【摘要】自三峽水庫(kù)蓄水至175m后，庫(kù)水位在175～145m之間周期性波動(dòng)，滑坡地下水滲流狀態(tài)將會(huì)發(fā)生較大的改變，可能導(dǎo)致滑坡失穩(wěn)。因此，研究庫(kù)水位周期性波動(dòng)下滑坡的穩(wěn)定性具有十分重要的意義。選取三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)樹(shù)坪滑坡利用Geo-Studio軟件，分析設(shè)置地下排水對(duì)樹(shù)坪滑坡的穩(wěn)定性的影響。設(shè)置坡度為1°的排水孔對(duì)樹(shù)坪滑坡進(jìn)行工程治理，計(jì)算得到滑坡地下水的滲流曲線(xiàn)，結(jié)果表明設(shè)置地下排水可以降低滑坡的地下水位線(xiàn)?；路€(wěn)定性能在一定程度上有所提高。

【關(guān)鍵詞】庫(kù)水位漲落；飽和-非飽和滲流；地下排水；庫(kù)岸滑坡；穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

1、引言

庫(kù)水位周期性漲落是誘發(fā)水庫(kù)滑坡的主要因素。國(guó)內(nèi)外由于庫(kù)水位漲落引起庫(kù)岸滑坡的實(shí)例較為常見(jiàn)。目前在庫(kù)水位漲落作用下庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性研究較多，滑坡的研究應(yīng)該和滑坡的治理研究結(jié)合起來(lái)。關(guān)于滑坡的治理，人們常常采用一些諸如擋土墻、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索等治理方法，雖然此類(lèi)“以剛治柔”的方法見(jiàn)效快，但耗時(shí)耗力，既浪費(fèi)土地又破壞生態(tài)環(huán)境，并非最佳治理方法。因此，針對(duì)滑坡中的地下水作用展開(kāi)治理方法的研究，對(duì)民生發(fā)展有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

由于地表排水和地下排水在治理滑坡中的高度有效性，這兩種方法被大量用于滑坡治理的過(guò)程中。為了預(yù)防和治理滑坡，最廣泛和最成功的方法就是部分或者全部使用地下水控制技術(shù)。一般認(rèn)為，排水主要通過(guò)降低地下水位、地下水的滲透體力來(lái)提高滑坡穩(wěn)定性。本文僅就設(shè)置地下水平排水洞對(duì)樹(shù)坪滑坡穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析。

2、樹(shù)坪滑坡基本特征及假定的工程治理措施

2.1 樹(shù)坪滑坡概況

樹(shù)坪滑坡位于三峽庫(kù)區(qū)湖北省秭歸縣沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)樹(shù)坪村一組，長(zhǎng)江南岸岸坡，下距三峽工程大壩壩址約47 km，地理坐標(biāo)經(jīng)度110°37’0″，緯度30°59’37″。樹(shù)坪滑坡平面形態(tài)呈馬鞍形。樹(shù)坪滑坡東側(cè)以葉兒開(kāi)溝為界，東側(cè)后緣位于沙黃公路以上的姜家灣一帶，后緣呈明顯的圈椅狀地形，弧頂高程為400m，后緣兩側(cè)滑壁高8-15m，坡度60-80°。西側(cè)后緣位于沙黃公路以上的榨房一帶，呈220-270°方向延伸的弧狀陡坎，壁坎高5-15m，坡度60-70°；后緣西側(cè)邊界不甚清晰，地形相對(duì)較緩，坡度40°左右，坡高5m。滑坡西側(cè)以SN走向的龍井溝為界。前緣位于高程70m左右（大部處于庫(kù)水位下）。

2.2 變形監(jiān)測(cè)成果

樹(shù)坪滑坡為三峽庫(kù)區(qū)二期地質(zhì)災(zāi)害專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院承擔(dān)了樹(shù)坪滑坡的專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)工作，專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)主要采取宏觀巡視、8個(gè)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)和4個(gè)深部位移監(jiān)測(cè)孔等手段進(jìn)行。

地表位移監(jiān)測(cè)：變形區(qū)現(xiàn)有8個(gè)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)（SP-2、SP-6、ZG85、ZG86、ZG87、ZG88、ZG89、ZG90）。

