动水压力对涉水复活型滑坡的影响研究

姜照容 于志伟

广东省地质局第一地质大队 广东 珠海 519000

1 引言

国内外学者对库水位升降条件下动水压力对滑坡的影响做了一系列的研究。例如，王锦国等[1]分析了三峡库区猴子石滑坡地下水渗流时的动力场；郑颖人等[2]（2004）计算了库水水位下降时渗透力以及地下水浸润线的位置；刘新喜等[3]（2003）利用二维Richards渗流模型，结合地下水力学模型，研究了库水水位骤降条件下滑坡渗流场的变化以及地下水对浸润线位置的影响；Griffith等利用有限元的等数值方法对库水位升降条件下滑坡的稳定性以及变形过程进行数值模拟分析。目前，研究库水位骤降对滑坡稳定性的影响还不够深入，主要表现在：以往在滑坡稳定性评价方面，在考虑地下水的力学作用时，大多只涉及静水压力的作用，而往往忽视动水压力的作用，从而使评价结果与实际有较大的出入，计算出来的稳定系数也比实际偏大；由于影响滑坡的因素很多，各种因素也不是单独作用，而是相互作用，共同影响滑坡的稳定性。本文将立足库水位变化对动水压力型滑坡影响的研究；对三峡库区树坪滑坡在库水位骤降条件下进行数值模拟研究。

2 树坪滑坡概况

树坪滑坡为典型的涉水复活型滑坡，发育于沙镇溪南岸；树坪滑坡的滑坡发育特征较典型，后缘明显呈圈椅状形态，前缘长期在145-175m水位之间侵泡，滑坡体地形上陡下缓、南高北低。滑坡主滑方向NW130°，上部较窄，有三个明显从后缘流向前缘的季节性冲沟，地下水渗流活跃。树坪地下水主要由孔隙水与裂隙水组成，地下水以泉水或渗流形式最终排泄入长江。树坪滑坡属于老滑坡，历史上崩滑频繁。自2003年6月三峡水库开始蓄水以来，一直发生持续变形，滑体表面变形迹象不断增多，坡体内的裂缝呈贯通趋势，并且局部出现较大规模的坍塌，如图1所示；树坪滑坡历史上曾多次产生滑坍，稳定性较差，在降雨或库水位升降等外部条件的作用下，就可能产生变形破坏。在三峡水库水位由175m降至145m期间，再叠加强降雨，该滑体将产生较大变形，甚至失稳破坏。滑坡一旦失稳破坏，将给当地人民造成巨大的经济损失，并直接威胁长江航运安全。随着蓄水位的不断升高，锯齿状的张拉裂缝逐渐贯通，连续几年在雨季内，滑坡裂缝扩张，东部沿江公路出现坍塌，随着蓄水位的进一步升高，滑坡体东侧变形范围逐渐加大，形成了以东侧为主的滑坡主滑区及西侧的牵引区。目前滑坡仍处于持续变形中，蠕动变形加快，后期失稳可能性较大。如图2所示；由于树坪滑坡的变形，树坪后缘边界形成了锯齿状的张拉裂缝，可以发现裂缝逐步贯通，走向清晰。

图1 树坪滑坡全景图

图2 树坪滑坡剖面图

3 滑坡变形诱发因素

3.1 地质因素

由于树坪滑坡的地层岩性为三叠系中统巴东组，该岩性易风化，力学强度低，遇水后泥化，特别是遇水后滑带的抗剪强度明显降低，从而使滑坡失稳。树坪滑坡的层间褶曲较发育，岩层中劈理化现象较明显，滑坡的产生是坡面附近切向应力逐渐积累的结果[1]。随着三峡大坝的蓄水，使得长江河谷不断下切形成现代河床，形成了有效临空面，促使滑坡一定深度内的岩层跟随产生蠕变弯曲，最终导致弯曲转折端产生剪切破碎带，发展成致滑软弱面形成滑坡。

3.2 库水作用

树坪滑坡是典型的大型涉水复活型滑坡，随着三峡大坝的蓄水，其中库水位变动是诱发滑坡变形的主要因素之一，库水位周期性升降，岸坡水土作用加剧，引起坡体渗流场，应力场的改变，改变土体的物理力学参数，使得库岸滑坡体所受的静水压力及动水压力将发生周期性的变化[4]。

