基于变形时空演化的雾江滑坡体预测预报研究

2020-03-16龚博姜龙王振华

湖南水利水电 2020年6期

龚博，姜龙，王振华

（1.湖南涔天河工程建设投资有限责任公司，湖南永州 425500；2.中国水利水电科学研究院，北京 100038）

引言

在大型水利水电工程尤其是高坝大库中，库岸再造（库岸滑坡）现象时有发生。雾江滑坡体是位于涔天河水库扩建工程库首右岸典型的顺层、牵引式古滑坡体，总体积达1 327 万m3。长期以来，雾江滑坡体一直处于缓慢蠕滑状态，变形仍未收敛。其变形演化趋势和滑坡稳定性直接影响涔天河水库蓄水和运行安全。

现阶段，针对蓄水期滑坡变形及稳定性问题已取得一定进展。在滑坡监测中，郑万基等[1]利用哨兵一号A 星（Sentinel-1A）数据，通过使用时域相干点目标技术（TCP-InSAR），获取金沙江中游兴培当至草可都段的滑坡结果；张国丽等[2]利用三维激光扫描技术进行小区域滑坡变形监测的可行性；唐军峰等[3]基于现场详细的工程地质勘察资料和监测资料，分析了堆积体边坡的结构特征和变形特征；陈廷照等[4]基于监测资料，分析了滑坡时空分布特征；侯炳绅等[5]收集溪洛渡水库库区滑坡近3 年的监测资料，分析了库区滑坡的时空分布特征；在滑坡数值模拟中，王林峰等[6]基于FLAC3D渗流分析模块功能和算法对三峡库区龙江红岩子滑坡的机制进行研究；张振华等[7]基于流固耦合理论，采用ABAQUS 软件分别对该岸坡在三峡水库蓄水，降雨及两者共同作用下岸坡的地下水渗流场和应力场进行计算；在滑坡稳定性评价中，张永刚、张磊等[8～10]考虑降雨、库水位等条件，进行了滑坡稳定性及敏感性评价；在滑坡预测预报中，郑洪、杨鹏等[11～14]，基于稳定性成果，进行了滑坡涌浪及治理措施等方面的预测。学者们基于滑坡的变形监测、数值模拟和稳定性等方面，均作出了较大的贡献，但在基于监测成果，进行数值模拟和稳定性评价的系统攻关方面略有不足。

本文基于雾江滑坡在涔天河水库一期蓄水期间（蓄水至EL282 m）的变形监测成果，分析滑坡时空演化规律，并以此为基础，进行滑移面判别和选取，进而以变形特征和滑移面位置等指标，进行较为针对的滑坡体稳定性分析和变形演化趋势评价，提出了一套滑坡预测预报评价体系，具有工程应用价值和借鉴意义。

1 雾江滑坡现场踏勘及工程地质情况

1.1 现场踏勘

现场调研可知，滑坡体总体形貌如图1 所示，其表现出两个典型特点：

1）滑坡体后缘平坦，植被茂密与后缘山体高陡的地形有明显差异。

2）滑坡体整体地貌特征表现为沟谷相间。从整体上来看，雾江滑坡体具有明显的高低起伏。滑坡区发育3 条冲沟，延伸较长，切割较深，其中①号冲沟位于滑坡体下游边界，②号冲沟位于滑坡体中部，③号冲沟位于滑坡体上游边界。这3 条冲沟的走向近似平行，与区域岩层走向近似。这3 条冲沟在地貌上形成了滑坡体的边界线。

图1 雾江滑坡体沟谷相间地貌

1.2 工程地质条件

雾江滑坡体大致划分为4 个区，其中I 区又可以分为3 个亚区。其中，I 区：位于滑坡前缘，在平面上为②号冲沟——一级平台及前缘构成的区域。主要为散体结构，局部为碎裂结构。II 区：在平面上为②号冲沟——二级平台——③号冲沟及前缘构成的区域，后缘边界位于二级平台后侧。表部为砾质粘土，厚0～8 m，上部为散体结构，下部为碎裂结构。III 区：②、③号冲沟之间，二级平台后侧至滑坡体后缘，表部为砾质粘土，厚0～8 m，上部为散体结构，厚18～45 m，下部为碎裂结构岩体，最厚达40 m，向两侧、向后变薄。IV 区：①、②号冲沟之间为第一期滑坡的残留体，表部为砾质粘土，局部砾质重粉质壤土，厚3～10 m；上部大多为散体结构，底部局部含有碎裂结构岩体，厚10～40 m。滑坡体地质分区及内部典型地质剖面如图2 所示。

图2 工程地质分区图及2 个典型剖面

2 滑坡监测设计及成果

2.1 滑坡监测设计

雾江滑坡体安全监测系统布设在4 个典型剖面上，主要监测项目有表部变形监测、深部变形监测以及地下水位监测，共布置3 座位移工作基点、16 座表面位移测点、8 孔/60 套固定式测斜仪、8 孔地下水位测压管/8 支渗压计、4 孔12 支多点位移计等监测仪器设备。安装埋设如图3 所示。