截至2013年4月，樹(shù)坪滑坡SP-2、SP-6、ZG85、ZG86、ZG88，5個(gè)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)多年監(jiān)測(cè)累積水平位移量為3152.8-4414.7mm；ZG87號(hào)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)多年監(jiān)測(cè)累積水平位移量為1550.6mm；ZG89點(diǎn)多年監(jiān)測(cè)累積水平位移量為678.0mm，ZG90點(diǎn)累積水平位移量為288.0mm。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移方向除ZG87為北北西外，其它均為北北東方向（即指向長(zhǎng)江方向）。

自2003年6月實(shí)施專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)以來(lái)至2012年10月，樹(shù)坪滑坡呈現(xiàn)階躍變形特征，變形部位主要集中在滑坡東側(cè)、中部和滑坡西側(cè)下部，即屈家坪、火田灣以及下樹(shù)坪一帶，GPS位移監(jiān)測(cè)顯示其位移具有同步性。截至樹(shù)坪滑坡治理工程開(kāi)始前，樹(shù)坪滑坡主滑區(qū)地表位移測(cè)顯示變形特征是：每年4-9月出現(xiàn)加速變形，位移變形曲線(xiàn)類(lèi)型表現(xiàn)為階梯（躍）型。特別是在2012年5-6月份，樹(shù)坪滑坡體主滑區(qū)變形出現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)以來(lái)的最大變形速率，達(dá)36.4mm/d（2012年6月13日），而滑坡西側(cè)中后部滑體（牽引區(qū)）變形較小。

三峽水庫(kù)水位抬升，庫(kù)水入滲進(jìn)入滑坡體，滑坡體淹沒(méi)部分附加了庫(kù)水向坡體的滲透壓力，一定程度上有利于邊坡穩(wěn)定，這與樹(shù)坪滑坡在每年水庫(kù)水位蓄水期間滑坡位移速率減小一致；但水位下降時(shí)，滑體地下水水位下降滯后于庫(kù)水位，形成了地下水位與庫(kù)水位正落差，庫(kù)水下降速率越快，形成的落差就愈大，相應(yīng)的動(dòng)水壓力就愈大，從而牽引滑坡變形，不利于滑坡體的穩(wěn)定，這與每年三峽水庫(kù)退水時(shí)滑坡變形速率加快是一致的。

因此，在治理滑坡時(shí)考慮設(shè)置地下排水工程，減小由于庫(kù)水位下降時(shí)產(chǎn)生的水位差降低動(dòng)水壓力是提高樹(shù)坪滑坡穩(wěn)定性的一種有效的治理方法。

2.3 滑坡排水工程設(shè)置

樹(shù)坪滑坡是涉水滑坡，在庫(kù)水位消落期間，飽水區(qū)處于175m以下，地下排水需要排出145m-175m范圍的地下水。對(duì)于整體穩(wěn)定性，地下排水洞長(zhǎng)度越大，排水效果越好。擬定地下排水洞由滑坡坡面一直到滑坡滑動(dòng)面，排水洞朝向坡內(nèi)大致與滑坡滑動(dòng)方向一致。排水洞長(zhǎng)度146.97m，排水洞排水坡度為1°，排水洞洞口底面高程150m。

3、排水前后滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

3.1 計(jì)算原理

為了揭示三峽水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中滑坡的穩(wěn)定性變化規(guī)律，采用Geo-Studio軟件，首先在SEEP/W中對(duì)該滑坡在不同庫(kù)水位工況下的地下水滲流場(chǎng)的變化進(jìn)行了研究，然后將計(jì)算得到的孔隙水壓力導(dǎo)入到slope/w模塊進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法采用Morgenstern-Price法。

SEEP/W的理論公式基于飽和與非飽和土體滲流的達(dá)西定律，表達(dá)如下：

水位變動(dòng)時(shí)滑坡中的滲流場(chǎng)是飽和-非飽和滲流場(chǎng)，非飽和土區(qū)水的流動(dòng)服從達(dá)西定律。根據(jù)達(dá)西定律和質(zhì)量守恒連續(xù)性方程，可導(dǎo)出二維飽和-非飽和滲流的基本方程：

式（2）為飽和—非飽和滲流的瞬態(tài)分析控制方程，等式右端項(xiàng)給出土體儲(chǔ)水變化率。當(dāng)?shù)仁接叶隧?xiàng)等于0時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)飽和—非飽和滲流的穩(wěn)態(tài)分析。

