(1.長江科學(xué)院 科研基地(沌口)管理辦公室，湖北 武漢 430010；2.湖北省水利水電科學(xué)研究院，湖北 武漢430070)

1 研究背景

長江南岸湖北省巴東縣新城某堆積體滑坡，平面呈蝶狀向北展布，屬巨型巖土混合滑坡。歷史上，該滑坡前緣臨江一帶曾多次發(fā)生不同規(guī)模的塌岸和滑坡。近年來，滑坡區(qū)發(fā)生了多起淺表層或局部滑坡，給當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)構(gòu)成威脅或帶來損失。

三峽水庫蓄水以來，由于防洪需要，庫水位在175～145 m范圍內(nèi)變動(dòng)。庫水位的抬升和周期性漲落，改變了岸坡原有的水-巖作用環(huán)境與條件，成為誘發(fā)水庫滑坡地質(zhì)災(zāi)害的主要影響因素。

本文根據(jù)已有地質(zhì)勘查資料和前人相關(guān)研究成果，建立Ⅰ號(hào)崩滑堆積體滑坡的地質(zhì)概化模型，根據(jù)滑坡的穩(wěn)定現(xiàn)狀對滑帶力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了分析論證。據(jù)此對175 m水位、175 m水位消落至145 m水位以及疊加地震等工況的滑坡穩(wěn)定性作出分析和評(píng)價(jià)。

2 滑坡基本地質(zhì)特征

Ⅰ號(hào)崩滑堆積體滑坡后緣高程在290～250 m，前緣直抵長江，高程90～70 m。堆積體南北向最大長度770 m，東西寬450～500 m，面積 32.50萬m2。崩滑體平均厚度為 69.40 m，一般為60～80 m，前緣薄，中上部厚，最大厚度為95.27 m，最小厚度為31.66 m。

堆積體物質(zhì)成分以塊石土為主，次為碎石夾(含)粘性土，碎石土呈透鏡體狀分布，三類土的體積比約為6∶3∶1。塊石土塊徑一般60～200 cm，部分300～500 cm，極少數(shù)大于500 cm。塊石與塊石間多夾(含)有碎石、碎石土，土石比1∶9～2∶8。塊石土累計(jì)厚度一般為40～60 m，多分布于135 m高程以上地帶。碎石夾(含)土，土石比2∶8～3∶7，碎石多呈棱角狀至次棱角狀，極少數(shù)呈次圓狀。黏性土一般為砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土。該層主要分布于135 m高程以下地帶，累計(jì)厚度35～70 m。碎石土與土石比約為6∶4～8∶2，呈透鏡體狀分布于塊石、碎石層中。碎石直徑一般為2～5 cm，少數(shù)為10～15 cm，多呈次棱角狀，接近基巖面的碎石多具弱至中風(fēng)化特征，少數(shù)強(qiáng)風(fēng)化。土體以粉質(zhì)粘土為主，呈可塑—硬塑狀態(tài)。單層厚度 0.1～1.0 m，少數(shù) 5.0～10.0 m。崩滑體物質(zhì)來源為巴東組第三段，堆積體中塊石為灰色灰?guī)r或淺灰色泥巖[1]。

3 滑坡變形特征及地下水位監(jiān)測分析

堆積體滑坡布置有5個(gè)傾斜儀監(jiān)測孔。滑坡體前緣中部測孔因堆積體與基巖接觸面位移過大而使測斜管破壞，滑動(dòng)帶埋深為 63.5～64.5 m，為基巖界面，最大A向累計(jì)位移 55.54 mm?；麦w中部測孔測得滑動(dòng)帶埋深為78～79.5 m，為基巖界面，最大A向累計(jì)位移 21.63 mm?；麦w中部兩個(gè)測孔分別測得滑動(dòng)帶埋深為 69.5～70 m和78～79.5 m，為基巖界面，最大A向累計(jì)位移分別為40.34 mm和42.39 mm?；麦w中后緣西側(cè)測孔測得滑動(dòng)帶埋深為44～46 m，為基巖界面，最大A向累計(jì)位移59.6 mm。

