張亮華,田秋豐,阮 迪,熊華盛,宋 琨*

(1.湖北省地質(zhì)局 第二地質(zhì)大隊(duì),湖北 恩施 445000; 2.資源與生態(tài)環(huán)境地質(zhì)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430034;3.三峽大學(xué) 防災(zāi)減災(zāi)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 宜昌 443002)

自人類開(kāi)始利用水庫(kù)蓄水以來(lái),水庫(kù)在蓄水期間誘發(fā)滑坡是較普遍的現(xiàn)象[1]。1963年10月9日,意大利瓦伊昂水庫(kù)庫(kù)首區(qū)發(fā)生滑坡,2.4億m3的巨型滑坡體滑入水庫(kù),造成壩體下游近3 000人死亡,此次滑坡是最為典型的水庫(kù)誘發(fā)型滑坡[2]。許多學(xué)者在對(duì)庫(kù)水位變化下庫(kù)岸滑坡的穩(wěn)定性方面做了許多研究。盧書(shū)強(qiáng)等[3]、趙瑞欣等[4]、張瑋瑋[5]在三峽庫(kù)區(qū)最常見(jiàn)的堆積型庫(kù)岸滑坡中發(fā)現(xiàn),庫(kù)水位的不同變化速率對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響顯著的根本原因在于巖土體滲透率的差異。李忠文等[6]、譚淋耘等[7]、倪衛(wèi)達(dá)等[8]通過(guò)對(duì)滑坡長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),庫(kù)水升降對(duì)滑坡穩(wěn)定性有顯著影響,庫(kù)水位下降速率越快其穩(wěn)定性越差。楊忠平等[9]統(tǒng)計(jì)了三峽庫(kù)區(qū)145處庫(kù)岸堆積層滑坡資料,并探究了堆積層滑坡在庫(kù)水位波動(dòng)的分布發(fā)育規(guī)律及變形破壞響應(yīng)特征。薛陽(yáng)等[10]、吳廣水等[11]以三峽庫(kù)區(qū)白水河滑坡為研究對(duì)象,基于地面核磁共振技術(shù)獲取巖土體滲透系數(shù),分析巖土體滲透系數(shù)的空間變異特征。孫立娟等[12]、肖捷夫等[13]、馮文凱等[14]采用模型試驗(yàn)研究,揭示了庫(kù)岸古滑坡在庫(kù)水漲落和降雨條件下的變形特征及失穩(wěn)機(jī)制。楊雨亭等[15]、黃達(dá)等[16]通過(guò)地質(zhì)勘測(cè)、原位監(jiān)測(cè)及數(shù)值模擬方法,獲得了滑坡在庫(kù)水位和降雨聯(lián)合作用下呈現(xiàn)階梯式階躍特征,得到了庫(kù)水位漲落是滑坡變形的主要因素。楊背背等[17]、谷建永等[18]、牛璋[19]利用GeoStudio等有限元數(shù)值軟件對(duì)庫(kù)水位驟降階段的滑坡進(jìn)行模擬,得出庫(kù)水位驟降會(huì)導(dǎo)致滑坡發(fā)生的結(jié)論。

綜上所述,運(yùn)用數(shù)值模擬、地質(zhì)勘測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法在庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性領(lǐng)域的研究應(yīng)用相對(duì)較少,且這類不穩(wěn)定滑坡缺少相應(yīng)的預(yù)測(cè)分析。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、原位監(jiān)測(cè)、理論分析、數(shù)值模擬等手段,選取湖北省恩施土家族苗族自治州境內(nèi)的大地坪滑坡為研究對(duì)象,基于峽口塘水電站庫(kù)區(qū)水位調(diào)度資料概化了庫(kù)水位運(yùn)行工況,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)多點(diǎn)滲透試驗(yàn)獲取滑體滲透系數(shù),在GeoStudio軟件中分析得出水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中滑坡地下水位的變化情況,采用數(shù)值分析程序FLAC對(duì)大地坪滑坡進(jìn)行數(shù)值模擬,分析滑體變形對(duì)不同庫(kù)水位的響應(yīng)情況,并結(jié)合物質(zhì)點(diǎn)法(MPM)對(duì)滑坡整體破壞過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè),可為庫(kù)岸型滑坡災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1 大地坪滑坡特征

