陳 歡

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，四川 成都 611734； 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)中心，四川 成都 611734)

最近7年，三峽庫(kù)區(qū)對(duì)非汛期庫(kù)水位下降速率(0.6 m/d)的嚴(yán)格控制，預(yù)防了近千處涉水庫(kù)岸滑坡大規(guī)模下滑入江，但控制消落期庫(kù)水位下降速率在某種程度上卻限制了防洪和蓄水發(fā)電效益的發(fā)揮。庫(kù)岸涉水滑坡經(jīng)過(guò)多年小變形，內(nèi)部應(yīng)力有了一定調(diào)整，因而在不同程度上增加了對(duì)提高庫(kù)水位下降速率的承受能力。因此，開展三峽水庫(kù)水位日降幅對(duì)庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工程影響的調(diào)查評(píng)價(jià)研究，分析論證在非汛期增加庫(kù)水位下降速率的可行性，從而進(jìn)一步明確或調(diào)整三峽水庫(kù)消落期庫(kù)水位下降控制速率，具有重大現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價(jià)值。

1 研究區(qū)概況

三峽庫(kù)區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，多年平均降雨量1059.4 mm，年最大降雨量1351.6 mm，降雨多集中在4-9月，占年平均降雨量的55%。

研究工作區(qū)段接近三峽峽谷區(qū)的河谷-岸坡地帶(圖1)，由于朱衣河、梅溪河與長(zhǎng)江共同作用的結(jié)果，本區(qū)地貌呈現(xiàn)為：河谷相對(duì)開闊，河曲、階地與漫灘均十分發(fā)育，岸坡具明顯層狀地貌特征。區(qū)內(nèi)最高海撥高程1867.2 m，最低為長(zhǎng)江，高程為135 m左右(過(guò)去118.70 m)，相對(duì)高差1748.5 m。

圖1 研究區(qū)三維地形圖

奉節(jié)縣境內(nèi)及其鄰區(qū)出露基巖均為沉積巖層，地層分布包含志留系至侏羅系及第四系。齊岳山以東以古生界及中下三疊系為主，局部有上三疊統(tǒng)及侏羅系分布；東北邊緣出露有小片二疊系，其余均為侏羅系紅層覆蓋。

奉節(jié)縣構(gòu)造區(qū)域?qū)俅ǘ跸媲●迬е蔽骶壓退拇ǔ两雕薨檸е|褶皺帶的一部分，本區(qū)構(gòu)造形式以褶皺變形為主，斷裂較少。

2 溝邊上滑坡特征及穩(wěn)定性地質(zhì)分析

2.1 溝邊上滑坡產(chǎn)出地斜坡特征及規(guī)模

滑坡位于奉節(jié)縣安坪鎮(zhèn)新鋪村，如圖2、圖3所示。斜坡坡向350°，坡高138 m，坡長(zhǎng)360 m，坡體呈箕型，剖面呈折線狀。坡度約23°。為一順向坡。上覆滑坡堆積物，包括碎塊石及部分含碎石粉質(zhì)粘土，面積2萬(wàn) m2，滑體厚度約為20 m，體積約為41萬(wàn) m3，屬中型土質(zhì)滑坡。下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)泥巖，薄至中厚層狀，滑坡區(qū)內(nèi)未見(jiàn)基巖出露，通過(guò)對(duì)附近采石場(chǎng)揭露基巖露頭調(diào)查，巖層產(chǎn)狀330°∠28°，沿基覆界面滑動(dòng)?；庐a(chǎn)出斜坡位于故陵向斜次級(jí)褶皺：方斗山—黃連峽背斜北西翼，區(qū)內(nèi)斷層不發(fā)育。

