張　巖　陳國(guó)慶　張國(guó)峰　潘皇宋　何　艦

(①地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))　成都　610059)

(②四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院　成都　610017)

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庫(kù)水位變化對(duì)觀音坪滑坡穩(wěn)定性影響的數(shù)值分析*

張巖①陳國(guó)慶①?gòu)垏?guó)峰①潘皇宋①何艦②

(①地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))成都610059)

(②四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院成都610017)

為深入探究水庫(kù)水位變化對(duì)滑坡穩(wěn)定的影響，以西南地區(qū)某庫(kù)岸滑坡為例，在探明滑坡工程地質(zhì)條件和成因機(jī)制的基礎(chǔ)上，通過建立三維數(shù)值模型來分析流固耦合作用下庫(kù)水位變化對(duì)庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性及滑動(dòng)模式的影響。通過數(shù)值計(jì)算，獲得水庫(kù)天然狀態(tài)、初期蓄水、水位上升和下降條件下滑坡體內(nèi)塑性區(qū)分布和x方向位移變化情況。結(jié)合數(shù)值計(jì)算結(jié)果和滑坡實(shí)際變形破壞規(guī)律綜合分析庫(kù)水位變化對(duì)庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性的影響。分析結(jié)果顯示，水庫(kù)初期蓄水造成滑坡體變形開裂，使坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)；水位上升對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響較小，水位下降后滑坡穩(wěn)定性大幅降低，極可能發(fā)生失穩(wěn)破壞；水庫(kù)蓄水后坡體滑動(dòng)模式由推移式向牽引式轉(zhuǎn)變。

庫(kù)岸滑坡水位變化三維數(shù)值分析流固耦合滑動(dòng)模式

0　引　言

大型水庫(kù)和水電站的建設(shè)必然會(huì)破壞區(qū)域內(nèi)原有的地質(zhì)環(huán)境平衡，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)期的地質(zhì)環(huán)境調(diào)整和演化后再達(dá)到新的平衡狀態(tài)。而地質(zhì)環(huán)境的調(diào)整和演化往往伴隨有大量地質(zhì)災(zāi)害的形成及演變。隨著大量水利水電工程的興建，作為滑坡地質(zhì)災(zāi)害種類之一的庫(kù)岸滑坡越來越成為人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。水庫(kù)蓄水通常會(huì)誘發(fā)滑坡，是形成庫(kù)岸滑坡最主要原因之一，近年來，水庫(kù)水位變化對(duì)庫(kù)區(qū)滑坡穩(wěn)定性的影響越來越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注(Schuster，1979；中村浩之等，1990；張倬元等，1994；Chen et al.，2013；陳國(guó)慶等，2014；王力等，2014)。目前，庫(kù)岸滑坡的失穩(wěn)機(jī)制、類型以及蓄水后的穩(wěn)定性等方面已有大量研究成果，如汪斌等(2007)在流固耦合理論基礎(chǔ)上進(jìn)行工程實(shí)例的數(shù)值模擬，探討了考慮應(yīng)力場(chǎng)與滲流場(chǎng)耦合作用的庫(kù)岸滑坡變形失穩(wěn)機(jī)制；王志旺等(2004)在滑坡影響因素敏感性分析的基礎(chǔ)上結(jié)合滑坡可靠度計(jì)算及位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行了庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性研究；殷躍平(2005)在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的研究了三峽庫(kù)區(qū)邊坡的結(jié)構(gòu)及失穩(wěn)模式。關(guān)于庫(kù)水位變化對(duì)庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性影響方面的研究也有很大進(jìn)展，如羅紅明等(2008)利用有限元數(shù)值計(jì)算，研究了庫(kù)水位上升和下降對(duì)庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性的影響; 柳群義等(2008)從庫(kù)水位升降速率和不同滑坡體的滲透性入手，探討了庫(kù)水位變化時(shí)滑坡體孔隙水壓力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)情況; 王明華等(2007)采用剩余推力法和數(shù)值模擬方法，分析了各因素對(duì)庫(kù)岸滑坡的影響并對(duì)蓄水后庫(kù)岸滑坡的變形模式進(jìn)行了模擬分析。王俊等(2002)通過研究提出了劈楔型、傾倒型、傾倒-反翹型和卸荷型這4種邊坡的變形類型和機(jī)制；吳樹仁等(2006)研究提出了庫(kù)岸滑坡滑體控制、滑動(dòng)面控制及兩者組合控制這3類宏觀變形機(jī)理。劉才華等(2005)和張均峰等(2004)認(rèn)為庫(kù)水位的升降是致使庫(kù)岸滑坡產(chǎn)生失穩(wěn)破壞的最主要原因，庫(kù)水位升降時(shí)產(chǎn)生的孔隙水壓力作用及滲流作用是庫(kù)岸滑坡發(fā)生失穩(wěn)的關(guān)鍵因素。盡管目前已對(duì)庫(kù)岸滑坡開展了較多研究，但是關(guān)于庫(kù)水位變化條件下的庫(kù)岸滑坡失穩(wěn)破壞的三維數(shù)值模擬研究還相對(duì)較少，因此，有必要加強(qiáng)該方面的研究。