1.1 滑坡概況

大地坪滑坡位于湖北省恩施州利川市文斗鎮(zhèn)大地坪村,烏江一級(jí)支流郁江北岸,距峽口塘水電站壩址約7.3 km,地理坐標(biāo):東經(jīng)108°39′09.66″,北緯29°53′32.34″?；缕矫嫘螒B(tài)呈不規(guī)則“矩形”(圖1),主滑方向?yàn)?44°,滑坡前后緣寬分別為200、160 m,高差接近50 m,滑坡最大縱向長(zhǎng)160 m,平面覆蓋面積為1.80×104m2,總體積約18.0×104m3,屬于中型推移式土質(zhì)滑坡。

圖1 大地坪滑坡位置及地質(zhì)簡(jiǎn)圖

滑坡區(qū)滑體物質(zhì)主要為第四系滑坡堆積物,鉆孔揭露厚度為1.4～14 m,平均厚度約10 m,局部表層覆蓋1～2 m耕植土,后緣因工程活動(dòng)回填有1～3 m雜填土,結(jié)構(gòu)較為松散,其中碎塊石成分主要以泥質(zhì)粉砂巖、砂巖為主,排列混亂無(wú)序,局部架空,充填砂、粉土,為早期崩坡積堆積體。

大地坪滑坡滑帶特征尚不明顯,現(xiàn)處于蠕變階段,其深層剪切面(滑帶)尚未貫通,但從滑坡變形特征和鉆探揭露的地層結(jié)構(gòu)分析推斷,滑坡易在第四系碎塊石土與下伏強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的接觸帶產(chǎn)生軟弱面。最不利滑帶位于第四系與基巖接觸帶上,基巖巖性主要以碎塊石或強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖巖塊為主,裹夾部分軟化、風(fēng)化形成的粉土、粉質(zhì)黏土,其含水量較高,多呈軟塑—流塑狀,厚度<10 cm,其典型工程地質(zhì)剖面如圖2所示。

圖2 大地坪滑坡典型工程地質(zhì)1-1′剖面圖

1.2 滑坡變形現(xiàn)象

現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查顯示,大地坪滑坡出現(xiàn)明顯變形時(shí)間為2021年11月,即峽口塘水電站下閘蓄水期間,早期變形主要表現(xiàn)為地面拉張裂縫、房屋剪切裂縫。截至2022年7月底(勘查期間),水庫(kù)運(yùn)行水位保持在456 m以下,滑坡變形不斷加劇,多條裂縫不斷擴(kuò)展。其中滑坡前緣主要以坍滑下錯(cuò)為主,已出現(xiàn)2處坍滑體;滑坡中部的文沙公路新增多條貫通明顯的拉張裂縫并持續(xù)向下發(fā)育,部分裂縫主要表現(xiàn)為縱向發(fā)育短、張口寬度大、下錯(cuò)明顯,表明滑坡中部和前緣變形特征顯著,穩(wěn)定性差;滑坡后緣主要發(fā)育地面拉張裂縫、房屋剪切裂縫,該部分裂縫特點(diǎn)主要為縱向發(fā)育長(zhǎng)、張口寬度較小、多數(shù)無(wú)明顯下錯(cuò),并呈平行狀發(fā)育,表明滑坡中后部主要以蠕滑為主,底滑面尚未貫通。

目前大地坪滑坡監(jiān)測(cè)手段主要以裂縫計(jì)監(jiān)測(cè)為主,布設(shè)點(diǎn)位有村民房屋、公路下側(cè)平臺(tái)等,其中公路下側(cè)平臺(tái)監(jiān)測(cè)裂縫變形效果顯著。自2022年6月27日開(kāi)始,以13 d為一個(gè)周期收集裂縫寬度數(shù)據(jù),直至同年8月2日,公路下側(cè)平臺(tái)的累計(jì)變形量達(dá)5 cm左右,變形速率較大且發(fā)育呈逐漸遞增趨勢(shì)(圖3)。

圖3 滑坡各部位變形特征

圖4 公路下側(cè)平臺(tái)裂縫監(jiān)測(cè)曲線圖

1.3 變形破壞成因分析

(1) 地形地貌?；挛挥谛逼轮邢碌囟?整體地形坡度為29°～39°,剖面形態(tài)呈折線形,其中上部地形較緩,坡度為19°～22°,并發(fā)育2～3級(jí)臺(tái)地;中下部地形較陡,局部形成高2～5 m的土坎;坡腳為郁江(峽口塘水電站庫(kù)區(qū)),臨河處地形陡。勘查期間庫(kù)水位為456 m,滑坡前緣涉水段長(zhǎng)度為9～12 m,整個(gè)坡面地形較陡,且坡面呈多級(jí)臨空,土體在重力作用下容易發(fā)生卸荷變形,前緣浸水狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度低,對(duì)滑坡的穩(wěn)定性極為不利。

