朱冬雪

(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))，四川 成都 610059)

工程建設(shè)中大量的水利工程會(huì)影響周遭的生態(tài)環(huán)境，使其變得脆弱、敏感，極易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。意大利瓦伊昂水庫(kù)1963年南坡在強(qiáng)降雨后，產(chǎn)生2.7億m3的滑坡體涌入庫(kù)中；1996年湖南拓溪水電站產(chǎn)生160余萬m3滑坡，直接摧毀水壩；2003年三峽秭歸縣發(fā)生蓄水以來的第一個(gè)涉水滑坡，造成20多人死亡。庫(kù)水位的變化將對(duì)庫(kù)岸滑坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。韓東海[1]利用GeoStudio軟件模擬庫(kù)水位波動(dòng)對(duì)石佛寺水庫(kù)滑坡滲流場(chǎng)及穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)滑坡變形主要集中于庫(kù)水降落時(shí)期；何善國(guó)[2]基于Bishop法對(duì)快林水庫(kù)土壩內(nèi)坡穩(wěn)定性計(jì)算得出，當(dāng)壩體滲透系數(shù)k<1×10-5cm/s時(shí)，庫(kù)水位驟降會(huì)引起穩(wěn)定系數(shù)的持續(xù)降低，但無最不利水位。此外不少學(xué)者根據(jù)諸如位移、水位等來監(jiān)測(cè)庫(kù)水位作用下的滑坡變形情況[3- 9]，并結(jié)合數(shù)值模擬方法來解釋變形原因并預(yù)測(cè)，如王魯男[10]等通過改進(jìn)的加卸載模型預(yù)測(cè)滑坡位移量與水位升降關(guān)系，劉磊等[11]采用Boussinesq方法求解潛水非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程，并結(jié)合不同降雨強(qiáng)度等來計(jì)算區(qū)域滑坡的穩(wěn)定性。綜上，庫(kù)水位變動(dòng)對(duì)水庫(kù)滑坡的發(fā)育有著不可忽視的作用。

本文以三峽庫(kù)區(qū)巫山曹家沱滑坡為例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與Geostudio軟件相關(guān)模塊，分析庫(kù)水位變動(dòng)與滑坡變形的響應(yīng)規(guī)律，并進(jìn)一步預(yù)測(cè)滑坡變形趨勢(shì)。

1 滑坡概況

1.1 形態(tài)及規(guī)模

曹家沱滑坡位于長(zhǎng)江左岸(如圖1所示)，平面形態(tài)呈簸箕形。其變形破壞模式屬于牽引式復(fù)合型滑坡?；聝蓚?cè)邊界為左右沖溝，滑坡后緣邊界形態(tài)不明顯，前緣陡坎發(fā)育，剪出口位于長(zhǎng)江蓄水位以下，滑體上發(fā)育4條槽型或U型大沖溝直達(dá)滑體后緣，其中羅家溝長(zhǎng)500m以上，寬達(dá)30～50m，深25～30m，深切至基巖。通過現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查，滑坡主要沿著基覆界面產(chǎn)生滑動(dòng)變形，滑坡前緣坡腳高程為125m，滑坡高差約為150m。滑坡體向長(zhǎng)江方向產(chǎn)生滑動(dòng)，滑動(dòng)方向?yàn)?87°，滑坡長(zhǎng)約900m，寬約500m，滑體厚度約為25m，根據(jù)滑坡規(guī)模劃分屬于中厚層特大型土質(zhì)滑坡。

圖1 滑坡全貌

1.2 工程地質(zhì)條件

滑體為第四系堆積體，由粉質(zhì)黏性土夾塊碎石土組成，塊碎石主要為泥灰?guī)r和泥巖，土石比為1∶1。

羅家溝西側(cè)沖溝以西部分主要為散體結(jié)構(gòu)，密實(shí)，有一度的膠結(jié)程度；以東部分則表層為耕植土，主要為碎裂結(jié)構(gòu)?；瑤挥?2～26m?；瑤镔|(zhì)為灰綠色含角礫粉質(zhì)粘土，可塑，含量60%～70%。角礫由含泥質(zhì)灰?guī)r組成，中等風(fēng)化，次棱角狀，粒徑多為2～5mm，含量30%～40%。基巖滑床為三疊系薄層狀灰?guī)r，總體向南南東方向緩傾，傾角15°～20°，層面為該滑坡的主要控制面。

