三峡库岸某堆积层滑坡稳定性分析
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摘要：结合三峡库岸滑坡特点，研究库水位升降工况下三峡库岸某堆积层滑坡的稳定性。运用二维有限元数值模拟软件对滑坡进行稳态和瞬态渗流计算，模拟出各工况下滑坡内部地下水位变化，进而进行稳定性计算。采用Morgenstern- Price法对滑坡稳定性进行计算，结果表明通过计算得出在库水位上升时滑坡稳定性略微升高，当库水位下降时，滑坡稳定性下降。
关键词：库岸堆积层滑坡；二维渗流分析；稳定性计算
中图分类号：P642文献标识码： A
1 引言
三峡工程于2003年6月正式蓄水发电,库区坝前水位将由约65m抬升到135m。到2009年,三峡水库正常蓄水,最高水位达175m。由于防洪等需要,目前水位每年将在145～175m之间变动。库水位变动对库岸滑坡体稳定性的影响受到了广泛关注[1]。
水库形成以后，沿岸地区自然条件将发生显著变化[2]。水库开始蓄水之后，必然会改变库区边坡地下水的补给、渗流和排泄条件[3]，从而影响库岸边坡的稳定性。
本文通过现场调查结合二维有限元数值模拟进行渗流和稳定性计算，对滑坡稳定性进行分析评价。
2 滑坡特征
滑坡位于重庆市云阳县境内，坐落于长江干流一直支流左岸的斜坡地带。滑坡平面形态呈圈椅状，两侧以冲沟为界，剖面形态呈凸形(图1，图2)。滑坡平面形态呈圈椅状，左侧、右侧均以冲沟为界，后缘以基岩陡壁为界，滑坡内外后缘和两侧植被差异大，边界较为清楚，前缘以堆积层与基岩分界为界，目前由于三峡库区蓄水滑坡体前缘部分被长江支流淹没，滑坡整体边界条件较为清楚。根据前期资料滑坡体前缘高程130m，后缘高程295m，高差165m。滑坡体主滑方向272°，滑坡长约400m，宽约500m，滑体平均厚度35m，滑坡面积为150×104m2，滑坡体积约525×104m3。[收稿日期：
作者简介：陈隆刚，男，四川丹棱人，助理工程师，主要从事岩土工程工作。E-mail：。]
图1 滑坡全貌
图2 滑坡工程地质剖面图
该滑坡滑体物质主要为含碎块石粉质粘土。粉质粘土呈紫红色、褐色，可-硬塑状，粉质粘土中含有云母、植物根系和少量钙质结核；其中碎石含量20%，粒径为6-17cm，碎石成分为砂岩或者泥岩，较坚固，磨圆较差，呈次棱角状；块石含量10%，粒径为20-60cm，最大孤石直径为3m，块石成分为砂岩，砂岩呈中风化状态，稍有磨圆，在滑体前缘散落，滑体前缘较多，判断滑体内大量块石为滑坡形成过程中厚层砂岩沿结构面开裂，解体形成，通过崩塌、蠕滑运动最终停积在斜坡稍缓处。滑体后部较薄，中前部较厚。现场用试坑法进行渗透试验，滑体饱和渗透系数为1.3×10-4m/day；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185°～195°，倾角∠18～21°。
滑坡体土体结构松散，与下伏基岩接触面构成重要软弱界面；前缘受长江水不断冲刷，局部形成塌岸，滑坡前部临空条件变好；后缘斜坡坡角较大，土体较厚；滑坡体土体在自重应力长期作用下发生缓慢而持续的变形，在大气降雨特别是暴雨的诱发作用下，导致斜坡土体后缘拉裂，形成滑坡。
滑坡稳定性受多种因素影响，主要分为内在因素和外部因素两个方面。内在因素包括地质构造、地形条件、岩土体性质等；外部因素包括水的作用（降雨和库水）、地震、人类工程活动等。内在因素对滑坡稳定性起控制作用，外部因素往往会增加下滑力，导致岩土体强度降低而削弱抗滑力，促进滑坡变形破坏的发生和发展。
（1）内在因素
该滑坡为堆积层滑坡，滑体物质组成以第四系全新统坡积粘性土夹碎块石为主，这些松散堆积物为地表水的渗透提供了通道，滑带粉质粘土、粘土夹碎石的力学强度低，遇水易软化或泥化，是控制滑坡变形的重要内因。
（2）外部因素
