殷秋雨，李仁江，冷先倫，方 波，4，付曉東

(1.湖北工業(yè)大學 土木建筑與環(huán)境學院，湖北 武漢 430068； 2.中國科學院武漢巖土力學研究所 巖土力學與工程國家重點實驗室，湖北 武漢 430071； 3.中國長江三峽集團有限公司 移民工作局，四川 成都 610000； 4.安徽理工大學 土木建筑學院，安徽 淮南 232001)

滑坡體的穩(wěn)定性狀態(tài)是其賦存環(huán)境下多種因素共同作用的表現(xiàn)，具有復雜性和綜合性。庫水位漲落[1]、暴雨[2]和地震[3]是誘發(fā)庫岸滑坡的關鍵因素。干海子滑坡是溪洛渡水庫近壩庫段的重點滑坡，規(guī)模巨大。賦存環(huán)境作為誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的關鍵因素,國內(nèi)外學者開展了大量針對性的研究工作，如：TOHARI等[4]在模型槽內(nèi)進行滑坡試驗，得出了不同工況下邊坡的破壞模式；CATANE等[5]自制了室內(nèi)模型槽，研究了滲流誘發(fā)邊坡破壞造成的含水率、土體位移變化規(guī)律；方景成等[6]對庫水位變動速率與降雨強度進行了單因素與雙因素聯(lián)合作用下的敏感性分析；徐永強等[7]與徐翔[8]等利用有限元分析軟件 GEOSTUDIO 對滑坡瞬態(tài)滲流場進行了數(shù)值模擬和邊坡穩(wěn)定性分析；鄧琴等[9]利用FLAC3D軟件分析邊坡的剪應變發(fā)展規(guī)律，根據(jù)剪應變的集中帶獲取邊坡的多個潛在滑面；JIA等[10]與BERILGEN[11]等，建立模型分析了邊坡在水位漲落作用下的性能。然而，上述研究少有針對賦存環(huán)境結合不同周期的監(jiān)測數(shù)據(jù)對實際工程進行穩(wěn)定性研究。干海子滑坡體因其特殊的歷史演化過程、賦存環(huán)境因素和工程重要性，研究其在庫水調(diào)度過程中的穩(wěn)定性是保障溪洛渡水電工程健康運營的關鍵。

本文針對溪洛渡水電站庫區(qū)干海子滑坡體，在詳細分析其地質(zhì)條件的基礎上，通過分析現(xiàn)場變形監(jiān)測點的變形發(fā)展規(guī)律，初步判斷滑坡的可能破壞形式，進而采用二維極限平衡分析方法[12]，開展滑坡體在建設期、蓄水期及運營期不同賦存環(huán)境條件下的穩(wěn)定性分析。研究其在庫水位漲落、暴雨及地震等條件下的穩(wěn)定性和可能的破壞區(qū)域與形態(tài)，并結合現(xiàn)場變形監(jiān)測結果評價干海子滑坡體的穩(wěn)定性，揭示賦存環(huán)境對滑坡體穩(wěn)定性的影響規(guī)律，為岸坡穩(wěn)定性評價提供理論依據(jù)和方法支持。

1 賦存環(huán)境

1.1 區(qū)域降雨環(huán)境

干海子滑坡體所處的近壩庫段地勢高差懸殊，氣候垂直變化顯著，河谷干熱，高山陰冷潮濕，屬典型的亞熱帶氣候區(qū)。該區(qū)平均值降雨量為586.3～851.2 mm，主要集中在4～10月，占全年的90.37%～96.55%；多年平均蒸發(fā)量2 139.0 mm，多年平均相對濕度67%，平均風速3.0 m/s。暴雨多集中在6～8月，根據(jù)永善縣雨季開始、終止日期、保證率和部分地區(qū)月降雨量資料，該區(qū)域最大日降雨量可達100.0 mm(見圖1)。

圖1 永善縣雨季開始、終止時間及保證率Fig.1 The start, end date and guarantee rate of the rainy season in Yongshan County