圖2 滑坡全貌

圖3 滑坡左邊界基巖出露

2.2 滑坡的動(dòng)力條件及成因機(jī)制

依據(jù)調(diào)查結(jié)果，溝邊上滑坡為人類工程型滑坡，受人為改造影響較大。該滑坡中后部較平緩，前緣滑面較陡，受到長(zhǎng)江的長(zhǎng)期沖刷，出現(xiàn)了古滑坡體整體滑移，前緣部分有鼓脹彎曲隆起，受降雨作用入滲滑坡體的影響，滑坡產(chǎn)生次級(jí)滑體；滑坡的近期變形主要表現(xiàn)為滑坡前緣的變形滑移。形成機(jī)制概括為：基于特定的地質(zhì)條件，滑坡前緣受江水長(zhǎng)期沖刷掏蝕，加之人類工程活動(dòng)的破壞影響，使得滑坡前緣段抗滑阻力減小，又受到降雨作用和地表水滲入滑坡的影響，孔隙水壓力升高，次級(jí)滑面逐漸貫通，最終導(dǎo)致滑坡前緣坡體出現(xiàn)蠕滑，誘發(fā)滑坡前緣失穩(wěn)。

3 滑坡的滲流分析

在增大庫(kù)水位下降速率的情況下，采用基于非飽和理論的數(shù)值分析方法基于Geo-studio商業(yè)軟件的SEEP/W模塊，建立概化的抽象模型進(jìn)行滲流分析和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

3.1 模型及參數(shù)選擇

滑坡發(fā)育特征平面圖如圖4所示，根據(jù)滑坡基本特征和變形破壞模式，選取具有代表性的A-A′縱斷面(見(jiàn)圖5)作為計(jì)算斷面。平面二維模型包含兩種材料，黃色部分為碎塊石堆積體，綠色部分為基巖。對(duì)材料部分進(jìn)行網(wǎng)格劃分，材料交接部分網(wǎng)格由密過(guò)度到稀，見(jiàn)圖6。

在滑(邊)坡穩(wěn)定性計(jì)算和工程設(shè)計(jì)中，滑體及滑帶土的粘聚力(c)和內(nèi)摩擦角(φ)的取值較為關(guān)鍵。若前期無(wú)詳細(xì)勘查的滑坡，由于缺少鉆探以及巖土采樣室內(nèi)試驗(yàn)，因此具體參數(shù)依據(jù)工程地質(zhì)類比法以及參數(shù)反演法確定。若有詳細(xì)勘查的滑坡，前人的巖土試驗(yàn)成果和取值方法作為參數(shù)取值的重要參考。

圖4 滑坡發(fā)育特征平面圖

圖5 溝邊上滑坡A-A′縱剖面圖

圖6 二維滲流場(chǎng)模型建立圖

3.1.1 巖土物理力學(xué)參數(shù)取值

根據(jù)已收集到的勘察報(bào)告巖土力學(xué)參數(shù)值，綜合統(tǒng)計(jì)平均值確定巖土體物理力學(xué)參數(shù)(見(jiàn)表1)。

表1 溝邊上滑坡土體物理力學(xué)參數(shù)

3.1.2 滲流參數(shù)取值

滑帶土體的滲透系數(shù)k參考由現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)(標(biāo)準(zhǔn)雙環(huán)入滲和試坑法入滲，見(jiàn)表2)測(cè)得，并參考三峽庫(kù)區(qū)已有的滑坡土體滲透參數(shù)研究的成果(見(jiàn)表3)進(jìn)行綜合取值。滲流分析除了飽和滲透系數(shù)，還涉及土水特征曲線與非飽和滲透系數(shù)，還涉及土水特征曲線與非飽和滲透系數(shù)，本文中采用Geo-studio SEEP/W模塊提供的經(jīng)驗(yàn)曲線和飽和狀態(tài)參數(shù)來(lái)確定。

表2 現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)

