冀承蕾 魏云杰 許有俊 馮 超 張 棟

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010； 2.中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，北京 100081)

·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

三峽庫(kù)區(qū)公木滑坡成因機(jī)理研究★

冀承蕾1魏云杰2*許有俊1馮 超1張 棟1

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010； 2.中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，北京 100081)

以三峽庫(kù)區(qū)公木滑坡為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查和工程地質(zhì)勘探，介紹了滑坡的工程地質(zhì)條件和變形特征，并分析了滑坡的形成機(jī)制，運(yùn)用有限元軟件 Geo-studio計(jì)算了滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)，得出了一些有助于滑坡治理工作的結(jié)論。

三峽庫(kù)區(qū)，滑坡，數(shù)值模擬，穩(wěn)定性分析

順層滑坡在三峽庫(kù)區(qū)發(fā)育較多，62.0%的庫(kù)岸滑坡是基巖順層滑坡。許多古滑坡在三峽水庫(kù)正常蓄水后發(fā)生了變形復(fù)活。2003年7月13日三峽庫(kù)區(qū)秭歸縣發(fā)生千將坪滑坡，滑體進(jìn)入江中形成壩體高達(dá)149 m～178 m，并堵塞了長(zhǎng)江航道，造成1 100多人的家園被毀，4家工廠遭到不同程度破壞，334省道宜—巴公路長(zhǎng)2.2 km的路段被毀，交通中斷。有研究表明，誘發(fā)千將坪滑坡發(fā)生的主要原因是連續(xù)多日的強(qiáng)降雨[1，2]。云陽(yáng)縣公木滑坡是典型的順層巖坡，一旦滑坡失穩(wěn)滑入江中，不僅對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裨斐缮?cái)產(chǎn)損失，而且滑體入江產(chǎn)生的涌浪也會(huì)威脅到附近過(guò)往船只。三峽水庫(kù)正式運(yùn)行后，庫(kù)岸順層滑坡不僅對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)安全帶來(lái)威脅，同時(shí)對(duì)庫(kù)區(qū)的經(jīng)濟(jì)也起到一定的制約。

不少學(xué)者對(duì)滑坡的變形破壞機(jī)理，庫(kù)水位升降和降雨對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響及滑坡的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等方面進(jìn)行了研究，連志鵬等[3]分析了滑坡體內(nèi)滲流場(chǎng)的變化過(guò)程，對(duì)滑坡穩(wěn)定性的變化特征進(jìn)行了探討。周麗等[4]計(jì)算了庫(kù)水位下降和降雨作用下滑坡的穩(wěn)定性。李曉等[5]分析了滑坡地下水動(dòng)力場(chǎng)，提出了一種庫(kù)岸地下水非穩(wěn)定滲流場(chǎng)的計(jì)算模式。汪斌等[6]研究了流固耦合作用的庫(kù)岸滑坡變形失穩(wěn)機(jī)制。代貞偉等[7]研究了三峽庫(kù)區(qū)藕塘滑坡變形失穩(wěn)機(jī)制，并對(duì)滑坡未來(lái)變形發(fā)展的趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。但是目前對(duì)庫(kù)水位升降和降雨聯(lián)合作用對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響的研究卻相對(duì)較少，因此，對(duì)庫(kù)水位升降和降雨作用下滑坡變形機(jī)理進(jìn)行研究，具有非常重要的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 滑坡區(qū)工程地質(zhì)概況

2 滑坡變形特征分析

2011年4月28日正式啟動(dòng)了滑坡的專業(yè)監(jiān)測(cè)工作。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括地表水平位移、垂直位移、深部位移、水位及地表拉裂縫巡視監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)時(shí)間從2011年4月至2013年3月，即兩個(gè)水文年。監(jiān)測(cè)表明，滑坡在2011年4月～2011年11月變形較明顯，2011年11月～2013年3月變形曲線趨于平緩，變形量減小。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移累計(jì)變化量最大的JC01，其值為325.00 mm，垂直位移累積變化量最大為JC01，其值為-314.70 mm，裂縫累積變化量最大為L(zhǎng)F15，其值為332.00 mm。深部位移累計(jì)變化量最大為WY1-1，其值為6.8 mm，變形量主要集中在監(jiān)測(cè)前期的2011年3月～2011年11月。

3 滑坡成因機(jī)制分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，公木滑坡為古滑坡，特殊的地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層巖性是滑坡形成和發(fā)展的控制因素，而庫(kù)水位升降和降雨則是誘發(fā)滑坡變形復(fù)活的主要環(huán)境因素。