本文研究的觀音坪滑坡位于金沙江左岸屏山縣新安鎮(zhèn)下游約1.2km，該滑坡于向家壩水庫(kù)初期蓄水過程中形成，位于大壩上游55km處?；麦w上有省道S307通過且與大橋相連(圖1)，2012年10月，水庫(kù)蓄水至初期水位354m期間，滑坡體發(fā)生變形、開裂，若該滑坡體滑動(dòng)，將對(duì)省道S307、觀音坪大橋以及過往的車輛、航船以及行人的安全產(chǎn)生較大隱患。為了研究初期蓄水后水位上升及下降對(duì)該庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性的影響，在探明滑坡區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件及滑坡成因機(jī)制的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合ANSYS和FLAC3D有限元軟件建立三維數(shù)值模型，探討了庫(kù)水位變化對(duì)該庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性的影響。

圖1　滑坡全貌(初期蓄水)Fig.1　Landslide panorama(initial filling)

1　工程地質(zhì)概況

1.1地形地貌

圖2　滑坡地質(zhì)平面圖Fig.2　Landslide geological plan

1.2地質(zhì)構(gòu)造

滑坡位于近南北向展布的老林口向斜東翼，其W翼稍陡，E翼較為舒緩，向斜軸線與金沙江河段大角度相交?；聟^(qū)巖層總體為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀為N75°～80°E和NW∠3°～5°，局部巖層傾角較陡約為10°～15°?；聟^(qū)巖層連續(xù)性較好，與岸坡構(gòu)成反向坡，主要的結(jié)構(gòu)面是層間軟弱破碎夾層和節(jié)理裂隙。

1.3地層巖性

滑坡區(qū)地表覆蓋層較薄，邊坡與沖溝有大量基巖出露。殘積物及坡積物在滑坡體地表均有分布，其主要由砂質(zhì)黏土夾碎石組成，厚度為0.5～1.5m?；麦w下伏的基巖為侏羅系遂寧組(J2sn)粉砂質(zhì)泥巖夾雜少量泥質(zhì)粉砂巖?；w底部破碎帶主要為厚0.2～7.9m的紫紅色粉砂質(zhì)泥巖碎塊碎屑，邊坡的工程地質(zhì)剖面圖(圖3)。

圖3　邊坡工程地質(zhì)剖面圖Fig.3　Slope engineering geological profile

1.4水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)域位于四川盆地亞熱帶氣候西部邊緣區(qū)，受四川盆地氣候影響，雨量充沛且集中；并且由于本區(qū)自第四紀(jì)以來地殼強(qiáng)烈抬升，以金沙江為主的地表水系強(qiáng)烈深切，造成地形陡峻，河谷狹窄，地表徑流條件良好，有利于地下水的循環(huán)交替，本區(qū)地下水具有水量豐富、坡降大、埋藏深的特征。