1.2 水庫調(diào)度

水庫調(diào)度由雨季、枯水季和發(fā)電共同來控制(見圖2)。溪洛渡水電站水庫發(fā)電年調(diào)度規(guī)則如下：

圖2 溪洛渡水庫水位變化時間過程曲線Fig.2 Water level-time course curve of Xiluodu reservoir

(1) 雨季來臨前，為迎接強降雨，需降低水庫水位留出庫容。4月初至5月底水位下降，最低水位約為540 m。

(2) 根據(jù)防洪需求，在雨季末期到枯水季來臨之前為水庫水位持續(xù)平穩(wěn)上升階段，10月到年底，水庫水位達到最高600 m。

(3) 當水庫水位處于保證出力區(qū)時，電站按保證出力工作；若水庫已蓄水至正常蓄水位600 m時，則按來水流量發(fā)電。

1.3 地震環(huán)境

根據(jù)國家地震局的國家地震烈度區(qū)劃資料和水庫地質(zhì)資料，認為影響溪洛渡水電站壩區(qū)附近水庫區(qū)穩(wěn)定性的周邊地震帶主要是馬邊-鹽津地震帶。該地震帶位于水庫東側(cè)，距干海子滑坡20～30 km，北起馬邊附近，經(jīng)靛蘭壩、瑪瑙、璜瑯、大關木桿河至吉利鋪，分布在西北偏北方向，長約120 km，寬約20 km，與馬邊-鹽津隱伏斷裂帶分布方向基本一致?；聟^(qū)地震危險主要來自于該地震帶的影響，地震基本烈度為Ⅷ度，地震峰值加速度0.15g。

2 工程概況

2.1 地質(zhì)條件

干海子滑坡體位于金沙江右岸，距壩址14 km?；麦w前緣堆積高程390 m，后緣高程700 m，鉆孔揭示厚度為55.66～166.04 m，滑坡體積約4 700萬m3，主滑方向N25°W。滑體上部主要由陽新灰?guī)r碎塊組成，局部架空；下部主要由志留系砂頁巖碎塊組成，結構密實。主滑面沿志留系地層下部頁巖發(fā)育，剪出口高度為490 m，滑動面向下游傾斜3°～5°?；瑤Ш穸葹?.50～2.30 m，由志留系泥頁巖巖屑和角礫夾泥組成，擠壓緊密。干海子滑坡體屬于滑坡堆積體，位于庫岸的右側(cè)，為堆積層順基巖界面滑坡。區(qū)內(nèi)基巖產(chǎn)狀變化較大，總體上從上游往下游產(chǎn)狀從N10°～40°E/SE∠10°～15°變?yōu)镹40°～60°W/NE∠12°～18°。干海子滑坡體主滑剖面地質(zhì)結構如圖3所示。

2.2 滑帶巖體力學參數(shù)

為了獲得岸坡的基本物理力學性質(zhì)參數(shù)，研究團隊在干海子滑坡體開展了原位試驗和室內(nèi)試驗[13]。干海子滑坡體滑帶土的基本物理力學參數(shù)和強度參數(shù)分別列于表1和表2。

表1 滑坡體滑帶土基本物理性質(zhì)Tab.1 Basic physical properties of landslide slip zone soil

表2 滑坡體滑帶力學參數(shù)建議取值Tab.2 Suggested value for mechanical parameters of landslide slip zone

2.3 現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

為長期監(jiān)測干海子滑坡體在水庫運行過程中的變形過程，在滑坡體的前緣、主體和后緣布設了表觀變形觀測墩5個(TP1～TP5)，監(jiān)測剖面大致垂直于岸坡(見圖3)。變形測點方向及符號規(guī)定：表面變形成果采用金沙江坐標系，X方向為上下游方向，指向下游為“+”；Y方向為左右岸方向，指向左岸為“+”；H方向為豎直方向，下沉為“+”，反之為負。2013年5月6日取得了首期測值，截至2014年11月6日的特征值如表3所列，觀測時長550 d。X方向(上下游)的最大累積位移變化量為513.60 mm(TP5測點)；Y方向(左右岸)的最大累積位移變化量為766.75 mm(TP5測點)；Z方向(豎直向)的最大累積位移變化量為613.50 mm(TP5測點)。3個分量變形程度為Y>Z>X。對X方向位移而言，均為正值，說明整體向下游方向變位；Y方向位移均為正值，說明坡體體向臨江河谷方向變位；H方向變位為正值，表現(xiàn)為沉降。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：位于滑坡體前緣“垮堵灣”附近測點(TP5)的累計位移值明顯大于滑坡體主體部位測點(TP3、TP4)和后緣唐家灣座滑體上測點(TP1、TP2)的累計位移值，表明滑坡在前緣失穩(wěn)的可能性較大。