1.3 巖體滲透性研究

滑體滲透性強(qiáng)弱往往影響著其對(duì)水的敏感程度。此滑坡一方面受降雨入滲影響，另一方面受庫(kù)水位升降影響。為查明滑坡土體的滲透性質(zhì)及系數(shù)，采用試坑法進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)，典型試坑水文地質(zhì)剖面如圖2所示。試坑法即在擬定的土層中開挖30～50cm深的平底坑，坑底鋪2～3cm厚的反濾粗砂，然后向坑內(nèi)注水，并使試坑內(nèi)的水層自始至終保持在10cm的高度，觀測(cè)注入水量直至穩(wěn)定。這個(gè)方法適用于測(cè)定毛細(xì)水壓力影響不大的粉質(zhì)黏土和粉砂類土等，黏土類所測(cè)定的滲透系數(shù)則偏高?；w的毛細(xì)水壓力一般較小，適用于該方法。

圖2 試坑剖面圖

在曹家沱滑坡前緣水位變動(dòng)帶處3個(gè)不同地方進(jìn)行了試坑試驗(yàn)，得到了滲流曲線圖，如圖3所示?；w在不同水位變動(dòng)帶呈現(xiàn)出不同的滲透特性，從后往前滲透系數(shù)依次從1.51m/d，降低為1.31m/d、1.05m/d。可見前緣受庫(kù)水影響，細(xì)顆粒遷移至前端，加之后端坡體的重力擠壓，造成庫(kù)水位變動(dòng)帶附近滑體滲透系數(shù)逐漸降低。

圖3 滲流曲線圖

2 滑坡蓄水前后變形跡象分析

2.1 宏觀現(xiàn)象分析

蓄水前，滑坡受降雨影響致使中后部的學(xué)校產(chǎn)生弧形張拉裂縫，走向?yàn)?0°～50°；而在2003年9月初期蓄水后，滑坡中后部出現(xiàn)拉張裂縫，走向150°，貫穿學(xué)校及前部的民房，如圖4所示。156m蓄水時(shí)期，滑體無明顯變形；但在175m實(shí)驗(yàn)性蓄水后，其前緣局部出現(xiàn)小型塌岸，如圖5所示。

圖4 滑坡中部房屋縱向裂縫

圖5 前緣小型塌岸

2.2 變形監(jiān)測(cè)分析

《三峽庫(kù)區(qū)巫山縣二地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警工程專業(yè)監(jiān)測(cè)》相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，曹家沱滑坡的專業(yè)監(jiān)測(cè)手段包括8個(gè)GPS變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)(WS46—WS49、WS51、WS52、WS54、WS55)、6個(gè)傾斜孔(QZK1—QZK6)、2個(gè)推力孔(TZK1、TZK2)、2個(gè)水文孔，同時(shí)在滑坡體外穩(wěn)定巖層上布置GPS基準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)(WS50、WS53)，如圖6所示。

從2005—2014年近10年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線(如圖7所示)分析得出：?jiǎn)尉妥冃瘟考?jí)分析，滑坡中部右側(cè)邊界附近變形最大，前緣較后緣變形大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)WS47最大變形量約80mm。以監(jiān)測(cè)頻率每月1次來看，這一變形量處于GPS監(jiān)測(cè)誤差范圍附近。從變形趨勢(shì)來分析，監(jiān)測(cè)點(diǎn)WS46、WS47在2011年10月累計(jì)位移有陡增趨勢(shì)，而后位移分別在80mm、50mm大小波動(dòng)，表明蓄水后通過多年小變形的應(yīng)力調(diào)整，滑坡整體穩(wěn)定性有所提高，近年來累計(jì)位移逐漸趨于穩(wěn)定。

