库水位下降速率对三峡塔坪滑坡稳定性的影响

严耀庭

(安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 232001)

三峡库区历来是我国地质灾害多发地区，自试验性蓄水以来，库区内随之出现许多滑坡和塌岸，每年水库调度形成近30 m水位涨落，滑坡、崩塌等一系列地质灾害发生次数显著增加，古滑坡复活和新生库岸滑坡变形失稳现象大量出现。滑坡一旦整体失稳，将产生严重的后果,许多中外学者对这些地质灾害进行深入研究，例如乔素云等通过数值模拟发现白水河当水位下降是影响其稳定性的主要因素[1]；邓茂林等认为降雨对木鱼包滑坡有一定助推作用，主要在库水位升降作用下坡体会持续变形[2]；肖维伟通过理论分析与数值模拟计算三峡库区卧沙溪滑坡复活变形是由库水位变动[3]；秦林和吕鹏发现八桷树滑坡受库水位波动影响最大[4]；林琰等通过GPS监测、野外调查等方法发现三门洞滑坡当库水以1.6 m/d上升时，稳定性最高，下降速率越快，稳定性越低[5]；宋军等[6]利用GeoStudio发现奉节何家坡滑坡当库水位降幅1.2 m/d处于基本稳定，随库水下降速率，滑坡稳定系数不断下降；薛星桥等[7]发现淌里滑坡变形对水位下降情况比较敏感等。

目前，由于库区汛期强降雨多发，与库水位波动共同作用影响下的顺层滑坡发生很多起。位于三峡库区巫山县曲尺乡的塔坪H1滑坡，自2008年库水位上升和波动以来变形加剧。滑坡一旦失稳，后果不仅仅是经济上的损失，更是周边居民生命上的威胁。因此通过2010年—2017年期间相关塔坪专业监测数据以及滑坡变形宏观地质记录，并以GeoStudio软件模拟塔坪滑坡在不同工况下的稳定性，重点分析滑坡在强降雨和库水位波动影响下的稳定性，建立了滑坡的安全系数随时间变化的关系，为滑坡监测预警和防治提供参考。

1 塔坪滑坡概况

塔坪滑坡位于重庆市巫山县曲尺乡的长江北岸，主要由塔坪岩质古滑坡及其后期发展形成的塔坪H1、塔坪H2老滑坡组成，离巫山县城有24 km。塔坪古滑坡南北长1 150 m，东西宽约1 050 m，面积约为1.26 km2，总体积约为3.08×107m3。塔坪H1滑坡平面形态呈现为圈椅状，塔坪滑坡体后缘海拔约为300 m，前缘海拔约为145 m～160 m，宽为480 m～550 m，长为530 m～580 m，面积约为0.283 km2，总体积约1 270×104m3，滑坡前缘靠江区域坡度17°～37°，后缘坡度2°～5°，碎裂岩是滑坡体主要成分，厚度约为30 cm，呈现紫红色，岩块直径约0.3 m～1.1 m。该滑坡属于特大型岩质滑坡。该滑坡后边缘为曲尺乡场镇，若该滑坡发生变形将会对当地居民的安全造成隐患。

滑坡体由砂岩碎裂岩和粉质黏土夹杂着碎块石组成，主要由砂岩碎裂岩为主，其中碎裂岩主要由石英砂岩组成，岩体破碎且裂隙较为发育，前部岩体较薄，中后部岩体较厚。其碎块石主要是由长石石英砂岩风化而成，呈现灰褐色。该滑坡地下水为松散岩类孔隙水、基岩分化裂隙水和基岩构造裂隙水，平均每年降雨量在1 087.4 mm，主要在5月～9月份，占全年的降雨量近70%，7月、8月多暴雨，日降雨量峰值371.3 mm。主要由大气降雨和灌溉水补给。东侧有冬瓜沟，在西侧有绞滩窑沟，常年有水，且由北向南汇入长江。在滑坡上还育有季节性显现冲沟、炭硐沟和沙湾子沟。

自2008年三峡库区175 m试验性蓄水，塔坪滑坡中前地表出现较多裂缝，据前期勘察资料显示，塔坪滑坡有2条大的横向拉张裂缝位于场镇前部到临江岸坡。自专业监测开始，塔坪滑坡共布设地表变形测点12个，各监测点布设见图1。