2　滑坡特征與成因機(jī)制分析

如圖1所示，滑坡體坡頂高程約為445m，坡體寬約為300m，滑坡體后緣拉裂縫與大壩的初期蓄水位354m的高差約為91m，坡體前緣剪出口被庫(kù)水所淹沒，滑坡后緣拉裂縫(圖4)?；麦w面積約為4.68×104m2，體積約為89×104m3。水庫(kù)蓄水至初期水位354m后，滑坡體周邊可見弧形裂縫，滑坡體東側(cè)的變形較西側(cè)大，上部的變形較下部大。西側(cè)沖溝以擠壓剪切變形為主，邊坡頂部及東側(cè)以張拉變形為主。

圖4　滑坡后緣拉裂縫Fig.4　Landslide trailing edge cracks

地層巖性及控制性節(jié)理面是滑坡形成的根本原因?；聟^(qū)域最發(fā)育的一組節(jié)理基本平行于坡面，產(chǎn)狀為N63°～85°W，SW∠45°～63°，該組節(jié)理是構(gòu)成滑坡體后緣滑面的主要結(jié)構(gòu)面。滑坡體區(qū)還有一組產(chǎn)狀為N60°～87°W，SW∠25°～30°的緩傾角節(jié)理，充填方解石與少量泥膜。此外，滑坡區(qū)域粉砂質(zhì)泥巖中破碎夾層較發(fā)育?；碌谆嬗身樒孪虻木弮A角節(jié)理面、層面節(jié)理以及層間破碎夾層復(fù)合構(gòu)成，該滑坡失穩(wěn)模式屬巖質(zhì)切層滑動(dòng)破壞。

水庫(kù)蓄水則是誘發(fā)該滑坡最直接的原因，初期蓄水后地下水位上升，受地下水軟化作用，滑坡巖土體物理力學(xué)性質(zhì)降低，特別是滑帶，在水的作用下軟化并且這種軟化具有不可逆性。同時(shí)，滑坡體前緣受金沙江江水的浸泡軟化、沖刷和掏蝕，岸坡后退使坡體臨空面增大，事實(shí)上向家壩水庫(kù)蓄水至初期水位354m時(shí)，臨水庫(kù)邊坡就有多處塌岸，塌岸高度一般在2～5m之間，這些因素進(jìn)一步增大了滑坡失穩(wěn)的可能性。同時(shí)，水庫(kù)蓄水會(huì)造成坡體的懸浮減重效應(yīng)，坡體水下部分受浮力作用會(huì)抵消部分滑坡體的重量，導(dǎo)致滑坡體坡腳處的有效重量減少，使整個(gè)坡體的穩(wěn)定性降低。

高中生所面臨的學(xué)習(xí)任務(wù)繁重且時(shí)間過渡漫長(zhǎng)，與此同時(shí)學(xué)生將大量時(shí)間都投入課堂學(xué)習(xí)，因此課堂成為學(xué)生獲取知識(shí)并提升自身學(xué)習(xí)能力的主要場(chǎng)所之一.分析當(dāng)前的高中化學(xué)課堂，大部分學(xué)生對(duì)于高中化學(xué)的學(xué)習(xí)抱有“言聽計(jì)從”的態(tài)度，即面對(duì)教師提出來的觀點(diǎn)和理論并沒有自主深入探究的意識(shí).優(yōu)秀的學(xué)生不僅要具備良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，同時(shí)還應(yīng)有自我約束和自我管理的能力.自我管理能力在課堂學(xué)習(xí)中顯得尤為重要，能否合理管理自身注意力、自身學(xué)習(xí)態(tài)度等對(duì)課堂學(xué)習(xí)質(zhì)量影響深遠(yuǎn).因此教師要嘗試在課堂教學(xué)中喚醒學(xué)生的自我管理意識(shí)，進(jìn)而逐步引導(dǎo)他們?cè)谡n堂上實(shí)踐自我管理能力.