3.3 大气降雨作用

三峡库区中的滑坡位于亚热带季风气候地带，年降水丰沛，尤其是暴雨会对滑坡产生较大影响；较大降雨，大量雨水渗入滑坡体，而地下水渗出速率远小于入渗速率，使得地下水剧增，增加量滑坡体的下滑力，使得稳定性降低；由于地下水渗流产生较大动水压力，增加了滑坡的下滑力，使得稳定性降低；由于大量水入渗，软化滑带，使得岩土体的力学性能大大降低，内聚力和摩擦角值减小，稳定性降低；这些都会使得滑坡的变形加剧，因而降雨是使滑坡产生变形的主要因素。

4 滑坡体计算参数确定

综合分析树坪滑坡的地质条件、滑体及滑带土的物理力学参数及试验成果，并类比相似工程实践经验，确定滑坡岩土主要物理力学性质指标参数建议值见表1。

表1 滑坡岩土体主要物理力学参数建议值

5 树坪滑坡分析

本文将通过两种有限元软件分析同一滑坡的稳定性，一种是大量使用的有限元软件GEO-slope进行稳定性分析,该软件在进行稳定性分析时，忽略了动水压力作用；另一种是由三峡大学自主开发的一款有限元软件SSS2D-SQKY进行稳定性分析，该软件在进行稳定性分析时，考虑了动水压力作用；通过两种软件的对比分析指出动水压力对滑坡稳定性的重要作用。

5.1 模型建立

本文选取树坪滑坡的主剖面Ⅱ-Ⅱ’建立地质模型，建立有限元计算模型如图3所示。

图3 树坪滑坡有限元计算模型图

5.2 GEO-slope与SSS2D-SQKY稳定性分析

三峡库区正常蓄水后，库水位将在145m-175m水位间涨落，由于本文目的是研究动水压力的作用效果，采用对比模拟分析，于是本文只考虑库水位骤降情况，则按照库水实际调度情况选取一个水文年内库水位骤降变化作为基准工况。首先利用Geo-Studio软件计算的seep/w模块[5]分析树坪滑坡的渗流变化情况，根据计算所得到的渗流场结果，并考虑滑坡体自重以及前缘库水对滑坡的压力，用Geo-Studio软件的slope/w模块对树坪滑坡的主剖面Ⅱ-Ⅱ’进行稳定性计算，稳定系数计算采用Morgenstern-Price极限平衡法。SSS2D-SQKY软件考虑了渗透过程中动水压力的影响，能较准确的计算出滑坡的稳定系数；该软件是在有限元软件Geo-Studio建模基础上得到建模数据，通过导入建模数据，对模型加上动水压力作用进行分析，最后得到安全系数。

图4所示为同一个工况下，用两种软件分别计算出来的安全系数随时间变化曲线，我们可以清楚的发现没考虑动水压力作用，使用的GEO-slope计算的安全系数整体明显高于考虑了动水压力作用的SSS2D-SQKY软件计算的安全系数，最大位置安全系数可以下降6%，说明动水压力作用对滑坡稳定性影响显著，使用GEO-slope计算安全系数是不够准确的，是偏于不安全的。分析计算结果可以发现考虑动水压力的计算比不考虑动水压力的计算，下降趋势更快，开始时，由于动水压力作用明显，滑坡的安全系数快速下降，随着库水位下降，地下水也明显下降，动水压力作用减小，滑体的下滑力也随之减小，可以发现滑坡的安全系数下降减缓。

图4 树坪滑坡安全系数变化情况

6 结论

对树坪滑坡的对比分析，本文清晰的描述了动水压力在滑坡中的重要作用，特别是在动水压力型滑坡中，由于动水压力型滑坡的土层结构，各种性质让动水压力作用表现的更加明显。通过对比分析知道动水压力对滑坡稳定系数影响较大，计算滑坡稳定系数时，动水压力是一个重要因素，忽略动水压力会使计算出来的稳定系数偏大，计算滑坡稳定系数使用的GEO-slope结果偏离真实较大，应该得到足够的重视；影响滑坡的因素众多，不同性质的滑坡，应该找到主要因素，就如本文中库水位骤降条件下，动水压力的作用明显，不能忽略，要用科学的方法得到较真实的结果。