張 寧

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概述

庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性問題是水利、巖土行業(yè)研究的熱門話題。隨著水庫(kù)大壩的修建，流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等方面均取得了一定的發(fā)展。大型水利設(shè)施修建影響范圍廣，庫(kù)岸邊坡的穩(wěn)定性對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活影響較大[1- 2]。因此，對(duì)庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性的研究是十分必要的。庫(kù)水位變動(dòng)是影響庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素[3- 4]。在庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定分析的研究中常用的方法包括：數(shù)值模擬法、理論計(jì)算法、物理模型試驗(yàn)等[5- 8]。其中，數(shù)值模擬方法是極為常用的方法，具備建模簡(jiǎn)單，計(jì)算準(zhǔn)確，效率高等優(yōu)勢(shì)。三峽水庫(kù)是我國(guó)修建的大型水庫(kù)，蓄水后形成了眾多的庫(kù)岸邊坡[9- 10]，因此岸坡穩(wěn)定性分析十分必要。

2 庫(kù)岸邊坡概況

2.1 岸坡規(guī)模

研究的邊坡位于長(zhǎng)江左岸三峽庫(kù)區(qū)，平面形態(tài)表現(xiàn)為簸箕狀，岸坡兩側(cè)邊界為天然形成的沖溝，斜坡后緣為弧形。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，岸坡有多個(gè)斜坎，斜坡滑動(dòng)主要是沿著基覆界面發(fā)生的。斜坡長(zhǎng)約800～1000m、寬約400～600m，高差約為100m。鉆孔資料表明，該斜坡覆蓋層厚度約23～28m。該岸坡在規(guī)模上屬于中—厚層特大型土質(zhì)滑坡。

2.2 岸坡物質(zhì)組成

岸坡潛在滑移體物質(zhì)主要為第四系松散堆積物，主要為粉質(zhì)黏土夾少量碎石土組成。區(qū)域內(nèi)基巖以泥巖、泥灰?guī)r為主，篩分試驗(yàn)結(jié)果表明覆蓋層土石比為1∶1。岸坡表層為厚度約1.0m左右的耕植土，覆蓋層整體膠結(jié)程度較差，較為松散。

2.3 巖土體滲透特性

在庫(kù)區(qū)邊坡分析中，巖土體的滲流參數(shù)對(duì)岸坡穩(wěn)定性分析的結(jié)果影響較大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)繪制滲流曲線如圖1所示。

圖1 滲流試驗(yàn)曲線

3 岸坡變形機(jī)制分析

岸坡的變形破壞是由多種因素綜合影響造成的，其形成機(jī)理較為復(fù)雜，需綜合考慮分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，岸坡巖土體結(jié)構(gòu)松散，巖性主要為泥巖，極易出現(xiàn)滑動(dòng)破壞，松散堆積體膠結(jié)程度差，空隙大，有利于河水、降水入滲。雨水入滲后，在基巖表面匯集。由于泥巖屬于隔水層，導(dǎo)致松散堆積體極易達(dá)到飽和，且泥巖在水浸泡作用下易軟化。長(zhǎng)江水流的長(zhǎng)期侵蝕、沖刷在岸坡表面形成了良好的臨空面，庫(kù)水位變動(dòng)過程中，岸坡在地下水等綜合作用下極易出現(xiàn)滑動(dòng)破壞。

4 庫(kù)水位變動(dòng)岸坡響應(yīng)特征

4.1 計(jì)算工況

計(jì)算工況主要考慮水位從正常蓄水位到防洪控制水位再到正常蓄水位的變化過程。主要采用以下兩種工況進(jìn)行計(jì)算。

工況一：0.8m/d，水位變化范圍：175～145～175m；

工況二：0.8m/d，水位變化范圍：175～145～175m+50年一遇3日暴雨

4.2 計(jì)算模型及參數(shù)選取

采用中間剖面作為數(shù)值模擬計(jì)算剖面，結(jié)合已經(jīng)收集的滑帶土情況和地下水情況建立Geo-Studio數(shù)值模擬模型。模型如圖2所示，數(shù)值模擬計(jì)算參數(shù)見表1。

圖2 計(jì)算模型

表1 滲流、穩(wěn)定分析參數(shù)取值匯總

4.3 降雨強(qiáng)度值的確定

降雨強(qiáng)度值的選取需要充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，因此收集了當(dāng)?shù)?0年的降水資料，采用Matlab軟件基于皮爾遜Ⅲ模型計(jì)算當(dāng)?shù)?0年一遇的降雨雨強(qiáng)。多年一遇降雨極值曲線如圖3所示。