表3 三峽庫(kù)區(qū)滑坡體滲透系數(shù)統(tǒng)計(jì)表 m/d

3.2 滑坡地下水滲流分析

依據(jù)三峽庫(kù)區(qū)以往的文獻(xiàn)及報(bào)告，降雨是誘發(fā)庫(kù)區(qū)滑坡產(chǎn)生的主要因素。隨著三峽工程建設(shè)逐漸推進(jìn)，三峽庫(kù)區(qū)的分期蓄水以及工程竣工后水庫(kù)進(jìn)入正常運(yùn)行，水庫(kù)的水位變化成為誘發(fā)庫(kù)岸滑坡滑動(dòng)的又一個(gè)主要因素。為模擬三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)水變動(dòng)條件下，滑坡的滲流、變形及穩(wěn)定性情況，以下對(duì)庫(kù)區(qū)庫(kù)水位變動(dòng)的工況條件進(jìn)行概述。

依據(jù)圖7三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)水實(shí)際運(yùn)行情況，可知現(xiàn)階段三峽庫(kù)水位在175 m至145 m至175 m之間。參考圖8庫(kù)區(qū)現(xiàn)階段年實(shí)際運(yùn)行情況，我們可設(shè)置以下計(jì)算工況和荷載組合，對(duì)庫(kù)水位升降作用下的溝邊上滑坡的滲流、變形進(jìn)行模擬，并評(píng)價(jià)該滑坡的穩(wěn)定性。涉水滑坡的荷載組合主要涉及水庫(kù)運(yùn)行工況和暴雨工況的組合，此次選取了4種工況進(jìn)行研究。將水庫(kù)汛前水位下降速率自原來(lái)的0.6 m/d加大至0.8～1.2 m/d進(jìn)行計(jì)算，非汛期50年一遇3日暴雨按照《技術(shù)要求》降雨強(qiáng)度值的計(jì)算方法，結(jié)合查閱《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》(1984版)，奉節(jié)縣非汛期50年一遇3日暴雨按180 mm計(jì)算，平均為60mm/d。由于該滑坡前緣145m已被江水淹沒(méi)，因此156 m水位為蓄水的最低水位線。

圖7 三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)水實(shí)際運(yùn)行情況

圖8 三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)水現(xiàn)階段年實(shí)際運(yùn)行情況

工況一：自重+地表荷載+庫(kù)水位從175 m降至156 m(庫(kù)水位159 m至156 m 下降速度0.6 m/d)，水位線情況見(jiàn)圖9，滲流場(chǎng)特征見(jiàn)圖10。

工況二：自重+地表荷載+庫(kù)水位從175 m降至156 m(庫(kù)水位159 m至156 m下降速度0.6 m/d)+降雨60 mm/d(持續(xù)3 d)，滲流場(chǎng)特征見(jiàn)圖11。

工況三：自重+地表荷載+庫(kù)水位從175 m降至156 m(庫(kù)水位159 m至156 m下降速度1.0 m/d)，滲流場(chǎng)特征見(jiàn)圖12。

工況四：自重+地表荷載+庫(kù)水位從175 m降至156 m(庫(kù)水位159 m至156 m下降速度1.0 m/d)+降雨60 mm/d(持續(xù)3 d),滲流場(chǎng)特征見(jiàn)圖13。

計(jì)算分析結(jié)果表明該滑坡在庫(kù)水位下降和降雨條件下的滲流場(chǎng)符合一般滲流規(guī)律，且具有如下特征：

(1)基巖透水率低，滑坡體的滲透系數(shù)較大，因此滲流場(chǎng)變化出現(xiàn)在滑坡體內(nèi)。

(a)175 m穩(wěn)態(tài)地下水位圖(b)庫(kù)水位175 m至156 m過(guò)程地下水位線(0.6 m/d)

圖9工況一地下水位線情況

(a)庫(kù)水位175 m(b)庫(kù)水位156 m

圖10工況一滲流場(chǎng)特征

(2)根據(jù)滲流場(chǎng)分析可見(jiàn)水位升降主要影響滑坡前緣，隨著水位上升過(guò)程，水由坡體外向內(nèi)滲入，坡體內(nèi)水位上升存在一定的滯后性，因此滲流場(chǎng)曲線呈現(xiàn)坡外向坡內(nèi)凹的趨勢(shì)；反之降水位時(shí)亦然。

