胡澤銘 肖長波 譚超

摘要：庫水位下降和降雨對庫岸滑坡的穩(wěn)定性具有重要影響，但現(xiàn)有研究對這兩種因素的考慮過于理想化。本文在綜合考慮減災(zāi)、航運、發(fā)電等的基礎(chǔ)上，針對庫水下降階段提出了新的庫水下降模型;結(jié)合近五十年的降雨數(shù)據(jù)，考慮到實際降雨量和降雨加載時間等因素提出了降雨模型。最后以白水河滑坡為例，分析了滑坡在降雨和不同庫水下降速率條件下的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，白水河滑坡主要由庫水下降影響，采用末期加速下降模型時，能有效減少庫水位持續(xù)下降對滑坡的影響，其穩(wěn)定系數(shù)較正常工況減小約0.7%～1.2%。本文所提出的庫水位下降模型對實際庫水調(diào)度具有重要參考意義。

關(guān)鍵詞：庫水位下降;降雨;滑坡;穩(wěn)定性;三峽庫區(qū)

Abstract：Reservoir drawdown and rainfall have important influence on bank landslides，but existing research on these two factors is too idealistic. A new reservoir drawdown model was proposed for the rapid drawdown stage based on the consideration of reduction，navigation and power generation. A rainfall model was proposed considering actural rainfall and rainfall time based on fifty years of daily rainfall data. At last，taking Baishuihe landslide as an example，the landslide stability was analyzed under the combined influenced of rainfall and reservoir drawdown. Results show that the Baishuihe landslide is mainly influenced by reservoir drawdown. The terminal reservoir drawdown model can reduce the effect of continuous decline of reservoir on landslide and the stability decreases about 0.7% ～ 1.2% compared with normal scenario. The reservoir drawdown model proposed in this paper is of significance to the reservoir operation in the Three Gorges Reservoir.

Key words：reservoir drawdown;rainfall;landslide;stability;Three Gorges Reservoir

1 前言

庫水位變動和降雨是誘發(fā)庫岸滑坡的重要因素[1-3]。三峽庫區(qū)蓄水之初，庫水的下降速率被嚴格限制為小于0.6 m/d。在庫水平穩(wěn)運行8年后，庫岸基本適應(yīng)了新的周期性水文地質(zhì)條件。前期設(shè)定的0.6 m/d的最大日降幅，限制了三峽大壩效益的發(fā)揮，有必要研究增加庫水位下降速率對滑坡穩(wěn)定性的影響。

近些年，關(guān)于降雨和庫水聯(lián)合作用下滑坡穩(wěn)定性問題有了比較廣泛的研究。王力[5]、張桂榮[6]、王鵬[7]等研究了庫水以恒定速率從175m降至145m時滑坡的穩(wěn)定性，并研究下降速率對滑坡穩(wěn)定性的影響;肖志勇等[8]分析了庫水從175 m間歇性下降至145 m時滑坡的穩(wěn)定性。以上研究忽略了庫水位的實際調(diào)度及降雨的分布，兩種重要的影響因素被過分簡化。

考慮庫水的影響時，很多學(xué)者以庫水下降速率為切入點，將庫水位以恒定速率從175 m降至145 m，忽略了庫水下降的歷時。隨著下降速率的提高，庫水下降的歷時會顯著減小，而歷時對航運、發(fā)電、防洪等至關(guān)重要。如果庫水從175m以過快的速率下降，會導(dǎo)致重慶港至豐都區(qū)段的大量船舶擱淺，嚴重影響船舶的安全航運。同時，對降雨的考慮也過于粗糙，大多以一個水文年的極值降雨作為降雨條件，在降雨加載時間點的選取上，人為因素影響很大[9，10]。

本文以白水河滑坡為例，以實際庫水調(diào)度為基礎(chǔ)，提出了的增大庫水位下降速率的調(diào)度模型，并根據(jù)秭歸五十年的降雨資料，充分考慮了降雨量和降雨加載時間，最后研究了白水河滑坡在不同庫水下降速率和降雨工況下的穩(wěn)定性。

2 白水河滑坡概況

白水河滑坡地處沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)白水河村，位于長江南岸，據(jù)三峽壩址56km。岸坡屬長江寬緩河谷地段、單斜順層斜坡，沿長江呈階梯狀展布?；麦w南北向長600 m，東西寬430 m，面積約21.5×104 m2，平均厚30 m，總體積約645×104 m3，主滑方向20°，屬深層大型松散堆積層滑坡（圖 1）?；孪路鶐r為羅系下統(tǒng)香溪組（J1x）中厚層狀粉砂巖、夾薄層泥質(zhì)粉砂巖，上伏第四系殘坡積粉質(zhì)粘土夾碎塊石（圖 2）。