表1　數(shù)值計(jì)算參數(shù)

Table 1　Numerical calculation parameters

地層天然密度/kN·m-3彈性模量/GPa泊松比內(nèi)摩擦角/(°)黏聚力/MPa滲透率/m2·Pa-1·sec-1孔隙率天然狀態(tài)飽和狀態(tài)天然狀態(tài)飽和狀態(tài)滑坡體25.80.850.2920.3170.20.1127×10-110.35滑帶24.80.750.2918150.10.069×10-110.40風(fēng)化層26.51.050.2624.221.80.350.251×10-110.25基巖27.040.1540—2———

3　基于流固耦合的三維數(shù)值模擬分析

3.1建模及計(jì)算

為了進(jìn)一步分析驗(yàn)證邊坡變形破壞機(jī)制，探究水庫(kù)蓄排水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的具體影響，本文運(yùn)用FLAC3D開展了流固耦合作用下庫(kù)水位變化對(duì)庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性影響的三維數(shù)值模擬分析。在應(yīng)用FLAC3D的流固耦合模塊計(jì)算時(shí)，巖土體被視為多孔介質(zhì)，流體在孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)在依據(jù)Darcy定律時(shí)同樣滿足Biot方程。計(jì)算時(shí)首先采用滲流程序模塊計(jì)算單場(chǎng)的滲流場(chǎng)，再用應(yīng)力場(chǎng)程序模塊進(jìn)行迭代計(jì)算，然后再將應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果代入到滲流場(chǎng)中來進(jìn)行流固耦合計(jì)算，這樣就得到了應(yīng)力場(chǎng)影響下的滲流場(chǎng)。經(jīng)過這兩個(gè)模塊程序的交互式反復(fù)迭代，最終獲得雙場(chǎng)收斂條件下的應(yīng)力場(chǎng)及滲流場(chǎng)。

利用ANSYS軟件建立滑坡區(qū)域三維模型，劃分網(wǎng)格后導(dǎo)入FLAC3D，采用摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。如圖5所示，模型尺寸順河流方向取寬度530m(X方向)，臨河方向取長(zhǎng)360m(Y方向)，最大高度254m(Z方向)，模型網(wǎng)格劃分為四面體，共60516個(gè)節(jié)點(diǎn)，332718個(gè)單元。模型邊界條件為側(cè)面和底面法向約束，上表面自由。

圖5　滑坡區(qū)域三維數(shù)值計(jì)算模型Fig.5　Three-dimensional numerical calculation model of landslide area

圖6　監(jiān)測(cè)剖面及測(cè)斜孔布置Fig.6　Monitoring section and dip hole layout1.滑坡體；2.滑帶；3.風(fēng)化層；4.基巖

圖7　不同水位坡體塑性區(qū)分布圖Fig.7　Plastic to distinguish the different water level slope layouta.天然狀態(tài)(工況1)；b.初期蓄水354m(工況2)；c.正常蓄水380m(工況3)；d.水位從380m下降到354m(工況4)

為了便于分析滑坡體內(nèi)部的變形破壞，取滑坡體中部y=250m剖面作為分析剖面，在剖面上滑坡體后緣和前緣分別布置測(cè)斜孔ZK1、ZK2(圖6)。根據(jù)實(shí)際情況，考慮以下4種工況進(jìn)行計(jì)算，工況1：水庫(kù)未蓄水時(shí)的天然非飽和狀態(tài)；工況2：庫(kù)水初期蓄水354m；工況3：庫(kù)水位從初期蓄水水位354m驟升至正常蓄水水位380m；工況4：庫(kù)水位從380m驟降至354m。結(jié)合地質(zhì)資料，數(shù)值計(jì)算參數(shù)(表1)。

3.2計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，獲取4種工況下塑性區(qū)分布情況(圖7)及安全系數(shù)變化圖(圖8)。由圖7a可知，工況1條件下，水庫(kù)未蓄水，邊坡處于天然非飽和狀態(tài)。此時(shí)，滑帶的塑性區(qū)零星出現(xiàn)，此工況下的滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.67，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