表3 變形測點位移增量統(tǒng)計Tab.3 Displacement increment statistics results of deformation points

圖3 干海子滑坡主滑斷面剖面示意Fig.3 Geological generalization diagram of main sliding section of Ganhaizi landslide

3 滑坡穩(wěn)定性分析

通過地質(zhì)分析和模型概化建立了3個穩(wěn)定性分析模型(見圖4)，分別研究干海子滑坡體的整體、局部和前緣的穩(wěn)定性，探討賦存環(huán)境對滑坡體穩(wěn)定性的影響。以DL/T5353-2006《水電水利工程邊坡設計規(guī)范》為依據(jù)，結合滑坡體的賦存環(huán)境特征，設置了持久、短暫、偶然3種工況。干海子滑坡體在水庫調(diào)度周期內(nèi)經(jīng)歷了建設期、蓄水期和運行期3個周期。建設期的持久工況取金沙江的天然水位，滑體水位取旱季水位，短暫工況的荷載增加強降雨；蓄水期的持久工況考慮了蓄水過程與蓄水速率的影響，短暫工況的荷載增加強降雨；運行期的持久工況為溪洛渡水庫正常蓄水位與水庫水位調(diào)節(jié)過程，短暫工況的荷載為快速泄水與強降雨，偶然工況取持久工況與地震的組合。依據(jù)DL5180-2003《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》，采用二維極限平衡法(M-P法)，分析各周期和工況下干海子滑坡安全系數(shù)變化過程，進而研究賦存環(huán)境對滑坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律，分析時水庫調(diào)度過程中水庫水位變化速率為2 m/d，日降雨量取100 mm。

圖4 干海子滑坡體剖面穩(wěn)定性分析模型Fig.4 Section stability analysis model of Ganhaizi landslide

3.1 溪洛渡水電站建設期干海子滑坡體穩(wěn)定性分析

溪洛渡水電站建設期干海子滑坡不同工況條件下的安全系數(shù)匯總列于表4。匯總結果表明：① 剖面在建設期持久工況下，整體滑動的安全系數(shù)為1.598，中部滑動的安全系數(shù)為1.689，前緣滑動的安全系數(shù)為1.037；在建設期短暫工況下，整體滑動的安全系數(shù)為1.573，中部滑動的安全系數(shù)為1.655，前緣滑動的安全系數(shù)為0.857；典型剖面在建設期偶然工況下，安全系數(shù)在0.833～1.221之間。② 強降雨條件下，滑坡安全系數(shù)均有不同程度的減小。③ 在地震影響下，滑坡安全系數(shù)顯著降低，相較于自然狀態(tài)下降0.2～0.4。

表4 建設期干海子滑坡體剖面不同工況安全系數(shù)Tab.4 Summary of safety factors of Ganhaizi Landslide in different working conditions during the reservoir construction period

3.2 溪洛渡水電站蓄水期干海子滑坡體穩(wěn)定性分析

溪洛渡水電站蓄水期干海子滑坡體不同工況條件下的安全系數(shù)匯總列于表5。分析蓄水期不同賦存環(huán)境的影響結果可知：① 干海子滑坡體在蓄水期持久工況下，水位分別為540，560，600 m時，整體滑動的安全系數(shù)分別為1.537，1.514，1.464，中部滑動的安全系數(shù)分別為1.595，1.579，1.503，前緣滑動的安全系數(shù)分別為0.948，0.937，0.949；在短暫工況下，(降雨條件)，水位分別為540，560，600 m時，整體滑動的安全系數(shù)分別為1.533，1.513，1.463，中部滑動的安全系數(shù)分別為1.582，1.574，1.500，前緣滑動的安全系數(shù)分別為0.934，0.929，0.937。② 干海子滑坡體蓄水期內(nèi)隨著水位的升高，穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低。持久工況下，540 m水位時安全系數(shù)為1.595，560 m水位時安全系數(shù)為1.579，600 m水位時安全系數(shù)為1.503?？梢钥闯觯寒斔挥?40 m上升至560，600 m 時，每上升20 m，安全系數(shù)依次降低約0.02。③ 短暫工況下，受暴雨的影響，滑坡安全系數(shù)有著不同程度的減小。

表5 干海子滑坡體蓄水期不同工況安全系數(shù)Tab.5 Summary of safety factors for Ganhaizi Landslide in different working conditions during the reservoir impoundment period