3.2 計(jì)算模型與邊界條件

根據(jù)勘探資料，考慮計(jì)算模型和邊坡體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，計(jì)算剖面選取平行于主滑方向的地質(zhì)剖面作為計(jì)算剖面，數(shù)值計(jì)算模型如圖1所示，模擬的滑坡區(qū)域分為滑體、滑帶及滑床三部分，模型共剖分為4564個(gè)節(jié)點(diǎn)，4653個(gè)網(wǎng)格單元，數(shù)值模型中初始地下水位為175m水位線(xiàn)。

圖1數(shù)值計(jì)算模型

3.3 計(jì)算工況的擬定

三峽庫(kù)區(qū)建成以后，汛期為（6月中旬～9月底）水庫(kù)限制水位為145m，以便洪水來(lái)臨時(shí)攔蓄洪水。若遇上洪水，壩前水位達(dá)到147.2m（5年一遇），20年、100年和1000年一遇洪水壩前水位分別為157.5m、166.7m和175.0m。洪峰過(guò)后，水庫(kù)水位又迅速降低到防洪限制水位145m左右，以防備可能再次發(fā)生洪水。三峽水庫(kù)壩前水位在175m～145m之間波動(dòng)，庫(kù)水位變幅為30m。為了研究庫(kù)水位對(duì)樹(shù)坪滑坡的影響，本論文選取2012年實(shí)際庫(kù)水位4日，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)工況的145m、156m、162m和175m的特征水位（見(jiàn)表1）。

計(jì)算參數(shù)取值方法主要是通過(guò)：一、地勘成果分析（包括原位試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)等）；二、反演分析；三、參考類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)等綜合分析后取值（見(jiàn)表2）。

4、計(jì)算結(jié)果分析

水庫(kù)高水位長(zhǎng)期浸泡會(huì)導(dǎo)致老滑坡滑帶軟化泥化，力學(xué)強(qiáng)度降低，庫(kù)水位快速消落導(dǎo)致滑坡體內(nèi)產(chǎn)生巨大動(dòng)水壓力。庫(kù)水位升降對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響顯而易見(jiàn)（如圖5）庫(kù)水位由175m下降到145m時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低，滑坡在庫(kù)水位145.09m和156.26m時(shí)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)小于1，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。滑坡在庫(kù)水位161.96m時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)為1.008處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。隨著水位提升庫(kù)水入滲進(jìn)入滑坡體，滑坡體淹沒(méi)部分附加了庫(kù)水向坡體的滲透壓力，邊坡穩(wěn)定逐漸提升，這與水庫(kù)水位蓄水期間滑坡位移速率減小一致，庫(kù)水位在174.87m時(shí)，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.037，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

設(shè)置地下排水后2012年排水后穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)（如圖2）滑坡地下水位下降明顯，設(shè)置地下排水后滑坡穩(wěn)定性能在四種庫(kù)水位下均有一定程度的提高（如圖3），說(shuō)明三峽水庫(kù)退水速率過(guò)快導(dǎo)致滑體地下水水位下降滯后于庫(kù)水位，形成了地下水位與庫(kù)水位正落差是牽動(dòng)該滑坡體變形的主要原因。

5、結(jié)論

通過(guò)對(duì)樹(shù)坪滑坡在2012年工況下對(duì)其排水工況和無(wú)排水工況下建立飽和—非飽和滲流場(chǎng)模擬下的滑坡穩(wěn)定性分析研究，得到如下結(jié)論：

（1）假定一種對(duì)樹(shù)坪滑坡進(jìn)行工程治理的方案，在設(shè)置1°地下排水洞的情況下滑體內(nèi)地下水位明顯下降，降低了由于庫(kù)水位快速消落引起的滑體內(nèi)外水頭差，滑坡穩(wěn)定性有一定程度的提高。

（2）樹(shù)坪滑坡穩(wěn)定性受滑坡內(nèi)地下水影響較為明顯，內(nèi)外水頭差越大滑坡穩(wěn)定性越低，設(shè)置地下排水后滑坡內(nèi)地下水位下降越多滑坡的穩(wěn)定性提高越多。

（3）在庫(kù)水位下降時(shí)滑坡穩(wěn)定性逐漸下降，庫(kù)水位上升時(shí)滑坡穩(wěn)定性逐漸提高，同一特征水位情況下庫(kù)水位上升時(shí)的穩(wěn)定性系數(shù)比下降時(shí)的穩(wěn)定性系數(shù)大，庫(kù)水入滲進(jìn)入滑坡體，滑坡體淹沒(méi)部分附加了庫(kù)水向坡體的滲透壓力，一定程度上有利于邊坡穩(wěn)定。

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