(3)降雨對(duì)滑坡體內(nèi)地下水位有顯著影響。在汛期庫(kù)水位下降+降雨工況條件下，降雨使滑坡體后部地下水位升高，加大了水力梯度和滲流力。

(a)庫(kù)水位175 m(b)庫(kù)水位156 m

圖11工況二滲流場(chǎng)特征

(a)庫(kù)水位175 m(b)庫(kù)水位156 m

圖12工況三滲流場(chǎng)特征

(a)庫(kù)水位175 m(b)庫(kù)水位156 m

圖13工況四滲流場(chǎng)特征

3.3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算評(píng)價(jià)

SLOPE/W軟件采用了等效置換方法來(lái)計(jì)算邊坡穩(wěn)定分析，即坡體外側(cè)水位以下土體采用浮容重，滑面上的孔隙壓力采用超靜孔壓，忽略坡外的靜水壓力，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖14。

根據(jù)規(guī)范，將滑坡穩(wěn)定性劃分為4級(jí)：穩(wěn)定系數(shù)FS>1.10為穩(wěn)定，1.10≥FS>1.05基本穩(wěn)定，1.05≥FS>1.0為欠穩(wěn)定FS≤1.0為不穩(wěn)定。

從上述分析結(jié)果可以得出：

(1)庫(kù)水升降對(duì)溝邊上滑坡穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生一定的影響。庫(kù)水位從175 m水位線下降至159 m水位過(guò)程中，滑坡穩(wěn)定性整體表現(xiàn)為逐漸下降然后逐漸上升，從159 m水位開始，庫(kù)水位在不同工況的下降速度下變化，滑坡穩(wěn)定性由前面的上升變?yōu)橄陆担趲?kù)水位保持156 m水位一段時(shí)間內(nèi)，穩(wěn)定性系數(shù)有所上升，最后趨于穩(wěn)定值。

(2)降雨對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響較大。從以上計(jì)算分析可知，水位下降過(guò)程中，伴隨降雨作用，滑坡穩(wěn)定性出現(xiàn)降低，但是降低的幅度有限。受地質(zhì)地形條件的影響，可能出現(xiàn)的情況是降雨越強(qiáng)、穩(wěn)定性不一定會(huì)馬上下降，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)下降，較降雨時(shí)間會(huì)有滯后效應(yīng)。

(3)在159 m后采用不同的庫(kù)水降速，庫(kù)水下降速度增大對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響有提高。

(4)根據(jù)分析結(jié)果，在水庫(kù)按正常設(shè)計(jì)工況蓄水運(yùn)行期間，溝邊上滑坡處于較穩(wěn)定狀態(tài)，調(diào)查可知前緣局部受庫(kù)水影響較大，前緣可能產(chǎn)生一定變形，會(huì)對(duì)滑坡中部產(chǎn)生進(jìn)一步影響，存在一定危險(xiǎn)性。預(yù)測(cè)當(dāng)庫(kù)水位下降速率超過(guò)1.2 m/d，且出現(xiàn)p=120 mm/d以上暴雨時(shí)，溝邊上滑坡整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

圖14不同工況條件下各種分析方法的穩(wěn)定性系數(shù)

4 綜合評(píng)價(jià)

結(jié)合地質(zhì)分析、穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果得出以下結(jié)論。

(1)溝邊上滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)在庫(kù)水位下降過(guò)程中，庫(kù)水位下降速率越快，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)降低越明顯。

(3)基于Geo-studio軟件的SEEP/W模塊模擬了庫(kù)水位降幅增加條件下的滲流場(chǎng)及變化過(guò)程，可見(jiàn)相對(duì)現(xiàn)今庫(kù)水位變幅，降幅增加后，水力梯度有一定提升，幅度較小。并通過(guò)SLOPE/W模塊采用M-P法計(jì)算可知，降幅提高后對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響甚微，這與地面宏觀調(diào)查結(jié)果相吻合。