由圖7b可知，工況2條件下，水庫(kù)初期蓄水高程為354m時(shí)，滑帶中下部的塑性區(qū)較明顯并且已貫通滑坡前緣，滑坡剪出口位于庫(kù)水位以下，滑坡前緣有明顯的下滑趨勢(shì)，滑坡后緣處于張拉狀態(tài)，這與前文中分析的滑坡成因機(jī)制是一致的。此工況下的滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)由工況1的1.67驟降至1.27，降幅為30%。這是因?yàn)槌跗谛钏?，滑坡地下水位上升，滑坡土體受地下水軟化及懸浮減重作用發(fā)生變形開裂并處于欠穩(wěn)定狀態(tài)?？梢姡瑤?kù)區(qū)初期蓄水會(huì)較大地降低坡體的穩(wěn)定性，需引起注意。

由圖7c可知，工況3條件下水庫(kù)蓄水至正常水位380m后，滑帶的塑性區(qū)向滑坡體后緣發(fā)展，滑坡體中部水位以下的滑體出現(xiàn)塑性區(qū)，滑體前緣下滑帶沒有出現(xiàn)塑性區(qū)，滑坡后緣存在拉裂區(qū)。這是因?yàn)槠麦w的地下水位線隨著水位上升而上升，進(jìn)而使得滑坡中部的滑體和滑帶進(jìn)一步軟化。而坡體前緣則由于庫(kù)水產(chǎn)生的較大靜水壓力反壓坡腳，使滑坡前緣的下滑趨勢(shì)受阻，故滑坡塑性區(qū)主要集中在坡體中后部。此工況下的滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)由工況2的1.27略增至1.29，增幅為1.6%?？梢?，水位進(jìn)一步上升對(duì)滑坡體后緣穩(wěn)定性不利，對(duì)滑坡體前緣穩(wěn)定性有利，對(duì)滑坡體整體穩(wěn)性影響較小。在水庫(kù)蓄水至正常水位后，滑坡后緣和中部可能出現(xiàn)局部失穩(wěn)，滑坡前緣相對(duì)穩(wěn)定。

由圖7d可知，工況4條件下水位從正常蓄水高程380m下降到初期蓄水354m后，整個(gè)坡體的塑性區(qū)幾乎完全貫通，形成貫通的滑帶，滑坡頂部出現(xiàn)拉裂縫區(qū)。這是因?yàn)樗惑E降時(shí)坡體地下水位線下降滯后，作用在滑坡中部的靜水壓力消失，這使得坡體內(nèi)部的超孔隙水壓力和滲透力指向坡外，產(chǎn)生向外的拖拽力，對(duì)滑坡體穩(wěn)定性十分不利。此工況下的穩(wěn)定安全系數(shù)為由工況3的1.27驟降至1.06，降幅為17%。可見，水位驟降對(duì)滑坡體穩(wěn)定性降低作用明顯，此時(shí)滑坡體的安全系數(shù)接近臨界值，隨時(shí)會(huì)出現(xiàn)整體失穩(wěn)。

圖8　不同工況下安全系數(shù)變化圖Fig.8　The safety factor variation under different conditions

為進(jìn)一步分析庫(kù)水位升降對(duì)滑坡的影響，根據(jù)測(cè)斜孔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得到庫(kù)水位由354m上升至380m(工況2)和庫(kù)水位由380m下降至354m(工況3)時(shí)坡體X方向水平位移增量隨深度變化曲線(圖9)?？梢钥闯?，滑坡體在孔深20m處有明顯的滑移，據(jù)此可推斷滑坡滑面位于孔深20m附近處；水庫(kù)初期蓄水后，庫(kù)水位上升引起的滑坡體水平位移增量很小，且滑坡后緣較滑坡前緣位移增量較大。即水位上升對(duì)滑坡后緣位移影響大于滑坡前緣，但總體上引起的位移很??；庫(kù)水位下降引起的滑坡體水平位移增量較大，且滑坡前緣水平位移增量遠(yuǎn)大于滑坡后緣，即水位下降對(duì)滑坡體位移影響較大，且滑坡前緣水平位移增量大于滑坡后緣，這很可能導(dǎo)致滑坡體失穩(wěn)破壞。

