楊 帆

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心，四川 成都 610000)

三峽工程水庫自2003年汛后蓄水以來，由于控制了消落期庫水位下降速率(0.6 m/d)，10余年來2 600多處涉水崩塌滑坡僅有6處(0.23%)大規(guī)模崩滑入江，另外591處滑坡均以小規(guī)模變形為主，近年來滑坡變形數(shù)量和程度出現(xiàn)了減少減弱的趨勢。但是嚴(yán)格控制庫水下降速率在一定程度上限制了三峽工程綜合效益的發(fā)揮。鑒于此，是否可以增大三峽水庫消落期庫水位下降控制速率(擬提高至0.8～1.2 m/d)，以提高防洪發(fā)電效益成為了目前亟待研究解決且備受關(guān)注的重大問題。

受三峽庫區(qū)庫岸再造效應(yīng)，大量涉水滑坡前緣阻滑段地形逐漸平緩，對庫水位升降相應(yīng)特征出現(xiàn)改變。本文在通過詳細(xì)的現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合收集往期滑坡勘察設(shè)計資料，綜合分析評價三峽庫區(qū)麻地灣滑坡在非汛期水庫增加水位下降速率條件下的穩(wěn)定性，綜合分析論證增加庫水位下降速率的可行性。

1 麻地灣滑坡基本概況

1.1 麻地灣滑坡地質(zhì)概況

麻地灣滑坡區(qū)位于重慶市萬州區(qū)溪口鄉(xiāng)，滑坡區(qū)域距離三峽大壩約309.90 km。斜坡所處地貌類型屬侵蝕堆積低山丘陵地貌，斜坡傾向333°，長約680 m，平均坡度為15°。該坡結(jié)構(gòu)為斜向坡，局部上覆較厚的第四系沖積、滑坡堆積、崩滑堆積等成因的碎塊石土，下伏侏羅系中統(tǒng)新田溝組(J2χ)砂巖、泥質(zhì)砂巖，巖層產(chǎn)狀333°∠17°。斜坡所處構(gòu)造部位為萬州復(fù)向斜南東冀，其上堆積了較厚的松散堆積物。滑坡平面形態(tài)呈舌形，縱長680 m，橫寬330 m，平均厚度20 m，面積22.4 m2，體積4 484 m3，為土質(zhì)滑坡，主滑方向305°(圖1)，受原始地形及庫岸再造效應(yīng)影響，滑坡涉水段地形較為寬緩。

居民在斜坡上分散居住，主要表現(xiàn)為在坡體上修路建房、農(nóng)田種值和開挖坡腳等。此外，三峽水庫蓄水、降雨等將對斜坡產(chǎn)生一定的影響。

1.2 滑坡變形情況

2004年7—8月，滑體重新產(chǎn)生活動，致使前緣部分果樹歪斜、中部農(nóng)田下沉，民房出現(xiàn)裂縫。2010年6月，滑坡上有31戶人家房屋均有輕微變形?；麦w上及其影響范圍內(nèi)有較多居民，建有房屋、道路等設(shè)施，因此，該滑坡一旦突發(fā)，將嚴(yán)重危及滑坡體上及周邊居民的生命財產(chǎn)安全，并對長江航道產(chǎn)生影響。

2 三峽庫水位變動對滑坡的影響

2.1 模型建立

麻地灣滑坡為典型滑動面位于145～175 m水位變動帶的滑坡，該類滑坡穩(wěn)定性受庫水位影響最大，為研究該滑坡的水力響應(yīng)特征，通過Geo-studio軟件Seep、sigma、slope分別模擬庫水位升降對滑坡滲流場、應(yīng)力應(yīng)變場、穩(wěn)定性的影響。

通過查閱該滑坡原有勘察資料及實驗室力學(xué)檢測數(shù)據(jù)，確定力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 數(shù)值模擬力學(xué)參數(shù)

通過類比分析該地區(qū)以往成果獲取該區(qū)域基巖非飽和滲透參數(shù)，利用該滑坡原有勘察資料結(jié)合Seep模塊耦合滑坡堆積體非飽和滲透參數(shù)，結(jié)果見表2、3。

表2 滑坡堆積體耦合參數(shù)

表3 新田溝組水文計算參數(shù)

