張海生，高海靜

(河南省水利水電學(xué)校，河南 周口 466001)

隨著水利工程的修建，庫岸邊坡穩(wěn)定性問題逐漸成為研究的熱點(diǎn)問題。庫岸邊坡的穩(wěn)定性關(guān)系著水利工程的正常使用以及庫區(qū)輻射范圍內(nèi)居民的安全，因此，庫岸邊坡穩(wěn)定性具有極大的研究意義。羅曉龍[1]對三峽庫區(qū)巫山段的岸坡進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合室內(nèi)數(shù)值模擬手段對三峽庫區(qū)巫山段岸坡的變形破壞機(jī)理進(jìn)行分析，研究巖土弱化系數(shù)對岸坡穩(wěn)定性的影響。潘興標(biāo)[2]以強(qiáng)度折減理論為參考，使用有限元數(shù)值模擬的方法對碼頭岸坡在堆載和卸載過程中的穩(wěn)定性變化情況進(jìn)行研究，結(jié)果與實(shí)際情況吻合較好。鄧華鋒等[3]使用室內(nèi)巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法研究區(qū)庫岸邊坡巖土體在干濕循環(huán)作用下的強(qiáng)度劣化以及對岸坡穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，當(dāng)巖土體強(qiáng)度產(chǎn)生劣化后，岸坡安全系數(shù)變化明顯。唐紅梅等[4]以三峽庫區(qū)涼水井滑坡為例，認(rèn)為研究庫區(qū)邊坡穩(wěn)定性時(shí)可以考慮滲流驅(qū)動力的作用，通過實(shí)際驗(yàn)算，考慮滲流驅(qū)動力計(jì)算的岸坡穩(wěn)定性較為準(zhǔn)確。陳將宏[5]對岸坡穩(wěn)定性的影響因子權(quán)重進(jìn)行確定，認(rèn)為降雨、巖土體參數(shù)為影響岸坡穩(wěn)定性的重要因素。張振華等[6]以三峽庫區(qū)千將坪滑坡為例，研究順層岸坡在水位變動過程中的穩(wěn)定性變化情況，結(jié)果表明當(dāng)庫水淹沒越深時(shí)，岸坡穩(wěn)定性系數(shù)越低。陳宇龍等[7]提出利用彈性波波速來預(yù)測滑坡的穩(wěn)定性，建立了一種新的滑坡監(jiān)測預(yù)警平臺。閻長虹等[8]、楊帆[9]、郭璐[10]研究了緩地形滑坡以及堆積層滑坡穩(wěn)定性的變化規(guī)律。

1 斜坡概況

1.1 規(guī)模

研究斜坡位于長江左岸，平面形狀為簸箕狀，斜坡兩側(cè)邊界為沖溝，斜坡后緣為弧形。該斜坡前緣陡坎較為發(fā)育，斜坡剪出口位于水面以下。通過現(xiàn)場調(diào)查，該斜坡的潛在滑動面為基巖與覆蓋層的接觸面，斜坡高差100多m，長900多m，寬500多m，覆蓋層厚度約為25m，屬于中-厚層特大型的土質(zhì)斜坡。斜坡平面圖如圖1所示。

圖1 斜坡平面圖

1.2 物質(zhì)組成

斜坡覆蓋層(潛在滑體)，主要為第四系堆積物，巖土體性質(zhì)表現(xiàn)為粉質(zhì)黏性土夾雜部分塊碎石土，該地區(qū)原巖為泥巖和泥灰?guī)r，堆積體重土石比為1∶1。斜坡主要為散體結(jié)構(gòu)，膠結(jié)程度較差，覆蓋土表層為耕植土。

1.3 巖土體滲透特性

巖土體滲透特性為影響斜坡庫水位變動響應(yīng)的主要因素。通過參考前任研究資料和現(xiàn)場試驗(yàn)獲取斜坡巖土體的滲流曲線，如圖2所示。

圖2 3次試驗(yàn)滲流曲線

2 斜坡變形機(jī)理分析

研究斜坡巖土體結(jié)構(gòu)松散，基巖為泥灰?guī)r、泥巖，屬于較易產(chǎn)生滑動的巖體組合，松散堆積體孔隙大，在水位上升活強(qiáng)降雨工況下，水容易向下滲流，匯集于基巖表層，造成堆積體達(dá)到飽和狀態(tài)，巖土體之間的有效應(yīng)力降低，巖土體自重增加，抗剪強(qiáng)度降低，極易產(chǎn)生變形或者破壞。同時(shí)，在江水的長期侵蝕沖刷作用下，斜坡前緣臨空條件較好，同時(shí)庫水位變動也能造成斜坡巖土體內(nèi)部的地下水產(chǎn)生變化，造成斜坡穩(wěn)定性情況產(chǎn)生改變。