圖9　測(cè)斜孔X水平方向位移增量Fig.9　Dip hole horizontal displacement on the X deltaa.ZK1；b.ZK2

綜合以上分析可以看出：滑坡體由天然狀態(tài)到蓄水后狀態(tài)其穩(wěn)定性會(huì)大幅度的降低；相同水位情況下，庫(kù)水位上升對(duì)滑坡體的穩(wěn)定性影響較小，相反，庫(kù)水位下降則會(huì)較大幅度降低滑坡穩(wěn)定性?？梢?，水庫(kù)初次蓄水及庫(kù)水位驟降情況下極有可能引起滑坡的整體失穩(wěn)破壞，需要特別注意和及時(shí)防范。

4　庫(kù)水位變化對(duì)滑動(dòng)模式的改變

水庫(kù)蓄水會(huì)改變坡體的滑動(dòng)模式(朱冬林等，2002；羅曉紅等，2003；包太等，2004；盧永興等，2014)。水庫(kù)蓄水前，大多數(shù)滑坡的抗滑段位于下部，上部由于后緣失穩(wěn)等原因會(huì)向下滑動(dòng)并推動(dòng)下部巖體滑動(dòng)，形成推移式滑坡，表現(xiàn)出滑帶變形由后緣向前緣傳遞的特征。水庫(kù)蓄水后，滑坡下部的抗力鎖固段由于懸浮減重作用發(fā)生滑動(dòng)變形，滑體上部由于失去支撐而變形滑動(dòng)，形成牽引式滑坡，表現(xiàn)出滑帶變形由前緣向后緣傳遞的特征(圖10)。

圖10　蓄水后滑動(dòng)模式改變Fig.10　Sliding mode change after the impoundmenta.推移式；b.牽引式

為探究庫(kù)水位變化對(duì)滑坡滑動(dòng)模式的改變情況，文中分別對(duì)4種工況下滑坡體X方向位移等值線云圖(圖11)進(jìn)行分析?？梢钥闯?，蓄水前(工況1)坡體處于天然非飽和狀態(tài)，此時(shí)坡體變形主要集中于滑坡后緣，以張拉破壞為主，表現(xiàn)出推移式滑坡變形由后緣向前緣傳遞發(fā)展的特征。蓄水后(工況2、工況3和工況4)，坡體前緣受水體軟化和懸浮減重效用影響，變形由后緣轉(zhuǎn)移到前緣，滑動(dòng)模式由推移式轉(zhuǎn)為牽引式。可見，水庫(kù)蓄水后滑坡體的前緣部位將會(huì)成為影響坡體整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵部位，在滑坡監(jiān)控量測(cè)及治理過程中應(yīng)該著重考慮。

圖11　蓄水前后坡體X方向位移等值線圖Fig.11　The X direction displacement of slope body contour map before and after impoundinga.未蓄水(工況1)；b.初期蓄水354m(工況2)；c.正常蓄水380m(工況3)；d.水位從380m下降到354m(工況4)

分析滑坡體X方向的最大位移量變化情況(圖12)，可以看出，滑坡未蓄水(工況1)時(shí)X方向的最大位移量為4.1cm，位于滑坡后緣；蓄水至354m(工況2)后，X方向的最大位移量出現(xiàn)在坡體前緣為3.6cm；水位由354m升至380m(工況3)時(shí)X方向的最大位移量為3.4cm，相比工況2有所降低，降幅為5.6%，這與圖7中由工況2到工況3時(shí)安全系數(shù)略微增加的變化情況相符合，都是由于庫(kù)水位上升導(dǎo)致坡體所受靜水壓力增加進(jìn)而反壓坡腳所致；水位由380m驟降至354m(工況4)時(shí)X方向的最大位移量驟增至6.9cm，相比工況3大幅增加，增幅達(dá)51%，這也與圖8中由工況3到工況4時(shí)安全系數(shù)較大幅降低的情況相符合，都是由坡體內(nèi)部的超孔隙水壓力和滲透力產(chǎn)生的指向坡外的拖拽力導(dǎo)致。