首先使用Seep模塊模擬三峽庫區(qū)水文變動，創(chuàng)建滑坡瞬態(tài)滲流場，其次使用Sigma模塊模擬瞬態(tài)應(yīng)力應(yīng)變場，最后利用Slope模塊使用Sigma計算結(jié)果模擬庫水位變動過程中滑坡穩(wěn)定性。創(chuàng)建數(shù)值模擬二維模型見圖2，計算整體覆蓋層穩(wěn)定性。

2.2 水位上升段穩(wěn)定性變形分析

通過分析水位上升段結(jié)果(圖3)，麻地灣滑坡在水位上升階段(145～175 m)，因滑體內(nèi)地下水水位抬升速率滯后于庫區(qū)水位抬升速率，產(chǎn)生指向坡體內(nèi)部的滲透力，滑坡抗滑力增加，穩(wěn)定性隨之增大。由于該滑坡基覆界面位于150 m處，當(dāng)庫水位上升至150 m前，位移和穩(wěn)定性并沒有明顯改變(圖5、6)。但隨著水位的繼續(xù)上升，因該滑坡前緣涉水段坡型寬緩，前緣抗滑段受地下水浮托減重作用明顯，抗滑力下降。導(dǎo)致該滑坡穩(wěn)定性在10～30 d基本持平。隨著庫水位的繼續(xù)上升，滑坡指向坡內(nèi)滲透力逐漸增大，滑坡抗滑力增加，穩(wěn)定性逐步增加。通過位移場云(圖4)及地表位移量(圖5)分析可以得出，該滑坡前緣水位變動帶附近存在一定變形，且變形量隨著水位變動量增加而增大，峰值為庫水位上升至175 m時，整體最大位移量16 mm，160 m坡表最大位移15.7 mm。

2.3 水位下降段穩(wěn)定性變形分析

通過分析水位下降段結(jié)果(圖7)，可以發(fā)現(xiàn)麻地灣滑坡在庫水位下降階段因坡體內(nèi)水位變動滯后于庫水位變動，產(chǎn)生指向坡體外部的滲透力，導(dǎo)致滑坡下滑力增加，穩(wěn)定性隨著庫水位的下降明顯降低。當(dāng)庫水位下降至150 m基覆界面以下后，隨著坡體內(nèi)滯后水頭逐漸排空，滑坡穩(wěn)定性逐漸趨于平穩(wěn)。通過位移場(圖8)地表位移量(圖9)分析可以得出，該滑坡前緣水位變動帶存在明顯位移，且變形量隨著水位變動量增加而增大，峰值為庫水位下降至剪出口150 m時，滑坡出現(xiàn)最大位移量51 mm，坡表最大位移量50.4 mm，坡體最低穩(wěn)定性，滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

2.4 最不利公開穩(wěn)定性變形分析

為研究滑坡在極端條件下穩(wěn)定性，通過統(tǒng)計該區(qū)域50 a降雨量獲得暴雨量102.7 mm/d，選取滑坡最不利工況，即庫水位降至150 m時疊加3 d暴雨，獲取滑坡最不利工況穩(wěn)定性及變形特征。

從圖11中可以看出，3 d暴雨導(dǎo)致滑坡后緣拉裂縫區(qū)域出現(xiàn)變形，整體坡表出現(xiàn)小變形，坡體前緣水位變動帶依然受坡體內(nèi)未完全排出的地下水影響產(chǎn)生變形。整體變形量增加至63.5 mm，增加量約13.5 mm(圖12)。

3 提高日降幅對滑坡的影響

根據(jù)目前三峽水庫調(diào)度方案，退水期水庫水位從175 m降至145 m分為兩個階段，T3階段為175～159 m，T4階段為159～145 m，其中T3階段水位降速緩慢，T4階段降速快。目前T4階段庫水位下降速率嚴(yán)格控制為0.6 m/d，增大非汛期水位日降幅主要是針對T4階段。

為研究三峽水位日降幅增大對麻地灣滑坡的影響，設(shè)置庫水位變動條件分別為△H/d=(0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0 m/d)自159 m勻速下降，分別研究其在不同水位變動條件下穩(wěn)定性情況。并于穩(wěn)定性最低點疊加降雨模擬最不利工況，獲取其極限值，計算結(jié)果見表4。