3.3 溪洛渡水電站運行期干海子滑坡體穩(wěn)定性分析

溪洛渡水電站運行期干海子滑坡不同工況條件下的安全系數(shù)匯總?cè)鐖D5～9所示。比較整體滑動、中部滑動和前沿滑動在不同工況的計算結果可知：① 在運行期持久工況下，水位條件分別從540 m上升至560 m，從560 m上升至600 m和從600 m下降至560 m時，整體滑動的安全系數(shù)分別為1.543，1.527，1.465；中部滑動的安全系數(shù)分別為1.593，1.592，1.511；前緣滑動的安全系數(shù)分別為0.964，1.00，0.903。② 剖面在運行期短暫工況下(降雨條件)，水位條件從600 m下降至560 m時，整體滑動的安全系數(shù)為1.455，中部滑動的安全系數(shù)為1.501，前緣滑動的安全系數(shù)為0.893。③ 在一個運行周期內(nèi)，滑坡體的最不穩(wěn)定時間出現(xiàn)在庫水位下降時，安全系數(shù)迅速降低，滑坡體前緣有塌岸的可能。④ 滑坡體運營期內(nèi)，遭遇暴雨的影響，安全系數(shù)將進一步減小，原因是降雨帶來滑坡含水率升高使土體重度增加，導致其下滑力增加以及土的抗剪強度和阻滑力降低。⑤ 主滑剖面整體滑動和中部滑動的穩(wěn)定性較好，前緣滑動的穩(wěn)定性較差，有前緣塌岸的可能。

圖5 一個調(diào)度周期短暫工況滑坡體安全系數(shù)變化Fig.5 Landslide safety factor variation of a short-term working condition in a scheduling cycle

圖6 運行期540 m→560 m短暫工況滑坡體安全系數(shù)變化Fig.6 Landslide safety factor variation of transient working condition during the reservoir operation period(540 m→560 m)

圖7 運行期560 m→600 m短暫工況整體滑坡體安全系數(shù)變化Fig.7 Landslide safety factor variation of transient working condition in reservoir operation period(560 m→600 m)

圖8 運行期(600 m→560 m)短暫工況滑坡體安全系數(shù)變化Fig.8 Landslide safety factor variation of transient working condition during the reservoir operation period (600 m→560 m)

圖9 運行期(600 m→560 m+降雨)偶然工況滑坡體安全系數(shù)變化Fig.9 Landslide safety factor variation of accidental working condition during the reservoir operation period (600 m→560 m+rainfall)

4 結 論

針對干海子滑坡體在溪洛渡水電站水庫調(diào)度周期內(nèi)的穩(wěn)定性問題，在分析現(xiàn)場變形監(jiān)測的基礎上，采用極限平衡方法，開展了滑坡體在水電站建設期、蓄水期及運營期的穩(wěn)定性分析，研究了賦存環(huán)境對干海子滑坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律，研究結果表明：

(1) 干海子滑坡體現(xiàn)場監(jiān)測變形顯示滑坡體前緣變形明顯大于滑坡體主體和后緣，滑坡體前緣測點受水位影響較明顯，變形量值較大，坡體中后部監(jiān)測點的變形趨于穩(wěn)定。二維極限平衡法分析得到的滑坡體整體、中部及前緣的安全系數(shù)顯示：前緣滑坡體安全系數(shù)明顯小于整體滑坡和中部滑坡的安全系數(shù)，該滑坡體在蓄水過程中前緣穩(wěn)定性較差，分析結果與現(xiàn)場監(jiān)測結果基本吻合。

(2) 在水庫調(diào)度周期內(nèi)，滑坡體最不穩(wěn)定條件為庫水位下降且遇到暴雨時。在降雨，特別是暴雨期間，應該嚴格控制庫水位調(diào)度速率，確?；麦w的穩(wěn)定。

(3) 庫水位漲落、暴雨及地震作用是影響干海子滑坡體穩(wěn)定性的重要因素，賦存環(huán)境直接決定了其穩(wěn)定性。蓄水期庫水位上升，滑坡體穩(wěn)定安全系數(shù)減小，導致前緣塌岸發(fā)生的可能性增大；強降雨滲透使得滑坡體含水率升高，導致其下滑力增加以及土抗剪強度和阻滑力降低；當有地震作用時，前緣的穩(wěn)定性進一步下降。