度20 m，总体积约203万m3。杨家沱滑坡剖面如图1所示。

图1 杨家沱滑坡平面示意Fig.1 Plane figure of Yangjiatuo landslide

2 滑坡变形特征及稳定性初判

杨家沱滑坡是三峡库区秭归县三期地质灾害专业监测滑坡点之一，该滑坡体上共布设有9个GPS监测点，监测点名从ZG272到ZG280。目前已积累了一定的监测数据，监测点位移数据详如表1所示。

表1 杨家沱滑坡GPS监测点位移数据Tab.1 GPS monitoring point deformation analysis ofYangjiatuo landslide

对监测数据累计位移进行了整理，并与长江水位、降雨量进行了相关性分析，如图2所示。由表1和图2监测数据可知，9个GPS监测点无明显位移，并且各监测点变形与库水位、降雨量的相关性较差。另外，布设的地下水位监测孔内水位无突变现象，钻孔倾斜监测、滑坡推力监测孔未见明显变形迹象。宏观地质调查也表明滑坡近期无明显变形迹象，综合分析认为：杨家沱滑坡整体无明显变形，滑坡目前处于基本稳定状态。

图2 杨家沱滑坡累计位移-降雨量-水库水位-时间相关性分析Fig.2 Accumulated displacement-rainfall-reservoir waterlevel-time correlation analysis diagram ofYangjiatuo landslide

3 滑坡稳定性分析

3.1 计算剖面

稳定性分析选取的计算剖面是杨家沱滑坡的主滑剖面A-A′，其地质剖面图如图3所示。

图3 杨家沱滑坡地质剖面Fig.3 Geological profile of Yangjiatuo landslide

3.2 计算模型

杨家沱滑坡计算网格如图4所示。渗流边界条件、应力边界条件设置和文献[2]相同。

图4 杨家沱滑坡计算网格Fig.4 Calculation grid of Yangjiatuo landslide

3.3 计算参数选取

杨家沱滑坡稳定性计算参数的取值如表2所示。

表2 杨家沱滑坡计算参数Tab.2 Calculation parameter of Yangjiatuo landslide

表3 库水位下降叠加不同降雨强度下杨家沱滑坡稳定系数变化
Tab.3Stability coefficient of Yangjiatuo landslide under drawdown of reservoir water level combined with different rainfall intensity

降雨强度/(mm·d-1)1d2d3d4d5d6d7d8d9d10d3581.0680.977----- ---2001.153 1.148 1.137 1.124 1.111 1.098 1.082 1.071 1.056 1.042 1501.155 1.145 1.1411.127 1.115 1.102 1.083 1.077 1.059 1.048 1201.171 1.153 1.136 1.123 1.107 1.095 1.087 1.079 1.065 1.053

3.4 计算工况

本文计算了杨家沱滑坡在库水位变动和库水位变动最不利情况叠加降雨两个工况下的稳定性变化情况。具体计算工况如下。

工况1：库水位自145 m水位以1 m/d的上升速率经过30 d上升到175 m水位，在175 m水位稳定200 d后再以3 m/d下降速率经历10 d降落到145 m水位，在145 m水位稳定105 d。库水位变动具体情况如图5所示。

工况2：工况1中库水位变动最不利工况叠加120，150，200，358 mm/d 4个不同降雨强度。

3.5 计算结果分析

3.5.1 库水位变动下滑坡稳定性

库水位变动时滑坡稳定性系数变化规律如图5所示。

图5 库水位变动时杨家沱滑坡稳定系数Fig.5 The stability coefficient of Yangjiatuo landslide whenthe reservoir water level changes

由图5可知，杨家沱滑坡在库水位以1 m/d的速度从145 m上升到175 m时，其稳定系数由1.256逐渐增加到1.264，滑坡稳定系数随着库水位的上升不断增大。其原因可能有两方面：① 库水位上升过程中杨家沱滑坡的下滑段因被水逐渐淹没，下滑力不断减小；② 滑坡体内地下水位上升滞后于库水位形成反翘作用,增大了滑体抗滑力。

库水位自145 m升到175 m并稳定200 d后，安全系数由1.264减小到1.198，其原因是滑坡的渗透系数不高导致滑坡的地下水位滞后于库水位的变化，形成了较大的动水压力使滑坡的安全系数降低。

杨家沱滑坡在库水位自175 m水位以3 m/d速度下降至145 m水位时，安全系数是随库水位下降而不断减小。这是由于随着库水位的下降,滑坡的下滑段逐渐出露，被库水浸泡的区域变少，其下滑力慢慢的增加，导致滑坡的安全系数降低。

根据三峡库区水库复活型滑坡分类[12]，以及杨家沱滑坡安全系数对库水位变动的响应情况，安全系数随库水位的上升而不断增大，随库水位的下降而不断减小的变化规律，可判定该滑坡为动水压力型滑坡[13-15]。

3.5.2 库水位下降叠加降雨作用下滑坡稳定性

由工况1中杨家沱滑坡在库水位上升和下降阶段不同的变化规律可知，最危险的库水变动工况为，库水位以3 m/d的速度自175 m水位下降至145 m水位时，滑坡的最小安全系数为1.183，滑坡仍是处于稳定状态。由于滑坡此时仍处在稳定状态，根据杨家沱滑坡滑体的渗透性，取120,150,200,358 mm/d 4个不同降雨强度叠加库水位以3 m/d速度下降来计算滑坡稳定性。计算结果如表3所示。

由表3的计算结果可知，滑坡的稳定性系数随着降雨持时不断增加和降雨强度的增大呈不断减小的趋势。当降雨强度为358 mm/d历时达2 d时滑坡稳定性系数降至0.977，滑坡处于失稳状态。