3.1 地質(zhì)因素分析

1)地形地貌。公木滑坡位于長(zhǎng)江左岸斜坡上，屬侵蝕、剝蝕的河谷、丘陵地貌，單斜陡坡，地形北高南低，為滑坡的形成提供了臨空面和空間。而滑坡約100 m的高差和平均23°的坡角為滑坡的形成提供了條件。2)地質(zhì)結(jié)構(gòu)。公木滑坡出露地層為侏羅系上統(tǒng)遂寧組(J3S)砂、泥巖互層。其中，粉砂質(zhì)泥巖厚度幾厘米到幾十厘米不等。粉砂質(zhì)泥巖相對(duì)隔水，而砂巖為透水層，當(dāng)該區(qū)大量降雨透過(guò)殘坡積層和砂層沿粉砂質(zhì)泥巖層上層面排出時(shí)，泥巖中含有的水敏性礦物遇水后強(qiáng)度急劇減弱，從而形成潛在的滑動(dòng)面。因此，該順層滑坡砂巖～粉砂質(zhì)泥巖薄層～砂巖(硬～軟～硬)地層特點(diǎn)，形成了滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ)，是滑坡形成的主要控制因素。

3.2 環(huán)境因素分析

庫(kù)水位升降及降雨是影響滑坡復(fù)活變形的主要環(huán)境因素。庫(kù)水位升降及降雨主要從兩方面對(duì)滑坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響：一方面是軟化泥化滑帶土，導(dǎo)致滑帶抗剪強(qiáng)度降低。根據(jù)對(duì)滑帶土礦物成分的分析，公木滑坡滑帶土粘土礦物總含量都在30%以上，最高可達(dá)53.1%，這些粘土礦物具有較好的親水性，遇水后易軟化，會(huì)降低滑帶抗剪強(qiáng)度，使滑坡的穩(wěn)定性降低。另一方面是導(dǎo)致孔隙水壓力增加，在降雨作用下滑坡后緣孔隙水壓力增加，庫(kù)水位作用使滑坡地下水位上升，對(duì)滑坡體前緣產(chǎn)生浮托作用，致使抗滑阻力下滑，另外庫(kù)水位升降及降雨會(huì)弱化滑坡面的力學(xué)參數(shù)，從而使滑坡的穩(wěn)定性降低。

4 庫(kù)水位升降和降雨作用下滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 計(jì)算工況

根據(jù)三峽水庫(kù)的調(diào)控方案和當(dāng)?shù)氐慕涤曩Y料，確定滑坡穩(wěn)定性分析的計(jì)算工況如下，工況一：152 m現(xiàn)狀水位上升至175 m，工況二：175 m水位下降至145 m，工況三：145 m水位上升至175 m，工況四：175 m水位下降至145 m+160 mm/d暴雨3 d，工況五：145 m水位上升至175 m+160 mm/d暴雨3 d。

4.2 穩(wěn)定性分析

通過(guò)Geo-studio軟件的SLOPE/W模塊計(jì)算滑坡的穩(wěn)定性，此處計(jì)算基于Ferdlund改進(jìn)后的抗剪強(qiáng)度理論，采用Morgenstern-Price極限平衡法對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如圖1，圖2所示。

由圖可知：滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)隨著庫(kù)水位上升逐漸增大。這是因?yàn)閹?kù)水位上升速度快于滑坡內(nèi)地下水，滑坡內(nèi)外產(chǎn)生水頭差而形成一個(gè)指向滑坡內(nèi)的滲透壓力，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)因此增大。

穩(wěn)定性系數(shù)最后趨于穩(wěn)定，原因是滑坡體受到地下水的浮力作用以及長(zhǎng)時(shí)間的浸泡降低了滑坡的抗剪強(qiáng)度。當(dāng)庫(kù)水位開(kāi)始下降時(shí)，滑坡內(nèi)的地下水下降速度落后于庫(kù)水位，導(dǎo)致滑坡內(nèi)外產(chǎn)生水頭差進(jìn)而形成了指向滑坡外的滲透力，這一滲透力不利于滑坡的穩(wěn)定性，因此滑坡的穩(wěn)定系數(shù)降低。當(dāng)庫(kù)水位下降一段時(shí)間后，坡體內(nèi)的水位也相應(yīng)下降。此時(shí)，滑坡內(nèi)外水頭差減小，滲透力減弱，此時(shí)浮力的作用大于滲透力，滑坡穩(wěn)定性小幅增大。與庫(kù)水位升降單獨(dú)作用時(shí)相比，滑坡的穩(wěn)定性在庫(kù)水位升降和暴雨一起作用時(shí)變得更小，而滑坡穩(wěn)定性變化趨勢(shì)則與庫(kù)水位升降單獨(dú)作用時(shí)基本相同，說(shuō)明暴雨促進(jìn)了滑坡的變形失穩(wěn)。

