江趙平 謝東亞

摘要：為研究庫(kù)水位驟降條件下某滑坡體深層與淺層的滲透特性以及相應(yīng)的穩(wěn)定性，根據(jù)非飽和滲流原理，利用有限元軟件Geo-slope對(duì)該滑坡體在降雨和庫(kù)水位驟降工況下的孔壓變化以及安全系數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行了模擬。計(jì)算結(jié)果表明：庫(kù)水位下降速率越大，滑坡體內(nèi)部孔壓下降幅度與下降速率越大，但滑坡體上部的孔壓下降幅度較下部要小;滑坡體上部淺層安全系數(shù)隨著時(shí)間逐漸增大，下部淺層和深層滑坡安全系數(shù)呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì);滑坡體下部淺層發(fā)生失穩(wěn)，然后引起深層整體滑動(dòng)，而上部淺層較為穩(wěn)定。研究成果可為庫(kù)水位驟降條件下滑坡失穩(wěn)機(jī)理的認(rèn)識(shí)提供一定參考。

關(guān)鍵詞：滑坡穩(wěn)定性;庫(kù)水位驟降;土質(zhì)滑坡;深層滑坡;淺層滑坡

中圖法分類(lèi)號(hào)：TU43

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

庫(kù)水位變動(dòng)是影響滑坡穩(wěn)定性的重要因素，滑坡在庫(kù)水位作用下的失穩(wěn)機(jī)理主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①庫(kù)水位驟降導(dǎo)致滑坡上的附加水壓突然卸載，引發(fā)滑坡失穩(wěn);②庫(kù)水位驟降導(dǎo)致滑坡內(nèi)部水位線出現(xiàn)“滯后”效應(yīng)，指向滑坡體外部的滲流力加劇滑坡失穩(wěn)幾率?；率Х€(wěn)后的危害主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①對(duì)庫(kù)區(qū)周?chē)用竦纳?cái)產(chǎn)安全造成危害;②減小水庫(kù)有效庫(kù)容，影響水庫(kù)正常穩(wěn)定運(yùn)行;③對(duì)滑坡周?chē)乃そㄖ镌斐梢欢ㄎ：?。因此，針?duì)庫(kù)水位驟降下的滑坡滲透特性以及穩(wěn)定性研究顯得很有必要。

針對(duì)庫(kù)水位驟降下的滑坡穩(wěn)定性研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了很多有益探討，如魯芃等對(duì)白家包滑坡不同庫(kù)水位日降幅條件下滑坡滲流場(chǎng)及應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了數(shù)值模擬;郭子正利用灰色模型對(duì)三峽庫(kù)區(qū)某堆積滑坡體進(jìn)行了庫(kù)水位驟降下的安全性評(píng)價(jià);鐘啟明基于非飽和理論計(jì)算了某黏土心墻壩在庫(kù)水位驟降情況下的上游壩坡穩(wěn)定系數(shù)。然而，這些研究均未涉及滑坡在庫(kù)水位驟降下的深層淺層滑動(dòng)面穩(wěn)定性分析，事實(shí)上，對(duì)于滑坡體失穩(wěn)形式來(lái)說(shuō)，在降雨工況下已有研究表明，滑坡過(guò)程表現(xiàn)為先發(fā)生前期的淺層失穩(wěn)然后是后期的整體滑動(dòng)，然而對(duì)于庫(kù)水位驟降下深層、淺層滑坡的研究較少，對(duì)相應(yīng)的規(guī)律還沒(méi)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

本文以恩施州鶴峰縣境內(nèi)坪江電站滑坡體為研究對(duì)象，利用Geo-slope軟件的Seep/w和Slope/w對(duì)滑坡在庫(kù)水位驟降條件下深層淺層滑坡滲流特性以及穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，為相關(guān)工程治理提供了一定的參考。