總體來看，水庫(kù)蓄水與否對(duì)滑坡滑動(dòng)模式有很大影響，通常蓄水前為推移式滑坡，而蓄水后會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳交隆?kù)水位驟降對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響大于庫(kù)水位上升的影響。

圖12　4種工況下X向最大位移變化圖Fig.12　The X direction maximum displacement variation in four conditions

圖13　岸坡前緣受庫(kù)水侵蝕破壞Fig.13　Frontal bank slope by water erosion

5　討　論

與普通滑坡相比，庫(kù)岸滑坡最大的特點(diǎn)是其受水的作用影響較大，基于這種考慮，本文從水這一主導(dǎo)因素入手，在庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性分析中，應(yīng)用流固耦合的模擬方法對(duì)水-巖的相互作用進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，將水作用耦合到滑坡巖土體的力學(xué)計(jì)算中來探究庫(kù)岸滑坡的破壞機(jī)制和演化機(jī)理。

庫(kù)水和庫(kù)岸滑坡的相互作用機(jī)制是十分復(fù)雜的，受不同水文環(huán)境和工程地質(zhì)情況的影響，庫(kù)岸滑坡受庫(kù)水的影響也不盡相同(鄧宏艷，2011)，具體表現(xiàn)在：

(1)庫(kù)水對(duì)庫(kù)岸滑坡體的淺表改造作用。庫(kù)岸滑坡前緣坡體位于庫(kù)水位漲落變化帶上，受庫(kù)水沖刷及浪蝕作用影響，坡體前緣部位不斷發(fā)生坍岸破壞，致使岸坡前緣不斷向后縮減，導(dǎo)致滑坡前緣臨空面不斷增大，進(jìn)一步加大了坡體失穩(wěn)的概率。

(2)庫(kù)水對(duì)庫(kù)岸滑坡體巖土性質(zhì)的弱化作用。水位線以下部位的坡體受水長(zhǎng)期浸泡處于飽和狀態(tài)，滑坡巖土體的物理及化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生較大變化：受庫(kù)水作用，巖土體會(huì)產(chǎn)生泥化及軟化效應(yīng)；由于可溶性鹽的遇水溶解，滑坡巖土體會(huì)發(fā)生潛蝕及溶蝕；特殊性質(zhì)的巖土體如高嶺土及黏土等會(huì)在水中產(chǎn)生崩解及膨脹。同時(shí)，處于飽和狀態(tài)的巖土體其孔隙水壓力一般較高，受此影響，巖土體的有效應(yīng)力也會(huì)大幅下降。因此，庫(kù)水對(duì)滑坡巖土體性質(zhì)的大幅弱化會(huì)導(dǎo)致庫(kù)滑坡的發(fā)生。

(3)庫(kù)水對(duì)庫(kù)岸滑坡體地下水的影響。庫(kù)水會(huì)通過滲流的方式對(duì)坡體的地下水位產(chǎn)生影響。庫(kù)岸滑坡的地下水位會(huì)隨著庫(kù)水位的升降而升降，但存在一定的滯后效應(yīng)，其滯后時(shí)間的長(zhǎng)短取決于滑坡體滲透性的強(qiáng)弱程度。當(dāng)?shù)叵滤簧仙龝r(shí)，坡體受其托浮力影響而抗滑力下降，進(jìn)而滑坡體整體穩(wěn)定性也降低；當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r(shí)，其下降速率明顯滯后于庫(kù)水位，會(huì)在坡體內(nèi)形成指向坡外的水力梯度，產(chǎn)生向外的拖拽力，同時(shí)也會(huì)形成滲流，造成巖土體顆粒的流失及強(qiáng)度降低，降低滑坡體的穩(wěn)定性。