5 結(jié)語(yǔ)

1)公木滑坡為順層滑坡，它的形成有一定的地質(zhì)基礎(chǔ)。地形地貌、地層巖性和地質(zhì)結(jié)構(gòu)是滑坡變形的主要控制因素，庫(kù)水位升降和降雨是滑坡復(fù)活變形的主要誘發(fā)因素。2)對(duì)公木滑坡在暴雨和庫(kù)水位升降過(guò)程中穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析。結(jié)果表明：庫(kù)水位上升時(shí)，滑坡的穩(wěn)定性在不斷增大，庫(kù)水位上升速度越快，對(duì)滑坡的穩(wěn)定越有利，當(dāng)庫(kù)水位不再上升后，滑坡穩(wěn)定性小幅減小并趨于穩(wěn)定；庫(kù)水位下降時(shí)，滑坡穩(wěn)定性也隨之減小，庫(kù)水位下降速度越快，越不利于滑坡的穩(wěn)定，當(dāng)庫(kù)水位穩(wěn)定在145 m時(shí)，滑坡體的穩(wěn)定性系數(shù)小幅增加并趨于穩(wěn)定。3)庫(kù)水位下降時(shí)，滑坡內(nèi)的地下水下降速度滯后于庫(kù)水位，滑坡內(nèi)外產(chǎn)生高低水頭差而形成了指向滑坡外的滲透力，導(dǎo)致滑坡抗滑強(qiáng)度降低，不利于滑坡的穩(wěn)定。庫(kù)水位上升時(shí)，庫(kù)水位的上升速度快于滑坡內(nèi)的地下水，滑坡內(nèi)外產(chǎn)生高低水頭差而形成了指向滑坡內(nèi)的滲透力，對(duì)滑坡的穩(wěn)定性有利。4)降雨的不斷入滲，一方面增加了滑體自重、軟化了滑帶土，另一方面降低了滑坡的抗滑強(qiáng)度，促進(jìn)了滑坡淺表層的變形破壞。

[1] 王治華，楊日紅.三峽水庫(kù)區(qū)千將坪滑坡活動(dòng)性質(zhì)及運(yùn)動(dòng)特征[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2005,16(3):4-11.

[2] 殷躍平，彭軒明.三峽庫(kù)區(qū)千將坪滑坡失穩(wěn)探討[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007(3)：41-53.

[3] 連志鵬，譚建民，閆舉生，等.庫(kù)水位變化與降雨作用下庫(kù)岸斜坡穩(wěn)定性分析[J].安全與環(huán)境工程，2011(2):14-17.

[4] 周 麗，汪 洋，杜 娟.庫(kù)水位下降和降雨影響下李家灣滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算[J].安全與環(huán)境工程，2010(3):5-9.

[5] 李 曉，張年學(xué)，廖秋林，等.庫(kù)水位漲落與降雨聯(lián)合作用下滑坡地下水動(dòng)力場(chǎng)分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004(21):3714-3720.

[6] 汪 斌，唐輝明，朱杰兵，等.考慮流固耦合作用的庫(kù)岸滑坡變形失穩(wěn)機(jī)制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007(S2):4484-4489.

[7] 代貞偉，殷躍平，魏云杰，等.三峽庫(kù)區(qū)藕塘滑坡變形失穩(wěn)機(jī)制研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2016(1):44-55.

Abstract: In this paper, Gongmu landslide is chosen as a research subject in Three Gorges Reservoir. Based on the field geological survey and engineering geological exploration， engineering geological condition and deformation characteristics of landslide is introduced， and the formation mechanism of Gongmu landslide is analyzed. The finite element software Geo-studio is used to calculate the stability coefficient, achieves some conclusion for the landslide treatment.

Key words: Three Gorges Reservoir, landslide, numerical simulation, stability analysis

Analysis of formation mechanism of Gongmu landslide in Three Gorges Reservoir★

Ji Chenglei1Wei Yunjie2*Xu Youjun1Feng Chao1Zhang Dong1

(1.TheSchoolofArchitectureandCivilEngineering，InnerMongoliaUniversityofScience&Technology，Baotou014010，China; 2.ChinaInstituteofGeologicalEnvironmentMonitoring，Beijing100081，China)

2016-03-15★：國(guó)家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào)：41172254)

冀承蕾(1989- )，男，在讀碩士； 許有俊(1979- )，男，博士，副教授； 馮 超(1988- )，男，在讀碩士； 張 棟(1992- )，男，在讀碩士

魏云杰(1973- )，男，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師

1009-6825(2016)15-0051-02

P642.22

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