(2) 地層巖性。據(jù)鉆探揭露及調(diào)查,滑坡屬中層土質(zhì)滑坡,主要沿第四系與基巖的接觸帶剪切破壞,滑體塊碎石土透水性極強(qiáng),滑床泥質(zhì)粉砂巖相對(duì)透水性較弱(可視為相對(duì)隔水層),雨季地表水快速下滲至基覆界面形成飽水帶,泥質(zhì)粉砂巖在地下水長(zhǎng)期浸泡作用下易軟化形成軟弱帶,是影響滑坡變形的的主要內(nèi)因。

(3) 人類工程活動(dòng)。坡體上人類工程活動(dòng)較劇烈,對(duì)原始地形地貌的形態(tài)改造較大,主要體現(xiàn)為:中部文沙公路切坡修路,降低局部穩(wěn)定性;坡面開(kāi)耕種地,導(dǎo)致樹(shù)木減少,坡體裸露,降低了抗沖蝕能力和局部穩(wěn)定性,增加了大氣降雨的入滲速度和入滲量;滑坡前緣為峽口塘水電站庫(kù)區(qū),蓄水前河道水面高程為445 m,正常蓄水位高程為464 m,勘察期間運(yùn)行水位高程為456 m,相對(duì)原河道水面提高了11 m,正常蓄水后水位將提高19 m,而在自然條件下,斜坡尚處在穩(wěn)定或略高于極限平衡狀態(tài),水庫(kù)蓄水后,前緣坡腳長(zhǎng)期處于飽水狀態(tài),抗剪強(qiáng)度快速降低,坡腳阻滑力減小,誘發(fā)滑坡變形;水庫(kù)運(yùn)行初期庫(kù)岸再造明顯,現(xiàn)狀主要表現(xiàn)為前緣坍滑,庫(kù)岸再造使得滑坡前緣(即水庫(kù)岸坡)不斷向后推移,前緣臨空面不斷增加、臨空高度不斷增大,減小前緣阻滑力,降低了局部和整體穩(wěn)定性。

2 現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)

2.1 地表水

勘察期間,滑坡區(qū)范圍內(nèi)未見(jiàn)地表泉水出露,但在滑坡左側(cè)邊界有1條沖溝發(fā)育,該條沖溝為滑坡區(qū)外匯水溝,源頭為北東側(cè)山體地表匯水,沿文沙公路內(nèi)側(cè)排水溝、道路排水涵洞徑流,最終沿滑坡左側(cè)沖溝排泄至郁江,其枯季流量約10～20 L/min。

2.2 地下水

滑坡含水層主要分為第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。第四系松散巖類孔隙水主要賦存在滑體塊碎石土層中,在滑坡區(qū)均有分布。本次勘察在滑坡后部選取了2個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)滲水試驗(yàn),試驗(yàn)規(guī)范參照《土工試驗(yàn)規(guī)程》(GB/T 50123—2019),1號(hào)滲水試驗(yàn)點(diǎn)(DDP-SS1)位于滑坡后部茶園內(nèi)(圖3-f),試驗(yàn)土層為碎塊石土,稍密—中密,碎塊石含量60%～70%,粒徑2～30 cm,呈次棱角狀,成分主要為泥質(zhì)粉砂巖,充填粉土,根據(jù)試驗(yàn)成果,該處碎塊石土層滲透系數(shù)K=4.39×10-2cm/s=37.94 m/d,為強(qiáng)透水層;2號(hào)滲水試驗(yàn)點(diǎn)(DDP-SS2)位于滑坡后部村民房屋外側(cè)耕地內(nèi)(圖3-f),試驗(yàn)土層為碎塊石土,稍密—中密,碎塊石含量60%～70%,粒徑2～35 cm,呈次棱角狀,成分主要為泥質(zhì)粉砂巖,充填粉土,根據(jù)試驗(yàn)成果,該處碎塊石土層滲透系數(shù)K=3.65×10-2cm/s=31.55 m/d,為強(qiáng)透水層。

根據(jù)滲水試驗(yàn)成果,試驗(yàn)土層均為碎塊石土,碎石含量在60%～70%,粒徑2～35 cm,充填粉土,滲透系數(shù)為31.55～37.94 m/d,均為強(qiáng)透水層。滑體主要物質(zhì)也為碎塊石土,碎塊石含量60%～80%,粒徑2～20 cm,部分塊石最大塊徑可達(dá)60 cm,充填砂、粉土,對(duì)比分析可知,滑體土層粗顆粒含量比試驗(yàn)土層更高、粒徑更大,細(xì)顆粒粒徑也更大,相應(yīng)孔隙更大,因此滑體的滲透性相對(duì)試驗(yàn)數(shù)值應(yīng)更大。綜上所述,大地坪滑體土層均為強(qiáng)透水層,在雨季,地表水易沿第四系松散巖土體孔隙快速下滲,其含水量弱、徑流較快。