圖3 皮爾遜Ⅲ模型繪制多年一遇降雨極值曲線

從圖3可以得知，采用P-III型模型在模擬岸坡所在區(qū)域降雨重現(xiàn)期強(qiáng)度中的應(yīng)用效果良好。利用巫山縣1964—2013年的降水資料計(jì)算岸坡所在區(qū)域降水重現(xiàn)期，經(jīng)計(jì)算50年一遇的累計(jì)降雨強(qiáng)度值約為180mm，3天平均分配，降雨強(qiáng)度為60mm/d。當(dāng)水位下降至159m，開始模擬降水。

4.4 數(shù)值模擬結(jié)果

Geo-Studio軟件在滲流模擬計(jì)算中極為常用，具有模型建立簡(jiǎn)便，計(jì)算結(jié)果精確等優(yōu)勢(shì)[11- 13]。初始水位為175m，先對(duì)水庫(kù)從175m下降至145m的過程中岸坡穩(wěn)定性情況進(jìn)行分析，之后再模擬水庫(kù)蓄水，水位上升過程中岸坡的穩(wěn)定性情況。

數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果如圖4—7。數(shù)值模擬結(jié)果可以得出：庫(kù)水位變動(dòng)過程對(duì)庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性影響較大，在庫(kù)水位由正常蓄水位下降至159m的過程中庫(kù)岸邊坡的穩(wěn)定性變化速率小于庫(kù)水位從159m下降至145m的過程。當(dāng)水位下降至145m后，一段時(shí)間內(nèi)斜坡的穩(wěn)定性有所提升，岸坡穩(wěn)定性隨著庫(kù)水位上升而提高，當(dāng)達(dá)到175m后，庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性再次開始下降。在工況二的模擬中加入了50年一遇降水，持續(xù)的強(qiáng)降雨對(duì)岸坡的穩(wěn)定性影響較大，在一定程度上導(dǎo)致了岸坡穩(wěn)定性系數(shù)下降，根據(jù)圖6可知，降雨對(duì)庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性的影響具有一定的滯后效果。

圖4 工況一數(shù)值模擬結(jié)果

圖5 工況二數(shù)值模擬結(jié)果

圖6 斜坡整體穩(wěn)定性系數(shù)過程曲線(工況一、二)

圖7 工況一、二斜坡最不利整體穩(wěn)定性系數(shù)

在水庫(kù)庫(kù)水位下降過程中，岸坡前緣水壓力減少，堆積體內(nèi)部水位較高，導(dǎo)致下滑力提高，抗滑力減小，從而岸坡穩(wěn)定性下降。當(dāng)水位下降至145m并維持一段時(shí)間后，堆積體含水量降低，堆積體容重減小，岸坡穩(wěn)定性出現(xiàn)回升。在水位上升過程中，抗滑力增大，岸坡堆積體并未達(dá)到飽和，下滑力降低，岸坡穩(wěn)定性不斷提升，當(dāng)水位達(dá)到175m后，岸坡堆積體逐漸飽和，穩(wěn)定性有所下降。庫(kù)岸邊坡隨著水位的變化，其穩(wěn)定性變化有一定的滯后效應(yīng)，主要是由于堆積體吸水達(dá)到飽和或者排水達(dá)到干燥的時(shí)間滯后于水位變動(dòng)的時(shí)間。

5 結(jié)論

(1)在庫(kù)水位變化過程中庫(kù)岸邊坡的穩(wěn)定性情況產(chǎn)生了一定的變化，在水位從175m下降至145m的過程中，前半段穩(wěn)定性下降速率低，當(dāng)下降至145m并保持一段時(shí)間后，穩(wěn)定性有所提升。

(2)在水位達(dá)到145m后的蓄水過程中，庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性呈現(xiàn)逐漸增大的變化過程，當(dāng)水位達(dá)到175m后，庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性有所下降。

(3)庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性對(duì)降水影響具有一定的滯后效應(yīng)，在降水發(fā)生后的一段時(shí)間內(nèi)，岸坡穩(wěn)定性下降。

(4)庫(kù)水位變動(dòng)對(duì)岸坡影響較大，在強(qiáng)降水、泄洪等工程中，需要加強(qiáng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)。