常偉世 ，武龍?zhí)茫n 雙

(中冀建勘集團(tuán)有限公司 河北 石家莊 050200)

0 引言

水庫(kù)滑坡是全球范圍內(nèi)的重大地質(zhì)災(zāi)害之一[1]。通常水庫(kù)修建不僅會(huì)改變周?chē)牡刭|(zhì)環(huán)境，最重要的一點(diǎn)是庫(kù)水位的變動(dòng)通常會(huì)庫(kù)岸邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生巨大影響。研究表明，庫(kù)水位變化通常會(huì)造成土體物理力學(xué)參數(shù)以及庫(kù)水入滲條件改變。陶宏亮等[2]基于FLAC2D建立了數(shù)值模型，研究了三峽庫(kù)區(qū)某堆積體滑坡的變形特征與庫(kù)水位變化的關(guān)系。周永強(qiáng)等[3]利用理論分析手段開(kāi)展了庫(kù)水位變化速率及降雨強(qiáng)度與滑坡的穩(wěn)定性關(guān)系，結(jié)果表明，水位上升速率與滑坡安全系數(shù)增大速率呈正比。關(guān)奇[4]基于木竹坪滑坡，研究了水位變化和降水共同作用下邊坡的滲流場(chǎng)變化規(guī)律，結(jié)果表明，水位上升和降雨共同作用下滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)最小。夏敏等[5]研究了三峽庫(kù)區(qū)石榴樹(shù)包滑坡的穩(wěn)定性影響因素，得出庫(kù)水位是影響滑坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，并進(jìn)一步分析了地下水的董濤響應(yīng)機(jī)制。馬建博等[6]采用geo-studio軟件模擬了多種庫(kù)水位變化工況下邊坡的穩(wěn)定性，并給出了采用向量機(jī)進(jìn)行滑坡預(yù)測(cè)的方法。

通?；碌呐袛嗫苫诂F(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)和遙感影像?；诘乇砦灰坪蜕畈课灰票O(jiān)測(cè)可以有效判斷邊坡變形發(fā)展趨勢(shì)并展開(kāi)進(jìn)一步治理。Huang[7]等基于現(xiàn)場(chǎng)位移監(jiān)測(cè)，分析了三峽庫(kù)區(qū)10年的位移變形曲線，得到了很多重要結(jié)果。此外，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以研究滑坡的運(yùn)動(dòng)模式、變形機(jī)理以及采取合適的治理措施[8]。本文基于GPS現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展了某水庫(kù)滑坡的穩(wěn)定性研究，成果可為相似工程提供理論和實(shí)際參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 工程地質(zhì)條件

研究區(qū)滑坡位于庫(kù)區(qū)，研究工點(diǎn)地處典型河谷地區(qū)，地勢(shì)上總體呈現(xiàn)西高東低形態(tài)，溝壑縱橫。受季節(jié)性降雨影響，研究區(qū)多年平均氣溫約7℃，年均降水量588 mm，降水日多集中于每年的7-9月份，根據(jù)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)但日降水量最大值61.3 mm，年蒸發(fā)量約1 192 mm?；滦螒B(tài)如下：滑坡整體呈長(zhǎng)舌形狀，均寬400 m，高程介于25～290 m，表面主要以碎石土為主，中部主要分布?jí)K石和土體，下部主要分布黃土類(lèi)(圖1)。滑體厚度約30～70 m，坡腳介于30°～402°之間。地下水埋深為1～14 m。根據(jù)水庫(kù)設(shè)計(jì)，其正常庫(kù)水位130 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，滑坡在蓄水期間對(duì)此發(fā)生局部溜滑失穩(wěn)，嚴(yán)重影響壩體及下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全[10-11]。

圖1 研究區(qū)滑坡典型地質(zhì)剖面

圖2 滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，將滑坡分為4個(gè)區(qū)域，各個(gè)區(qū)的監(jiān)測(cè)布設(shè)如圖2所示。其中采用監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成的GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置及布設(shè)如圖2所示。其中監(jiān)測(cè)儀器采用北極星9600，按二等GPS網(wǎng)進(jìn)行平面控制網(wǎng)觀測(cè)。圖3～圖6匯總了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 變形特征分析

匯總圖3～圖6監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨水位的增大開(kāi)始比較小，隨著水位進(jìn)一步上升，位移量急劇變大，最后又趨于穩(wěn)定。另外也發(fā)現(xiàn)，在雨季變形量明顯大于其他季節(jié)。這證明庫(kù)岸邊坡的穩(wěn)定性收到庫(kù)水位和降雨的聯(lián)合影響。此外，在II-2區(qū)位移量最大，最大值接近2 500 mm，證明該區(qū)域變形較大，需引起注意。

根據(jù)四個(gè)區(qū)的位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，在庫(kù)水位較低時(shí)，I區(qū)II-1區(qū)和III區(qū)的位移總體較小。其中I區(qū)的三個(gè)測(cè)點(diǎn)位移值變化不大，另外兩區(qū)的各個(gè)測(cè)點(diǎn)位移變化范圍相對(duì)較大。這也證明，在庫(kù)水位較低時(shí)，庫(kù)岸邊坡的穩(wěn)定性不太會(huì)受到水位上升的影響，整體穩(wěn)定性較好。

觀測(cè)圖中測(cè)點(diǎn)JC17、JC1、JC2、JC14和JC16發(fā)現(xiàn)，合個(gè)測(cè)點(diǎn)最大位移值分別為140 mm、550 mm、1 250 mm、500 mm和2 500 mm，總體表明，II區(qū)變形最大，I區(qū)位移最小?；瑒?dòng)變形存在局部性。