白水河滑坡自2003年6月三峽水位試運行后產(chǎn)生了明顯變形，于前緣中部產(chǎn)生長約300 m的橫向裂縫。2005年，由于沿江公路擴寬施工，造成滑坡體上部坡體發(fā)生滑移，公路邊坡出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。2007年6月底，公路上方出現(xiàn)堆積體局部滑動，堆積體以公路為前緣，東西寬約220 m，后緣寬約120 m，縱長約100m，厚6 m，體積約10萬m3?，F(xiàn)場調(diào)查和專業(yè)監(jiān)測表明，每年5～7月為變形加劇時間，8月至次年4月則趨于平穩(wěn)?；伦冃卧谛钏跗谧畲螅S著堆積體自適應(yīng)能力的增強，堆積體逐漸適應(yīng)了庫水變動和降雨的影響，每年變形幅度有減小趨勢。

3 庫水下降及降雨模型

3.1 庫水下降調(diào)度模型

搜集2011～2016年每日庫水位調(diào)度數(shù)據(jù)，對庫水位數(shù)據(jù)進行平均擬合，得到三峽庫區(qū)實際調(diào)度模型（圖 3），并在此模型基礎(chǔ)上研究增大庫水位下降速率對滑坡穩(wěn)定性的影響。經(jīng)過8年完整周期的運行，庫岸已經(jīng)基本適應(yīng)了當前的水文地質(zhì)條件，而且由于淋濾作用等的影響[11]，低處巖土體對庫水變動的適應(yīng)能力更強，因此在增大庫水位下降速率時，有一個漸進過程，即增大庫水位下降速率的起始水位需要由低到高，逐漸緩慢增加，以保證庫岸對新的環(huán)境有充分的適應(yīng)。

由于低水位不利于航行、發(fā)電等，需盡可能縮短低水位時間。同時，持續(xù)快速降低庫水位會造成滑坡體內(nèi)地下水排泄不及時，產(chǎn)生較大的動水壓力，從而誘發(fā)滑坡。因此本文以155m為增大庫水位下降速率的起始點，其中，175～155m段按原速率下降，155～145m段分別采用0.3，0.6，0.9，1.2和1.5 m/d的下降速率。

3.2 降雨分布模型

目前在考慮降雨因素時，大多采用暴雨模型，而暴雨在計算時包含了汛期的降雨數(shù)據(jù)，造成降雨值的明顯偏大。同時，暴雨的加載時機比較隨機，人為因素影響很大，基于以上不足，本文根據(jù)實際降雨設(shè)定降雨工況。

統(tǒng)計秭歸地區(qū)1960～2014年的降雨數(shù)據(jù)，計算每年1/1～6/20區(qū)間的累計降雨量（圖 5），選取最大累計降雨量作為降雨計算參數(shù)。分析圖 5可知，2002年秭歸地區(qū)1/1～6/20區(qū)間的累計降雨最大，達846.4mm，遠超該地區(qū)55年以來418mm的均值。因此，以2002年1/1～6/20區(qū)段的降雨值，取A（4/23～5/6）和B（6/5～6/10）兩場降雨進行計算，其中A累積降雨198.7mm，B累積降雨154mm。

4 穩(wěn)定性分析

4.1 計算模型及工況選取

本文基于有限元軟件Geo-Studio以2-2′剖面建立模型，單元長度設(shè)為3m，忽略滑體材料的各向異性?；趲r土體的飽和-非飽和理論，根據(jù)SEEP/W模塊中的Van Genuchten土水特征經(jīng)驗曲線和飽和巖土體參數(shù)來確定非飽和土體的計算參數(shù)，通過加載降雨并改變庫水下降速率，來獲取不同時刻滑坡的滲流場。最后將不同時刻的滲流場導(dǎo)入SLOPE/W模塊，并采用Morgenstern-Price方法計算穩(wěn)定性。根據(jù)已有勘察資料中相似巖土體的參數(shù)，通過工程地質(zhì)類比法和現(xiàn)場調(diào)查確定飽和體積含水量和滲透系數(shù)，根據(jù)室內(nèi)試驗確定巖土體飽和抗剪強度參數(shù)[15]，計算參數(shù)和計算模型見圖 7。

初始及邊界條件：固定模型底部的水平和豎直位移，固定模型兩側(cè)的水平位移;滑體表面175m以上設(shè)置為降雨入滲邊界，175m以下設(shè)為庫水入滲邊界，基巖設(shè)為不透水層。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查及監(jiān)測資料，取175m穩(wěn)定時的地下水位為初始地下水位。

