三峡库岸堆积层滑坡二维稳定性分析

陈 龙，王 龙，黎玺克

（1.成都理工大学环境与土木工程学院，成都610059；2.甘肃铁道综合工程勘察院有限公司岩土公司，兰州730000）

0 引言

堆积层滑坡是指发生在第四系及近代松散堆积层的一类滑坡，在我国滑坡中占有相当大的比例。特别在长江三峡工程建设期和建成蓄水之后，水位抬升，致使两岸许多堆积层边坡浸入水下，大大降低了这类边坡的稳定性，使得三峡库区大量堆积层滑坡变形和复活。同时，由于防洪等需要，三峡库区水位每年在145～175m高程之间变动，库水位变动对滑坡体稳定性的影响受到广泛关注。

前人研究显示三峡库区滑坡的发生除了与滑坡体本身的地质结构特征有很大关系外，外界环境因素（库水位变化、降雨、其他人类活动等因素），特别是三峡水库蓄水后库水位的变化和库区的降雨是诱发该地区古滑坡复活和发生滑坡的主要因素。

本文针对三峡库区的特殊工况，首先以三峡库区白龙村滑坡为例，针对库水位变化的不同工况对库岸堆积层滑坡的稳定性进行二维典型剖面渗流和稳定性计算；然后由特殊到一般分析堆积层滑坡的坡型、堆积层渗透性这两个因素分别对滑坡稳定性的影响；最后总结出一些初步的规律。

1 地质模型建立

白龙村滑坡位于重庆市云阳县九龙乡白龙村境内，坐落于长江右岸的斜坡地带，经度108°37′04″纬度30°56′32″。平面形态呈簸箕形，两侧以冲沟为界，剖面形态呈凸形（图1～2）。根据现场调查，该滑坡的滑面位于基岩与覆盖层的接触面；滑坡体前缘高程165m，后缘高程280m，高差115m。滑坡主滑方向为NW48°，滑坡垂直于长江方向约480m，沿长江方向约1 200m，滑体松散堆积层平均厚度11.1m，滑坡面积为 57.6×104m2，滑坡体积639.4×104m3。按照DZ T0218—2006《滑坡防治工程勘察规范》中由滑坡物质和规模分类为大型堆积层滑坡。

图1 白龙村滑坡全貌

图2 白龙村滑坡剖面图

滑坡表部为第四系松散堆积物，全新统坡残积粉质黏土夹碎块石，现场采用试坑法进行渗透试验，渗透系数为0.94×10－4m/s；滑坡的滑床岩性为侏罗系中统（J2s）紫红色泥岩、砂岩互层，岩层产状走向140°～150°，倾角∠5°～6°。

滑坡体内松散堆积层中的地下水主要由自身范围内的大气降雨补给，入渗后沿滑体内部地下水位面向下运动，在滑坡下部汇入长江。常年地下水位由钻孔情况判断并表示（图2）。另外滑坡前缘三峡库区水位每年在145～175m之间周期往复，水库水位在汛期的消落方式为从162m快速下降至145m，在极端情况下平均消落速度为2.0m/d（图3）。影响三峡库区白龙村滑坡稳定性的因素主要是降雨和滑坡前缘库水位的变化，下面一节从这两个主要外部影响因素出发，进行二维典型剖面渗流数值模拟分析和稳定性计算。