堆積體區(qū)域布置GPS衛(wèi)星定位監(jiān)測點(diǎn)9個(gè)， 4個(gè)位于滑坡體前部， 4個(gè)位于中部，1個(gè)位于后部，測得最大累計(jì)位移量為164 mm。滑坡體布設(shè)有3個(gè)地下水位長觀孔。后緣孔水位變化與長江水位無直接聯(lián)系，與降雨量有一定關(guān)系。在連續(xù)降雨及持續(xù)干旱期時(shí)，孔內(nèi)水位表現(xiàn)為漸升或緩降，滯后期較長。中部孔地下水主要接受江水及后緣滑坡孔隙裂隙水的補(bǔ)給，地下水位略高于長江水位，水位上漲略有滯后。前緣孔內(nèi)地下水接受江水的側(cè)向補(bǔ)給，孔內(nèi)水位與長江水位變化基本同步。

4 滑帶力學(xué)參數(shù)論證

在分析滑坡變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選取典型剖面建立滑坡的地質(zhì)概化模型，根據(jù)滑坡的穩(wěn)定現(xiàn)狀采用極限平衡法對滑帶力學(xué)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，通過對滑帶力學(xué)參數(shù)的不同組合，研究不同參數(shù)取值情況下滑坡的安全系數(shù)，并對其參數(shù)的合理取值予以論證。

采用極限平衡法對Ⅰ號(hào)崩滑堆積體基巖面力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了15組參數(shù)敏感性分析，φ，c值分別在19°～21°和25～29 kPa之間變動(dòng)，不同工況下滑坡安全系數(shù)相應(yīng)在0.998～1.119之間變化。當(dāng)φ，c值分別取為20°和26 kPa時(shí)，不同工況下Ⅰ號(hào)崩滑堆積體安全系數(shù)在1.048～1.056之間，接近臨界狀態(tài)，與Ⅰ號(hào)崩滑堆積體目前的穩(wěn)定現(xiàn)狀較為符合，故下面的分析中，按此參數(shù)對Ⅰ號(hào)崩滑堆積體基巖面進(jìn)行計(jì)算分析。

5 滑坡穩(wěn)定性研究

5.1 計(jì)算模型及參數(shù)取值

采用有限差分法、有限元法和極限平衡法，研究對庫水漲落對堆積體滑坡的穩(wěn)定性的影響。其中，有限差分法采用美國Itasca咨詢公司開發(fā)的FLAC2D程序，有限元法采用加拿大多倫多大學(xué)開發(fā)的Phase2程序，極限平衡法采用M-P法。

邊坡整體安全系數(shù)的數(shù)值計(jì)算采用強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)法，以變形開始不收斂時(shí)的安全系數(shù)為邊坡安全系數(shù)[2-5]。根據(jù)現(xiàn)場巖石力學(xué)試驗(yàn)得到邊坡各類巖層材料的物理力學(xué)參數(shù)，計(jì)算模型中所涉及的邊坡各類巖層材料參數(shù)采用值見表1，計(jì)算模型見圖1?；麦w內(nèi)的地下水滲流場極其復(fù)雜，采用數(shù)值模擬很難與實(shí)際相符，進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析時(shí)依據(jù)實(shí)測地下水位資料進(jìn)行分析，不同水位條件下滑坡地下水位線見圖2。

表1 邊坡物理力學(xué)參數(shù)采用值

圖1 Ⅰ號(hào)崩滑堆積體滑坡數(shù)值計(jì)算模型

圖2 Ⅰ號(hào)崩滑堆積體滑坡地下水位線示意

5.2 計(jì)算工況

根據(jù)三峽水庫不同的蓄水運(yùn)行工況，考慮了如下工況： ①工況1，135 m水位； ②工況2，156 m水位(滑坡前緣長江水位為154 m)； ③工況3，175 m水位；④工況4，175 m水位快速降落至145 m水位；⑤工況5，175 m水位快速降落至145 m水位，疊加地震工況(按Ⅶ度地震烈度，水平峰值加速度為0.1g)。

5.3 堆積體滑坡穩(wěn)定性分析

對應(yīng)于各計(jì)算工況滑坡安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果如圖3所示。圖4～5為滑坡極限破壞時(shí)的剪應(yīng)變率等色區(qū)圖；圖6～7為滑坡極限狀態(tài)下的位移矢量圖。

圖3 不同計(jì)算方法滑坡安全系數(shù)對比

圖4 滑坡極限破壞時(shí)的剪應(yīng)變率(有限元法)