根據(jù)上文分析，采用如下工況進行計算（表 1）。

4.2 地下水滲流場模擬

通過SEEP/W模塊計算得到各工況每天的滲流場，坡體內(nèi)地下水隨著庫水位的降低而逐漸降低，坡體內(nèi)地下水位線明顯外凸，地下水出水口也高于庫水位，表明地下水下降速率滯后于庫水位。分析各工況最后一天的滲流場（圖 8），隨著庫水下降速率的增加，最后時刻的地下水位逐漸增加，但增加幅度呈遞減趨勢，說明隨著庫水位的增加，坡體內(nèi)動水壓力越大，坡體穩(wěn)定性越差，但穩(wěn)定系數(shù)減小的幅度在減弱。

4.3 穩(wěn)定性結(jié)果及分析

（1）滑坡穩(wěn)定性分析

整體分析圖 9可知，隨著庫水位的下降，白水河滑坡的穩(wěn)定性逐漸降低，其穩(wěn)定系數(shù)降低約16%;降雨對白水河滑坡影響有限，降雨和無降雨工況差距很小?，F(xiàn)有監(jiān)測資料也表明，白水河滑坡的變形主要由庫水位的下降引起。

庫水由175m降至155m時，其變化與庫水調(diào)度模型（圖 4）較為相似，表明滑坡穩(wěn)定系數(shù)基本由庫水位所影響;庫水位在155m恒定不變時，滑坡穩(wěn)定系數(shù)逐漸增加，增幅與穩(wěn)定時間正相關(guān)，增幅約1.0～1.5%，表明恒定庫水位有助于減緩后期快速下降對滑坡的影響;庫水位從155m加速降至145m時，隨著庫水位下降速率的增加（工況A～E），穩(wěn)定性逐漸降低，工況B～E的穩(wěn)定系數(shù)降低幅度較為一致，其降低幅度為14.8%～15.4%，較正常下降工況A有小幅減小，減小約0.7%～1.2%，表明增加庫水位下降速率對滑坡穩(wěn)定性影響較小。

（2）庫水位調(diào)度模式分析

庫水在末期加速下降對對滑坡穩(wěn)定性有利。在155m水位的間歇期，坡體內(nèi)的地下水能夠充分消散，動水壓力降低，滑坡穩(wěn)定性逐漸增加，比庫水持續(xù)性下降更有利于滑坡穩(wěn)定性[8]。此間，降雨的作用不夠明顯。在實際庫水調(diào)度時，可以在雨季來臨之前將庫水降至155m水位，盡量避免庫水和降雨對滑坡的共同作用。同時，庫水以最大程度維持在155m以上，能更好發(fā)揮黃金航道的效益。

從水文地質(zhì)的角度分析，末期加速下降充分考慮了庫岸各高程對庫水變動的適應(yīng)能力。由于155m以下庫岸浸泡的時間最長，受庫水改造充分，坡體內(nèi)滲流管網(wǎng)更加發(fā)育[11]，坡體內(nèi)地下水能迅速消散，能經(jīng)受庫水快速升降的影響。

從實際庫水位的調(diào)度分析，也能印證庫岸能夠承受155m以下庫水的快速升降：分析近幾年庫水調(diào)度曲線（圖 3中180～240d），每年汛期庫水在短期內(nèi)從145m升至155m以上，爾后迅速降至145m，但沒有引起庫岸大范圍的失穩(wěn)變形，表明庫水從155m快速降至145m對滑坡穩(wěn)定性影響不大。長遠看，可根據(jù)庫岸對庫水位變動的適應(yīng)能力，逐漸提高間歇時的穩(wěn)定水位，從而更加充分的發(fā)揮航運和發(fā)電的效益。

5 結(jié)論

（1）白水河滑坡整體上受庫水位變動的影響，庫水由175m降至145m時，造成滑坡穩(wěn)定系數(shù)降低約15%，降雨影響有限，監(jiān)測資料也顯示庫水下降是引發(fā)滑坡變形的主要因素。增加庫水位下降速率對滑坡穩(wěn)定性影響有限，穩(wěn)定系數(shù)減少約0.7%～1.2%。

（2）采用末期加速下降的方法具有綜合效益，該調(diào)度模型考慮到庫岸不同高程對庫水位的適應(yīng)能力，將庫水位調(diào)度過程分為兩段，并因地制宜地采取不同的下降速率。該模型充分考慮了防災(zāi)減災(zāi)、航運、防洪和發(fā)電等，大幅延長了155m以上庫水位的時間，具有很好的實際意義。

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作者簡介：胡澤銘（1987-），男，碩士研究生，研究方向：工程地質(zhì)、水文地質(zhì)。

通訊作者：肖長波（1987--），男，碩士研究生，研究方向：工程地質(zhì)、水文地質(zhì)。