表4 日降幅計算結(jié)果統(tǒng)計

麻地灣滑坡在T4階段以各降速降至145 m時，隨著庫水位降速由0.6 m/d增大至1.2 m/d，隨著水位下降，麻地灣滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)逐漸變小，但變化幅度很小，庫水位降速由0.6 m/d增大至2.0 m/d，時麻地灣滑坡穩(wěn)定性系數(shù)僅下降了0.003 7，說明麻地灣滑坡整體穩(wěn)定性對日降幅增大不敏感。穩(wěn)定性最低值并不在水位下降至145 m時，而是水位下降至接近150 m剪出口時，這主要是由于接近剪出口時指向坡外的動水壓力與前緣寬緩阻滑段浮托減重效應(yīng)同時對滑坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利作用導(dǎo)致的。

通過分析前緣緩坡阻滑段穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)，前緣阻滑段水位響應(yīng)明顯，隨著日降幅增加，穩(wěn)定性降幅達(dá)0.168 2，隨著日降幅的增加，穩(wěn)定性、位移變幅逐漸增大。且當(dāng)日降幅達(dá)到1.6 m/d時，穩(wěn)定性低于1且位移量變幅明顯加快，說明該滑坡前緣寬緩阻滑段在庫區(qū)水位日降幅增加至1.6 m/d時可能失穩(wěn)。

4 結(jié)語

通過綜合分析麻地灣滑坡數(shù)值模擬成果可以發(fā)現(xiàn)，麻地灣滑坡屬于剪出口位于水位變動帶的滑坡，因此該類滑坡變形特征與三峽庫區(qū)水位升降直接相關(guān)，為典型動水壓力型滑坡，水位下降對滑坡產(chǎn)生不利影響。

水位上升階段，初期受到地下水浮托減重效應(yīng)，滑坡前緣寬緩阻滑段存在變形。水位上升至剪出口附近時，滑坡前緣出現(xiàn)變形。隨著庫水位的繼續(xù)上升，滑坡主要受動水壓力作用影響明顯，因外部水頭高于坡內(nèi)水頭，產(chǎn)生指向滑坡內(nèi)部的滲透力，對滑坡抗滑力產(chǎn)生有利作用，滑坡整體穩(wěn)定性增加。但因該過程中存在較明顯的應(yīng)力調(diào)整，涉水段剛性構(gòu)筑物，如護(hù)岸、碼頭等可能出現(xiàn)開裂等問題。

水位下降階段，麻地灣滑坡明顯屬于動水壓力型滑坡，坡體內(nèi)部高位地下水迅速外滲，出現(xiàn)指向滑坡體外側(cè)的滲透力，導(dǎo)致滑坡下滑力明顯增加，且隨著庫水位的逐步降低，動水壓力逐漸增大，表現(xiàn)為穩(wěn)定性下降，淺表層位移量加大。雖然滑坡整體仍然處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但滑坡前緣變形量加大，可能出現(xiàn)前緣次級滑動，導(dǎo)致抗滑力消散，滑坡出現(xiàn)整體失穩(wěn)。

通過模擬最不利降雨工況，該滑坡對降雨的響應(yīng)主要集中于坡體后緣拉裂縫位置，可在滑坡后緣設(shè)置截排水溝工程，加大地表水導(dǎo)流，減少降雨對滑坡的影響。

為研究三峽庫區(qū)日降幅對邊坡穩(wěn)定性的影響，設(shè)置梯級降幅模擬T4消落，該滑坡整體對日降幅響應(yīng)較小。說明該滑坡在三峽庫區(qū)日降幅增大時，不存在滑坡整體突然失穩(wěn)的風(fēng)險。但隨著日降幅的增加，滑坡前緣寬緩阻滑段響應(yīng)明顯，當(dāng)降幅達(dá)到1.6 m/d以上時，F(xiàn)OS=0.998<1.000，最大變形73.7 mm，說明前緣寬緩阻滑段存在失穩(wěn)可能。所以該滑坡能承受最大日降幅為1.6 m/d。后期應(yīng)加強(qiáng)前緣寬緩阻滑段帶土體穩(wěn)定性，可通過設(shè)置格構(gòu)護(hù)岸、鋼筋石籠等強(qiáng)透水防沖刷結(jié)構(gòu)，減少水位變動導(dǎo)致寬緩阻滑段變形，避免因滑坡前緣阻滑段失效導(dǎo)致滑坡整體失穩(wěn)。