圖3 Ⅰ區(qū)位移監(jiān)測(cè) 圖4 II-1區(qū)位移監(jiān)測(cè)

圖5 II-2區(qū)位移監(jiān)測(cè) 圖6 Ⅲ區(qū)位移監(jiān)測(cè)

2.2 蓄水對(duì)滑坡變形的影響

通常水位的升降會(huì)影響庫(kù)=岸邊坡穩(wěn)定性，根據(jù)圖7和圖8結(jié)果表明，當(dāng)庫(kù)水位由70 m升到100 m時(shí)，位移速率變化迅速增大。此外，根據(jù)分區(qū)特點(diǎn)，III區(qū)在09年3月趨于穩(wěn)定。這主要是由于III區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均處于前緣，通?；虑熬壸钊菀资艿剿挥绊?。

此外，蓄水后去，邊坡整體較為穩(wěn)定，I區(qū)和III區(qū)位移都比較小。但I(xiàn)I-2區(qū)位移偏大，證明可能發(fā)生局部大變形破壞。綜合以上分析可知，蓄水的整過(guò)過(guò)程中，初期水位對(duì)穩(wěn)定性影響最下，中期影響最大，而后期又會(huì)趨于減弱。以庫(kù)水位有110～115 m為例，HH-2位移速率較大，對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，繼續(xù)增大庫(kù)水位至130 m時(shí)，II-2區(qū)位移增量迅速變大，但整體上滑坡穩(wěn)定性較好。在2009年7月-2009年8月這一時(shí)段，JC1的位移增量隨庫(kù)水位下降而減小，由22 mm至14 mm。因此如果庫(kù)水位在低水位運(yùn)行是，庫(kù)水位下降對(duì)滑坡穩(wěn)定性是有利的。

圖7 Ⅱ-區(qū)水平位移增量 圖8 Ⅱ-2 區(qū)水平位移增量

3 庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性影響因素分析

3.1 庫(kù)水位變化的影響

表1匯總得到典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)的不同區(qū)域的平均位移，結(jié)果表明，當(dāng)庫(kù)水位較小時(shí)，各區(qū)的位移均比較小，滑坡整體穩(wěn)定。水位波動(dòng)與巖土體的力學(xué)性質(zhì)影響較小。醉著庫(kù)水位的增大，在降水和庫(kù)水位聯(lián)合影響下，滑坡體的穩(wěn)定性急速下降，這是因?yàn)榻邓蛶?kù)水抬升增大了滑體的浸水面積，導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)降低，抗滑力減小。當(dāng)庫(kù)水位進(jìn)一步抬升時(shí)，岸區(qū)的巖土體性質(zhì)區(qū)域穩(wěn)定，此時(shí)，滑坡的變形區(qū)域穩(wěn)定，這與實(shí)際情況吻合。

此外，滑坡中部為塊石和土體混雜物，地下水隨庫(kù)水升高而升高，導(dǎo)致滑體中部土體受影響較大。整體來(lái)看，滑體穩(wěn)定性變化趨勢(shì)為緩降-急降-穩(wěn)定。

表1 不同工況下滑坡各區(qū)的平均位移 mm

圖9 蓄水速率隨時(shí)間變化

3.2 蓄水速率影響

為例研究蓄水速度對(duì)庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性影響，圖9匯總得到了研究區(qū)蓄水速率和時(shí)間的曲線。結(jié)果表明，滑坡位移隨蓄水速率的減小而減?。划?dāng)庫(kù)水位大于70 m時(shí)，蓄水速率最大為0.66 m/d，此時(shí)位移急劇增大，進(jìn)一步水位抬升至100 m時(shí)，蓄水速率降低，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化較小。綜上所述，在降低的蓄水位下，蓄水速率對(duì)岸坡穩(wěn)定性影響較小。蓄水中期的蓄水速率對(duì)岸坡穩(wěn)定性影響較大，而蓄水后期最為不利，整體變化規(guī)律為初期較小，中期較大，后期最大。

3.3 極限平衡法計(jì)算

為例與檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行對(duì)比分析，本文采用極限平衡法對(duì)該滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算[9]，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖10。結(jié)果表明，蓄水前邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，隨著庫(kù)水位上升，滑坡的安全系數(shù)逐漸降低，在水位升至84 m時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)下降了20%以上。當(dāng)庫(kù)水位上升到正常運(yùn)行水位是，滑體巖土體在庫(kù)水位以下面積大于60%，如庫(kù)水位作用下，坡體的整體穩(wěn)定性較好。因此采用極限平衡計(jì)算方法與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較為吻合。

圖10 極限平衡法計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于某一具體庫(kù)那邊坡的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到如下結(jié)論：

(1)庫(kù)水位對(duì)岸坡的穩(wěn)定性影響比較復(fù)雜，在蓄水初期，水位上升對(duì)岸坡穩(wěn)定性影響較小，岸坡不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)現(xiàn)象；與之相似，在水庫(kù)蓄水初期，岸坡變形受蓄水速率影響較小。

(2)蓄水整個(gè)過(guò)程中岸坡的穩(wěn)定性根據(jù)水位的高低表現(xiàn)出穩(wěn)定—較不穩(wěn)定—穩(wěn)定三段式，研究區(qū)滑坡的變形特征具有局部性和季節(jié)性。

(3)對(duì)于本文研究的邊坡，在庫(kù)水位介于115～130 m，時(shí)庫(kù)岸穩(wěn)定性隨隨著水位降低而增大。實(shí)際工程中應(yīng)利用該規(guī)律。