圖7 滑坡各點(diǎn)GPS監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖6 滑坡監(jiān)測(cè)平面布置圖

綜上，可見滑坡中部右側(cè)邊界附近變形最大，前緣較后緣變形大。表明滑坡主要還是以局部變形為主，這與局部地形地貌差異有關(guān)；庫(kù)水位只能影響滑坡前緣局部地區(qū)。此外，滑坡體累計(jì)位移常年未出現(xiàn)較大波動(dòng)，表明該滑坡受降雨的影響也較小?；略趲?kù)水位升降、河水涌浪沖刷等作用下，前緣變形最大，形成小型塌岸，并逐漸往滑坡后部發(fā)育，呈現(xiàn)出漸進(jìn)后退式(牽引式)的變形模式。預(yù)測(cè)在加大庫(kù)水位下降速率下，前緣局部會(huì)產(chǎn)生一定變形和小范圍塌岸。

3 水位變動(dòng)引起滑坡變形機(jī)理分析

3.1 模型建立及參數(shù)取值

選取了大溪鄉(xiāng)曹家沱滑坡典型縱剖面1-1′，根據(jù)前期資料和水文資料，確定滑動(dòng)帶的位置和地下水位情況，建立滑坡計(jì)算模型，如圖8所示。參數(shù)取值見表1。

圖8 計(jì)算模型

參數(shù)部位容重/(kN/m3)彈性模量/kPa黏聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(°)泊松比飽和體積含水率飽和滲透性系數(shù)/(m/d)滑體208000020180.30.231.29滑床252e+072000300.180.180.01

3.2 計(jì)算工況

工況一：庫(kù)水位從175m回落到145m再升至175m，0.6m/d。

工況二：庫(kù)水位從175m回落到145m再升至175m，0.6m/d+50年一遇3日暴雨。

3.3 計(jì)算結(jié)果

庫(kù)水位對(duì)滑坡穩(wěn)定性有一定影響(如圖9、圖10所示)。庫(kù)水位下降過程中滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)呈現(xiàn)出整體下降趨勢(shì)，其中庫(kù)水位從159m下降至145m段的穩(wěn)定性系數(shù)下降速度比水位從175m下降至159m大；當(dāng)庫(kù)水位保持在145m時(shí)，滑坡穩(wěn)定性逐漸提高；當(dāng)水位保持在175m時(shí)，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)逐漸下降。

持續(xù)三日降雨對(duì)滑坡也有一定的影響，使得滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)降低。從圖9中可以看出，在出現(xiàn)降雨的情況下滑坡穩(wěn)定性會(huì)降低，以工況一和工況二為例，天然工況下庫(kù)水位從175m下降到145m時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)最低，為1.104，而降雨工況下從175m降到145m時(shí)穩(wěn)定性系數(shù)下降至1.098?；路€(wěn)定性響應(yīng)較降雨時(shí)間有一定的滯后。

圖9 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)

圖10 各工況下滑坡最不利穩(wěn)定性系數(shù)

4 結(jié)論

(1)該滑坡屬中厚層特大型土質(zhì)涉水滑坡。滲水試驗(yàn)表明，庫(kù)水位變動(dòng)帶滑體滲透系數(shù)隨高程的增加而降低。

(2)滑坡在之前的滑動(dòng)及隨后的小變形應(yīng)力調(diào)整后已形成現(xiàn)今有利于滑坡穩(wěn)定的地質(zhì)環(huán)境條件?；履壳俺饲熬壘植慷缚蔡幊霈F(xiàn)坍塌外，未見整體變形跡象，滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)通過上述數(shù)值模擬分析，預(yù)測(cè)工況下滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)大于1.05，滑坡的穩(wěn)定性情況相對(duì)較好。在水位上漲過程中，岸坡可能會(huì)出現(xiàn)局部垮塌，但整體穩(wěn)定性較好。

綜上，本文對(duì)今后指導(dǎo)庫(kù)區(qū)日降水幅度及庫(kù)岸穩(wěn)定防治有一定的指導(dǎo)意見。