1計(jì)算理論

1.1非飽和滲流理論

非飽和滲流的控制方程寫(xiě)成張量的形式為式中，Kij為飽和滲透張量;Kr為相對(duì)透水率;hc為壓力水頭;Q為源匯項(xiàng);C（hc）為容水度;0為與壓力水頭相關(guān)的函數(shù);n為土體內(nèi)部的孔隙率;Ss為單位貯水量。

土水特征曲線是衡量土體內(nèi)部滲透系數(shù)（體積含水量）與基質(zhì)吸力之間的關(guān)系，比較廣泛使用的是Fredlund&Xing模型，體積含水量函數(shù)可以表達(dá)為其中，修正函數(shù)Cw采用下式計(jì)算：式中，Ow為體積含水量;0s為飽和體積含水量，m與殘余含水量相關(guān);n與體積含水量函數(shù)拐點(diǎn)斜率相關(guān);a為與體積含水量拐點(diǎn)處的基質(zhì)吸力;w為基質(zhì)吸力;w為殘余含水量對(duì)應(yīng)的基質(zhì)吸力。

得出體積含水量之后，根據(jù)滲透系數(shù)函數(shù)，便可得出滲透系數(shù)隨基質(zhì)吸力的變化曲線：式中，kw為土體內(nèi)部對(duì)應(yīng)與不同基質(zhì)吸力下的實(shí)時(shí)滲透系數(shù);ks為土體內(nèi)部飽和滲透系數(shù);y代表負(fù)孔隙水壓力算法的虛擬變量;？為最小負(fù)孔隙水壓力;N為最終函數(shù)所描述的最大負(fù)孔隙水壓力。

1.2非飽和抗剪強(qiáng)度理論

土體強(qiáng)度理論采用Fredlund雙應(yīng)力變量公式：式中，t為土體實(shí)時(shí)抗剪強(qiáng)度;c'與0'為有效強(qiáng)度參數(shù);0n為法向總應(yīng)力與孔隙氣壓力的差值;ua為孔隙空氣壓力;uw為孔隙水壓力;0b為由負(fù)孔隙水壓力提高的強(qiáng)度。

2計(jì)算模型及參數(shù)

2.1計(jì)算模型

某滑坡體位于恩施州鶴峰縣坪江水電站庫(kù)岸，滑坡坡度約為200～30°，滑坡體長(zhǎng)約83.7m，平均厚度11.3m。該庫(kù)區(qū)死水位高程1095m，正常蓄水位高程1125m，地質(zhì)剖面圖如圖1（a）所示，滑坡典型剖面圖如圖1（b）所示，相應(yīng)的網(wǎng)格剖分圖如圖1（c）所示。全局單元尺寸約為8m，整個(gè)模型一共剖分為1988個(gè)節(jié)點(diǎn)，1901個(gè)單元。

2.2初始條件以及邊界條件

（1）初始條件。模型左側(cè)邊界為1140m定水頭邊界，右側(cè)為175m的定水邊界，計(jì)算所得的滲流場(chǎng)為整個(gè)計(jì)算工況的初始條件。

（2）邊界條件。ef為定水頭邊界;abc為水位變動(dòng)邊界;如為降雨人滲的流量邊界;af，de為不透水邊界;邊界上流量Q為0。

2.3土體參數(shù)及計(jì)算工況

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和工程地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果綜合確定土體參數(shù)，滑體和滑床的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

土水特征曲線如圖2所示。

為研究不同速率庫(kù)水位驟降下的滑坡體深層淺層滲透穩(wěn)定性規(guī)律，特取庫(kù)水位下降速率為0.5，1m/d和1.5m/d這3種工況進(jìn)行數(shù)值模擬研究。

3計(jì)算結(jié)果分析

3.1孔壓變化規(guī)律

為定量研究庫(kù)水位驟降下滑坡體內(nèi)不同位置孔壓變化規(guī)律，特取如圖l（a）所示的兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，即上部監(jiān)測(cè)斷面與下部監(jiān)測(cè)斷面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)庫(kù)水位驟降過(guò)程中的孔壓變化，不同監(jiān)測(cè)面的孔壓變化規(guī)律如圖3—5所示。