實(shí)際上，因庫(kù)水位上升及下降產(chǎn)生的滑坡均有案例可循，而庫(kù)水位上升和下降對(duì)坡體穩(wěn)定性的影響究竟那個(gè)占主導(dǎo)地位，那個(gè)占次要地位，或者是共同聯(lián)合作用都要視每個(gè)滑坡具體的巖土性質(zhì)、水文地質(zhì)和工程地質(zhì)情況而定，不能一概而論。就本文而言，庫(kù)水位下降是影響滑坡穩(wěn)定性的主導(dǎo)因素，遠(yuǎn)大于庫(kù)水位上升對(duì)其影響。

庫(kù)岸滑坡在水作用下的形成過程情況各異，十分復(fù)雜，目前的研究大多還停留在定性分析的階段，如何能定量分析這一問題，還有待進(jìn)一步的研究。

6　結(jié)　論

(1)地層巖性及控制性節(jié)理面是形成該滑坡的內(nèi)在因素，而水庫(kù)蓄水則是誘發(fā)該滑坡最直接的原因。庫(kù)水位驟降對(duì)滑坡穩(wěn)定的影響大于庫(kù)水位上升的影響。

(2)水庫(kù)蓄水前，滑帶位置零星出現(xiàn)塑性區(qū)，坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)；初期蓄水354m后，滑坡中下部滑帶塑性區(qū)發(fā)展，滑坡的安全系數(shù)大幅降低，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；從初期水位上升至正常水位時(shí)滑帶塑性區(qū)向滑坡后緣發(fā)展，滑坡前緣塑性區(qū)消失，滑坡體穩(wěn)定性安全系數(shù)略微增大；從正常水位下降至初期水位時(shí)，整個(gè)滑帶塑性區(qū)幾乎完全貫通，滑坡體穩(wěn)定性安全系數(shù)大幅降低，滑坡體很可能出現(xiàn)整體失穩(wěn)。

(3)水庫(kù)蓄水會(huì)改變坡體的滑動(dòng)模式，蓄水后，受軟化和懸浮減重等作用影響，坡體滑動(dòng)模式由推移式向牽引式轉(zhuǎn)變。

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NUMERICAL ANALYSIS OF INFLUENCE OF WATER LEVEL VARIATION ON GUANYINPING LANDSLIDE STABILITY

ZHANG Yan①CHEN Guoqing①ZHANG Guofeng①PAN Huangsong①HE Jian②

(①State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu610059)

(②Sichuan Communication Surveying & Design Institute，Chengdu610017)

In order to explore the influence of landslide stability by the change of reservoir water level，a reservoir bank landslide in Southwest China is researched.According to the engineering geological conditions and genetic mechanism of landslide，the effect of variation of water level impacting on the landslide stability and sliding mode based on fluid-solid coupling is analyzed through a three-dimensional numerical model.The plastic zone distribution and X-displacements under nature state，initial impoundment，water level rise and water level fall are obtained through numerical calculation.The stability of reservoir bank landslide under different water levels is analyzed comprehensively.The results of numerical calculation and actual deformation features are also taken into account in the analysis.The results show the follows.The landslide deformation due to the first water storage of reservoir can cause the slope into unstable state.The water level rise has little influences on the landslide stability.The landslide stability is reduced sharply and the slope is likely to occur instability damage when the water level falls.The failure mode of landslide would be diverted from push mode to drag mode after the water storage of reservoir．

Reservoir bank landslide，Variation of water level，3D numerical analysis，F(xiàn)luid-solid coupling，Sliding mode

10.13544/j.cnki.jeg.2016.04.003

2015-05-25;

2015-10-07.

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)項(xiàng)目(2013CB733202)，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41272330，41572283)資助.

張巖(1988-)，男，碩士生，主要從事巖土體穩(wěn)定性及工程效應(yīng)方面的研究.Email: 1012929420@qq.com

P642.22

A