在曲尺场镇的监测点几乎没有明显的位移，说明塔坪滑坡后缘目前比较稳定。而塔坪中前部的监测点均有明显的位移。在2009年—2017年期间，塔坪滑坡前缘监测点地表位移与库水位和降雨的关系呈周期性变化，每年的5月份～7月份地表变形呈跳跃式变化，此时库水位处于低水位期，且该段时间处于降雨期，在每年的5月份地表变形开始增加，在6月份出现明显的增加。到7月初出现突变，但是在突变之后各个监测点的变形速率都有所放缓。从这些监测数据方面可得知在5月～7月份是该滑坡位移增长最快的时间段，也是最重要的值得注意的地方，图2是塔坪滑坡代表性监测点地表位移与库水位周期变化曲线。

2 塔坪滑坡稳定性影响因素分析

2.1 数值模拟

先利用GeoStudio软件中sleep/w模块建立稳态下的模型，再利用slope/w模块耦合降雨和库水位下降对塔坪滑坡的稳定性影响。根据塔坪滑坡所处的水文环境特征，确定模型的边界条件。

1)滑坡体前缘为定水头一类边界，水头高度由库水确定；2)滑坡体库水位以上为降雨量流量边界，由降雨强度确定(见图3)。模拟时间从2014年11月1日～2015年11月1日，共366 d。模型材料有4种，分别为巴东组基岩、香溪组碎裂岩、滑体和滑带、基岩层为泥岩、泥质灰岩和页岩层，滑坡体为三叠系碎屑岩顺向滑坡。滑坡数值分析的工程地质参数见表1。

表1 塔坪滑坡数值模型物理力学参数

对塔坪滑坡在降雨和库水位下降稳定性系数的变化模拟，用Geo-slope软件的Morgenstern-Price法进行计算分析，以1d作为步长，滑移面为完全指定，水头的初始边界设置为175 m，最终下降至145 m。

2.2 计算工况

降雨或水库水位的升降都有可能导致滑坡变形，因此可通过不同的工况来验证[9]。采取无雨、年平均降雨量以及7月～8月平均降雨量这三种情况的降雨量，即0 mm/d，5 mm/d以及15 mm/d。在2014年4月26日～2014年6月1日其安全系数呈现线性下降，历时36 d，库水位下降速度约为0.42 m/d，从164.49 m降至149.39 m。以此采取工况：库水位下降速度0.2 m/d,0.4 m/d和0.6 m/d，且库水从164.5 m降至149.4 m。

通过图4可以明显看出降雨对塔坪滑坡稳定性的影响并非占主导作用。其中当库水位下降时滑坡的安全系数明显下降，当库水位达到145.5 m时稳定性系数达到最低，库水位上升时稳定性系数升高。

3 库水位下降速率对塔坪滑坡稳定性的影响

滑坡变形主要在6月～9月份，期间又经常降雨，为了更加贴近实际情况，故采取降雨15 mm/d，以及不同的库水下降速度来验证库水下降速度对滑坡变形的影响[10]。

从图5可以看出在不同库下降速率下，0.6 m/d的库水下降速度在相同时间内比0.2 m/d的库水下降速度的稳定性系数低近0.04,0.6 m/d库水下降速度的稳定性曲线在15 d后陡然下降，0.4 m/d库水下降速度的稳定性曲线在25 d后突然下降，而0.2 m/d的库水下降速度的稳定性曲线在这些天数内平缓下滑；从图6可以看出稳定性系数从1.26一同降至1.21时，0.6 m/d的库水下降速度比0.2 m/d的库水下降速度快了近50 d，最终的稳定系数也是最低的，且0.6 m/d库水下降速度的稳定性曲线近似笔直下降，0.4 m/d库水下降速度的稳定性曲线一开始同0.6 m/d曲线快速下降但在30 d左右开始变缓，在35 d左右陡然下降，而0.2 m/d库水下降速度的稳定性曲线在20 d和70 d有陡然下滑，其他时间较为平缓。通过图5,图6可分析出库水下降速率越大，塔坪稳定性下降的越快。

4 结论

经过此次数值模拟的计算结果分析，可得出结论：1)塔坪滑坡受库水以及降雨影响其变形呈阶梯型变化，在每年5月份地表开始变形增加，6月份加剧；2)通过GeoStudio软件分析得出塔坪滑坡稳定性因素主要受库水下降影响；3)库水下降速度越大，塔坪滑坡的稳定性系数下降的也就越快；库水下降速度越小，其稳定性系数下降的越慢。