2 二维渗流分析和稳定性计算

2.1 二维数值模型建立

计算模型选用白龙村滑坡野外调查的典型二维地质剖面，建立有限元模型，该模型为双层结构的堆

积层滑坡模型，上层为堆积物，下层为基岩（见图4）。

图3 三峡库区库水位调度曲线图

图4 白龙村滑坡二维数值模拟模型

滑坡模型的材料参数和非饱和土渗透计算的相关函数曲线取自室内试验和经验数据（见表1、图5～8）。

表1 滑坡材料参数取值

2.2 模型计算工况

由于受气象水文等自然条件的影响，降雨、库水位的变化以及地震成为云阳白龙村滑坡的主要诱发因素。按照三峡库区工程要求，计算时分别考虑：工况一：天然状态滑体自重＋库水位上升到175m；工况二：天然状态滑体自重＋库水位175m降到145m；工况三：天然状态滑体自重＋暴雨＋库水位175m降到145m；工况四：天然状态滑体自重＋库水位145m升到175m；工况五：天然状态滑体自重＋暴雨＋库水位145m升到175m。根据三峡水库运行调度情况，水位下降时降速为每天2m。按此计算，库水位从155m上升到175m，需要10d，在此基础上再设置10d的延长期以待达到稳定渗流状态，渗流计算时间一共20d；当库水位从175m降到145m，需要15d，设置10d的延长期以待达到稳定渗流状态，渗流计算时间一共25d；当库水位从145m升到175m，需要15d，再设置10d的延长期以待达到稳定渗流状态，渗流计算时间一共25d。

图5 堆积物体积含水率

降雨条件通过降雨强度来表示。根据气象资料和有关文献，本次分析选取降雨强度为160mm/d，经单位换算后为0.16m/d，降雨时间3d。模型不考虑滑坡堆积层材料抗剪强度在降雨后折减的影响。

图6 堆积物渗透性

图7 基岩体积含水率

图8 基岩渗透性

2.3 渗流分析及稳定性计算

滑坡稳定性计算时，先根据地下水水位线、滑坡前缘库水位的变化作为初始条件和边界条件（图2）运用非饱和土理论进行坡体渗流计算。

图9 155～175m水位（10d）

图10 保持175m水位（10d）

图11 175～145m水位（15d）

图12 145～175m水位（15d）

图13 155～175m水位（10d）

进行渗流计算时，坡体外库水位上升过程中和刚刚到达175m水位的不长的一段时间内，坡体水位线出现内凹型（图9、图12、图13、图16），即坡体内的地下水位不是与坡体外的库水位同步上升，而是滞后上升，其原因是由于库水位上升初期，滑体处于非饱和状态，此时滑体的渗透性低于库水位升高或降低的速度（2m/d），库水位变化比坡体内部快，所以在坡体前缘库水位补给地下水形成内凹型；当库水位停留在175m一段时间后，坡体前缘和后部的水头差保持不变，水力梯度是一个定值，最终坡体前缘地下水位线缓慢与库水位保持一致，坡体内地下水保持动态稳定状态（图10、图14）。

图14 保持175m水位（10d）

图15 175（头3天暴雨）～145m水位（15d）

图16 145（头3天暴雨）～175m水位（15d）

将上述工况一（图9～12），工况二（图13～16）的渗流分析过程得到的水位线导入稳定性分析模块用摩根斯坦普赖斯法进行滑坡稳定性计算，得出2种工况的稳定性系数如图17所示。

图17 工况一、工况二条件下滑坡稳定性系数

从图17可以看出：（1）在天然水位155m升到175m过程中稳定性先降后升，在159m水位左右时稳定性降到最低之后上升；库水位从175m降到145m过程中滑坡稳定性下降，在库水位降至145m时稳定性最差。（2）降雨对滑坡稳定性的影响较大，在库水位下降时降雨使滑坡的稳定性显著降低。库水位从175m下降到145m时稳定性系数为1.072，而有降雨时从175m降到145m稳定性系数为1.062。

3 结语

本文在前人研究的基础上进行了渗流和稳定性计算，最后总结出以下一些初步的规律。

（1）进行渗流计算时，随着库水位的变化，滑体内的渗流分为2个状态：瞬态和稳态。库水位变化初期，由于外界条件发生变化，坡体内地下水位不断发生变化并且有滞后现象，这一阶段是渗流的瞬态分析。当库水位保持稳定一段时间之后，坡体前后水头差不变，地下水位保持动态平衡状态，这一阶段是渗流的稳态分析。

（2）白龙村滑坡在库水位上升期间存在一个稳定性较低的水位（159m左右），但之后稳定性升高。在库水位下降期间，稳定性降低。

（3）降雨对白龙村滑坡稳定性的影响较大，在不考虑降雨使得滑坡强度参数减小的情况下，降雨使滑坡的稳定性显著降低。

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