3 水位變動響應(yīng)研究

3.1 計(jì)算工況

工況一：0.8/d的水位變動速度下水位從175～145～175m。

工況二：0.8/d的水位變動速度下水位從175～145～175m+50年一遇3日暴雨。

3.2 計(jì)算模型及參數(shù)選取

選取了斜坡的典型縱剖面1- 1’，根據(jù)前期資料收集和水文資料，確定滑動帶的位置和地下水位情況，建立斜坡計(jì)算模型，如圖3所示。具體參數(shù)取值見表1。

3.3 降雨強(qiáng)度值的確定

通過獲取現(xiàn)場近50年的降雨資料，利用Matlab軟件使用皮爾遜Ⅲ模型計(jì)算研究區(qū)50年一遇降雨

圖3 計(jì)算模型

參數(shù)部位容重/(kN/m3)彈性模量/kPa粘聚力/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)堆積體20.28×10421.518.30.270.241.29滑面25.52×107200030.50.180.170.01

的雨強(qiáng)。通過Matlab計(jì)算重現(xiàn)期為1～100年的重現(xiàn)期值得到曲線如圖4所示。

從圖4可以看出P-III型頻率曲線可以較好的應(yīng)用于三峽庫區(qū)降雨重現(xiàn)期的計(jì)算。按照《三峽水庫位日降幅對區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工程影響的調(diào)查評價(jià)研究工作技術(shù)要求》的要求，以巫山縣1964—2013年降雨資料計(jì)算其降雨重現(xiàn)期。計(jì)算結(jié)果表明50年一遇的累計(jì)降雨強(qiáng)度值約為180mm，按照3d平均分配，降雨強(qiáng)度為60mm/d，將降雨設(shè)置庫水位下降至159m時(shí)開始降雨。

圖4 皮爾遜Ⅲ模型繪制多年一遇降雨極值曲線

3.4 數(shù)值模擬結(jié)果

通過現(xiàn)場調(diào)查選擇的數(shù)值模擬模型以及計(jì)算過程中所需參數(shù)的選擇，采用GEO-SLOPE軟件中的滲流模塊(SEEP/W)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。該模塊目前廣泛應(yīng)用于飽和-非飽和滲流計(jì)算中。選擇三峽庫區(qū)蓄水水位175m作為數(shù)值模擬計(jì)算的初始水位，首先對庫水位下降過程中的穩(wěn)定性變化情況以及地下水滲流情況進(jìn)行模擬，完成庫水位下降模擬后再進(jìn)行蓄水模擬(水位上升)。

圖5 工況一數(shù)值模擬結(jié)果

圖6 工況二數(shù)值模擬結(jié)果

圖7 斜坡整體穩(wěn)定性系數(shù)過程曲線(工況一、二)

圖8 工況一、二斜坡最不利整體穩(wěn)定性系數(shù)

如圖5—8所示，數(shù)值模擬結(jié)果可以得出：

(1)庫水位的變化對斜坡穩(wěn)定性產(chǎn)生了相應(yīng)的影響：在庫水位下降過程中，斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)也隨著庫水位的下降而減小，在水位下降前半段(175～159m)過程中，穩(wěn)定性下降速率較庫水位動159m下降至145m的過程小。當(dāng)庫水位穩(wěn)定在145m時(shí)，斜坡的穩(wěn)定性又產(chǎn)生逐漸上升的趨勢。在庫水位上升過程中，斜坡的穩(wěn)定性逐漸上升。當(dāng)庫水位達(dá)到175m并保持穩(wěn)態(tài)時(shí)，斜坡穩(wěn)定性又開始逐漸下降。

(2)持續(xù)降雨過程對斜坡的穩(wěn)定性也產(chǎn)生了一定的影響，造成斜坡穩(wěn)定性系數(shù)降低。通過圖8可以看出，斜坡穩(wěn)定性系數(shù)對于降雨的響應(yīng)具有一定的滯后效應(yīng)。

4 結(jié)語

(1)在庫水位下降過程中。0.8m/d下降速率的天然工況下斜坡的整體穩(wěn)定性大于1.10，處于穩(wěn)定狀態(tài)；降雨工況下0.8m/d降速率下斜坡的整體穩(wěn)定性略低于1.10，為基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)過Geo-Studio軟件SEEP/W模塊模擬了庫水位降幅增加條件下的滲流場及變化過程，可見相對現(xiàn)今庫水位變幅，降幅增加后，水力梯度有一定提升，但提升幅度較小。

(3)岸坡穩(wěn)定性對于降雨影響的響應(yīng)具有一定的滯后效應(yīng)。因此，在斜坡穩(wěn)定性監(jiān)測預(yù)警過程中，應(yīng)著重注意雨后斜坡穩(wěn)定性的變化情況，不可方式警惕。