图3 雾江滑坡监测布置示意图

2.2 滑坡变形监测成果分析

一期蓄水期间的主要监测成果以IN-固定测斜仪为主。

1）选取典型2#断面，进行相对变形随深度变化分析。监测成果如图4 所示。

图4 雾江滑坡体2#剖面IN3、IN4 相对变形随深度变化

IN3 测斜孔（低高程孔）在临空面方向的相对变形整体呈波动状态，向坡内变形在-7.35～-2.22 mm 之间，相对变形变化量在-0.04～4.72 mm 之间；向坡外变形在3.28～6.80 mm 之间，相对变形变化量在-6.78～-0.11 mm 之间。

IN4 测斜孔（高高程孔）在临空面方向的相对变形整体呈波动状态，向坡内变形在-4.57～-0.05 mm 之间，相对变形变化量在-0.97～4.06 mm 之间；向坡外变形在2.26～9.36 mm 之间，相对变形变化量在-1.54～0.74 mm之间。

从2#断面的IN3、IN4 测斜孔不同时间节点的变形量级来看，深部潜在滑移带相对变形在低高程处呈减小趋势，在高高程处呈微增大趋势；浅部潜在滑移带相对变形在低高程处呈减小趋势，在高高程处呈微增大趋势。

2）选取典型2#断面，进行累计变形随深度变化分析。监测成果如图5 所示。

图5 雾江滑坡体2#剖面IN3、IN4 累计变形随深度变化

分析可见，2#断面的IN3、IN4 测斜孔深部累计变形在临空面方向变形整体呈坡外波动增加趋势，低高程整体变形较为协调，高高程整体变形不协调。雾江滑坡体低高程存在一处明显潜在滑移面，滑面位置较深，且滑面以上滑体呈整体运动。雾江滑坡体高高程存在两处明显潜在滑移面，并已产生错动，后期需进一步加强观测。

3 雾江滑坡稳定性分析评价

选取滑坡体沿主滑动方向的纵1、纵2、纵3 与纵4 剖面作为典型计算剖面。各典型计算剖面的平面位置如图6 所示，其评价参数见表1 所示。

结合典型断面监测成果和潜在滑移面位置情况，采用中国水科院自主开发的边坡稳定分析程序STAB2010，对任意形状滑裂面采用Spencer 法，圆弧滑面采用简化Bishop 法，并采用最优化方法搜索最小安全系数对应的临界滑裂面，建立与监测所揭示的潜在滑移面较为一致的稳定性分析评价模型。经试算，库水位282 m 工况的抗滑稳定分析成果如表2 所示。

从计算结果可以看出：

1）EL282 m 条件下滑坡体的安全储备不高。EL282 m 蓄水位条件下，各剖面中部至底部沿滑带土剪出的安全系数在0.99～1.12 之间，由顶部至底部整体剪出的安全系数在0.90～1.10 之间，中下部由滑坡体内部剪出的安全系数在0.96～1.09 之间，从滑坡体内部圆弧剪出得安全系数在1.06～1.24 之间，各剖面稳定安全系数较小。

图6 雾江滑坡体各典型计算剖面及破坏模式

表1 雾江滑坡体岩土物理力学参数值

表2 库水位282 m 工况的抗滑稳定分析成果

2）降雨对滑坡体的稳定性影响不显著。在考虑降雨影响时的安全系数较天然状况降低0.01 左右，表明降雨对滑坡体的安全系数影响不大。这一结果可能受滑坡体表部覆盖层及内部布置的深排水孔的影响。

4 雾江滑坡体应力变形规律

4.1 蓄水至282 m 验证工况

依据EL282 m 蓄水工况，建立三维数值模型（见图7）。模型底部高程选择为120 m 高程，上下游方向以及边坡倾向方向分别取滑坡体边界向外延伸50 m 以上。将顺河床上下坡方向设为x 向，以指向坡里（上坡）作为正方向；将竖直方向设为z 向，以向上为正方向；沿河流方向为y 向，顺水流方向为正方向。模型的底部边界采用全约束，其它四个竖直边界采用法向约束。滑动带内单元尺寸不大于2 m，滑坡体内单元尺寸不大于5 m，单元以六面体单元和三棱柱单元为主，个别部位为四面体单元，中间以金字塔单元过度，基岩以六面体为主。单元数约为63.5 万个，节点数约为43.6 万。

在EL282 m 条件下，选取雾江滑坡体潜在滑移面附近的12 个监测代表点，用于边坡实测位移与应力变形对比分析。分析计算位移与安全监测数据对比统计如表3 所示。

分析可见，各个剖面监测点计算位移与监测位移基本具有良好对应关系，除了剖面2-2 监测点2 和3外，其它误差均小于10%。因此，该计算使用的岩土体参数取值较为合理。