圖5 滑坡極限破壞時(shí)的剪應(yīng)變率(有限差分法)

圖6 滑坡極限狀態(tài)位移矢量(蓄水工況)

圖7 滑坡極限狀態(tài)位移矢量(水位驟降工況)

當(dāng)水位從135 m抬升到175 m時(shí)，兩種數(shù)值方法計(jì)算的結(jié)果均顯示,Ⅰ號(hào)崩滑堆積體安全系數(shù)有所增加，其中有限元結(jié)果安全系數(shù)由1.03增加到1.10，有限差分法的結(jié)果安全系數(shù)由1.02增加到1.05。兩種方法結(jié)果較為接近,且均反映出Ⅰ號(hào)崩滑堆積體安全系數(shù)隨水位上升而有所增加這一規(guī)律。

考慮水位從175 m快速降落至145 m時(shí)，有限元和有限差分法得到的安全系數(shù)分別由1.10降到0.99，1.05降到1.03，安全系數(shù)降低幅度在2%～10%；疊加地震作用后，安全系數(shù)則降為 0.89和 0.95，安全系數(shù)降低幅度在8%～10%之間。計(jì)算結(jié)果表明，隨著庫水位的抬升，Ⅰ號(hào)崩滑堆積體安全系數(shù)有所增加；在庫水位從175 m降落至145 m水位時(shí)，安全系數(shù)有所減?。淮藭r(shí)若疊加地震等因素，安全系數(shù)將進(jìn)一步降低。

從多種方案計(jì)算的最大剪應(yīng)變率等色區(qū)可以看出，滑坡的最大剪應(yīng)變率等色區(qū)均發(fā)生在滑帶部位，并貫穿整條滑帶。從滑坡極限狀態(tài)的位移矢量圖可以看出，滑坡處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)滑帶及其上部滑體部位的巖土體產(chǎn)生了很大的變形，整體位移趨勢向下并朝坡外, 滑移方向基本上平行于滑面，在滑帶與下部基巖部位出現(xiàn)明顯的不連續(xù)特征。

水庫蓄水至135，156 m和175 m時(shí)，滑體前緣坡體受水的浮托力作用，有整體朝上的位移趨勢，同時(shí)還有朝坡外變形的趨勢。滑體向上的位移一般為 2.0～3.0 cm，水平朝坡外的位移分量在2.0～3.5 cm之間。隨水位抬升，滑體向上位移有增大的趨勢。

175 m水位快速降落至145 m水位時(shí)，坡前145 m以下坡體有朝坡外的位移趨勢，水平向位移量值約 0.4～1.0 cm；145 m以上的坡體變形趨勢向下略朝坡外，鉛直向位移量值一般為 0.3～1.8 cm。疊加地震荷載后邊坡變形基本以平行滑面指向坡外為主，由于該工況下邊坡安全系數(shù)已經(jīng)小于1，計(jì)算得出的位移場僅代表滑坡的位移趨勢，其具體數(shù)值意義不大，故不再敘述。

6 結(jié) 論

Ⅰ號(hào)崩滑堆積體是一個(gè)以基巖順層滑移為主的巨型滑坡。監(jiān)測成果表明，三峽水庫蓄水是導(dǎo)致滑坡深部變形啟動(dòng)及發(fā)展的主要原因。

鑒于滑帶物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，力學(xué)參數(shù)具有高度的非均勻性、空間變異性，其力學(xué)參數(shù)取值采用反演分析方法獲得。采用剛體極限平衡法、有限元、有限差分法3種不同計(jì)算方法得到的滑坡安全系數(shù)值均較為接近，起到了相互驗(yàn)證的作用，也反映出一些規(guī)律性的結(jié)論。

Ⅰ號(hào)崩滑堆積體在水位從135 m抬升到175 m過程中，安全系數(shù)有所增加，不同方法計(jì)算結(jié)果均反映出這一規(guī)律。水位從175 m快速降落至145 m時(shí)，安全系數(shù)有所降低，降幅在2%～10%之間；疊加地震作用后，安全系數(shù)進(jìn)一步降低，降幅在8%～10%之間，此時(shí)滑坡安全系數(shù)已經(jīng)小于1，邊坡已經(jīng)失穩(wěn)，建議要采取有效的工程治理措施。

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