（a）降雨对滑坡稳定性的影响：大气降水，特别是短期内集中的降雨，将对滑坡的稳定性将会造成显著的影响。云阳县降水丰富，多年平均降水量1145.1mm，最多达1752.6mm（1963年）。在一年中的各月之间，各季度之间差异很明显，出现集中降雨的可能性很大。
（b）库水对滑坡稳定性的影响：三峡水库运行期间库水水位产生升降变化，当地表库水位下降和上升时，坡体内的地下水位也将发生变化，滑坡中的剩余孔隙水压力和渗透压力作用是影响滑坡稳定性的另一主要因素。
3 二维数值模型建立与计算
3.1模型建立
计算模型选用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3）
图3 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4～图7）
表1 滑坡材料参数取值
图4 堆积物体积含水率
图5 堆积物渗透性
图6 基岩体积含水率
图7 基岩渗透性
3.2计算工况
根据三峡水库运行调度情况，以勘察期滑坡前缘库水位155m和勘察地下水位为初始状态，进行与之相应的地下水模拟，即进行库水位在155m到175m之间上升和下降的地下水位模拟。水位上升和下降的速度设置为2m/d。
3.3 渗流分析及稳定性计算
计算时，先由稳态渗流计算天然条件下稳定地下水水位线，将其作为初始条件，再由滑坡前缘库水位的变化作为边界条件，运用非饱和土理论进行坡体渗流计算，计算出在不同库水位时，滑坡体内部的地下水位线，进而计算出不同工况下滑坡稳定性。
图8 天然稳定水位
图9 155m-175m水位
图10 175m-145m水位
图11 各水位下滑坡稳定性
将上述二维渗流计算的结果（图8~图10），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，得出各个不同库水位下的稳定性系数如图11所示。
从图11可以看出：（1）库水对滑坡稳定性的影响作用大。从勘察期水位（155m）蓄水至175m过程中，滑坡稳定性随之上升，在175m从瞬态到稳态的过程中稳定性出现下降。库水位从175m下降至145m时，滑坡稳定性陡降且降至最低点，在145m从瞬态到稳态的过程中稳定性有所上升。库水位从145m上升至175m时，滑坡稳定性明显升高，在175m从瞬态到稳态的过程中稳定性出现下降。（2）从分析结果来看，水库按正常设计工况蓄水运行期间，滑坡整体处于基本稳定-稳定状态。
4.结束语
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、该滑坡为三峡库岸滑坡，滑坡平面形态呈圈椅状，滑坡体主滑方向272°，滑坡长约400m，宽约500m，滑体平均厚度35m，滑坡面积为150×104m2，滑坡体积约525×104m3。该滑坡滑体物质主要为含碎块石粉质粘土。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185°～195°，倾角∠18～21°。滑坡滑面为基覆界面。
2、滑坡稳定性受多种因素影响，影响因素包括地质构造、地形条件、岩土体性质、水的作用（降雨和库水）、地震、人类工程活动等。该滑坡的主要影响因素为库水位的变化。
3、库水对滑坡稳定性的影响作用大。库水位上升时滑坡稳定性升高，库水位下降时滑坡稳定性下降。
4、从分析结果来看，水库按正常设计工况蓄水运行期间，滑坡整体处于基本稳定-稳定状态。
参考文献
[1]殷跃平.三峡库区地下水渗透压力对滑坡稳定性影响研究[J].中国地质灾害与防治学报，2004，14(3):1-8
[2]张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理[M].北京：地质出版社，2005：308-377
[3]柏永岩，崔春龙，于远忠.浅谈水库边坡稳定性[J].地质与资源，2005，14(3):213-215
[4]蒋秀玲，张常亮.三峡水库水位变动下的库岸滑坡稳定性评价[J].水文地质工程地质，2010，37(6):38-42