由圖可見(jiàn)：孔壓隨深度呈現(xiàn)線性變化。隨著庫(kù)水位的降低，坡體內(nèi)部孑L壓逐漸降低，工況l上部孔壓在計(jì)算時(shí)間內(nèi)平均降低0.06%，下部孔壓平均降低32.61%?；麦w上部孔壓變化幅度要遠(yuǎn)小于下部孔壓，這也就解釋了以往文獻(xiàn)中庫(kù)水位驟降情況下坡內(nèi)浸潤(rùn)線出現(xiàn)“延遲”的現(xiàn)象，即距離岸邊浸潤(rùn)線下降幅度較大而遠(yuǎn)離岸邊浸潤(rùn)線變化幅度較小?？v向來(lái)看，工況1～3上部監(jiān)測(cè)點(diǎn)孔壓在計(jì)算時(shí)間內(nèi)平均降低幅度分別為0.061%，0.068%和0.075%，而下部監(jiān)測(cè)點(diǎn)在計(jì)算時(shí)間內(nèi)的平均降幅分別為32.61%，35.87%和38.83%，可見(jiàn)庫(kù)水位降低速率越大，滑坡體內(nèi)部的孔壓下降幅度也越大。

3.2滑坡穩(wěn)定性規(guī)律

不同庫(kù)水位驟降速率下的安全系數(shù)變化規(guī)律見(jiàn)圖6。

由圖可見(jiàn)，①上部淺層滑坡隨著庫(kù)水位下降，安全系數(shù)呈現(xiàn)不斷升高趨勢(shì)。這是因?yàn)榛麦w上部孔壓變化幅度較小，隨著庫(kù)水位的降低，上部地下水位線逐漸降低，土體強(qiáng)度不斷增加，從而安全系數(shù)呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)。同時(shí)，庫(kù)水位下降速率越大，安全系數(shù)越小。②下部淺層滑動(dòng)面安全系數(shù)變化規(guī)律與深層滑動(dòng)面安全系數(shù)變化規(guī)律較為一致，庫(kù)水位下降速率越大，最小安全系數(shù)出現(xiàn)的時(shí)刻越早，同時(shí)，最小安全系數(shù)也越小。這是因?yàn)閹?kù)水位下降速率越快，上下孔壓形成的差值也就越大，從而出現(xiàn)浸潤(rùn)線“延遲”現(xiàn)象，向下的滲流力加劇了滑坡的不穩(wěn)定，使最小安全系數(shù)更小。③庫(kù)水位下降后安全系數(shù)在計(jì)算時(shí)間內(nèi)最終大于初始安全系數(shù)。這是因?yàn)榛麦w內(nèi)部的水位降低，土體的強(qiáng)度增加，從而安全系數(shù)比初始狀態(tài)下更高。④下部淺層的最小安全系數(shù)要小于同工況下的深層滑動(dòng)最小安全系數(shù)。這說(shuō)明了在庫(kù)水位驟降的情況下，首先發(fā)生的是滑坡體下部淺層滑動(dòng)，然后才會(huì)引發(fā)深層滑動(dòng)，而滑坡體上部淺層滑動(dòng)面較為穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞。

4結(jié)論

（1）庫(kù)水位下降速率越大，滑坡體內(nèi)部孔壓下降幅度與下降速率越大，但是滑坡體上部的孔壓下降幅度較下部要小。

（2）滑坡體上部淺層安全系數(shù)隨時(shí)間逐漸增大，而下部淺層和深層滑坡安全系數(shù)呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。

（3）總體而言，最小安全系數(shù)從小到大的排序?yàn)椋合虏繙\層最小安全系數(shù)、深層滑坡最小安全系數(shù)、上部淺層最小安全系數(shù)。說(shuō)明滑坡體的下部淺層先發(fā)生失穩(wěn)，然后引起深層整體滑動(dòng)，而上部淺層較為穩(wěn)定。因此，在實(shí)際工程中應(yīng)該注意著重對(duì)滑坡體下部采取相應(yīng)的治理措施。

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