基巖裂隙水主要賦存于下伏泥質(zhì)粉砂巖中,受節(jié)理裂隙、風(fēng)化程度等差異性影響,上部強(qiáng)風(fēng)化層含水量較大,地下水呈脈狀、條帶狀發(fā)育,至下部中風(fēng)化層隨節(jié)理、裂隙發(fā)育程度降低,含水量趨少。研究區(qū)相對(duì)隔水層為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖,其風(fēng)化程度較低,節(jié)理裂隙較少發(fā)育,透水性弱,可視為相對(duì)隔水層,埋深8.6～31.0 m。

滑坡區(qū)水位較高,僅坡腳約19 m(正常蓄水位情況下)位于庫(kù)水位淹沒(méi)線下,地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降雨,其次為庫(kù)水位升降期間對(duì)坡體的側(cè)滲補(bǔ)給。大氣降雨下滲直接補(bǔ)給松散巖類孔隙水,大部分順孔隙向地勢(shì)低洼地段徑流,部分在陡坎坡腳部位形成下降泉,少部分在巖土接觸面滲流至基巖裂隙中,形成基巖裂隙水,最終在水力梯度影響下滲流至郁江,郁江為區(qū)內(nèi)最低排泄基準(zhǔn)面。受表層巖土體強(qiáng)透水性影響,大氣降雨補(bǔ)給一般難以在坡體形成統(tǒng)一的潛水面。側(cè)滲補(bǔ)給主要是在庫(kù)水位上升期間,隨著庫(kù)水位的升高,淹沒(méi)區(qū)接受水庫(kù)的側(cè)滲補(bǔ)給并在坡體內(nèi)形成穩(wěn)定的地下水位。受庫(kù)區(qū)水位等的影響,蓄水期間坡體地下水徑流強(qiáng)度弱;庫(kù)水位下降期間在前緣岸坡大面積滲流排泄至水庫(kù)。

3 庫(kù)水位波動(dòng)條件下滑坡體變形分析

3.1 計(jì)算模型的建立

根據(jù)大地坪滑坡工程地質(zhì)圖建立邊坡三維地形圖以及主剖面計(jì)算模型,如圖5所示,黃色部分為滑坡體,灰色部分為滑床。其中計(jì)算模型沿x方向?qū)挾葹?39 m,沿y方向高度為76 m,沿y方向滑坡前緣高度為15 m,滑坡后緣高度為67 m。

圖5 計(jì)算模型

3.2 邊界條件、計(jì)算參數(shù)和計(jì)算方案的確定

(1) 邊界條件?；赂呕癁榛w、滑床以及二者間的滑動(dòng)接觸面(滑帶)3部分。三維計(jì)算模型底部設(shè)為固定約束邊界,模型兩側(cè)設(shè)為單向邊界,模型表面為自由邊界,在初始條件中僅考慮自重應(yīng)力產(chǎn)生的初始應(yīng)力場(chǎng),地下水位為穩(wěn)定地下水位,不發(fā)生變化。

(2) 計(jì)算參數(shù)。計(jì)算選取的本構(gòu)模型是程序FLAC內(nèi)置的摩爾—庫(kù)侖模型,所需要的模型參數(shù)包括楊氏模量、泊松比、密度、黏聚力、內(nèi)摩擦角和滑動(dòng)接觸面(滑帶)的法向切向剛度等,參數(shù)取值如表1所示。各參數(shù)是根據(jù)巖土體物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果及勘察報(bào)告確定的?；瑒?dòng)接觸面(滑帶)物理力學(xué)參數(shù)如表2所示。根據(jù)陳玉華等[20]對(duì)水庫(kù)滑坡的認(rèn)識(shí),設(shè)置碎塊石土的抗拉強(qiáng)度不應(yīng)為0,這更接近于壓實(shí)狀態(tài)下的滑坡體,也為了防止后續(xù)模擬計(jì)算中存在大量的拉張破壞區(qū)。

表1 滑體及基巖的物理力學(xué)參數(shù)

表2 滑動(dòng)接觸面(滑帶)物理力學(xué)參數(shù)

(3) 計(jì)算方案。根據(jù)清江公司峽口塘水電站庫(kù)區(qū)調(diào)水模式確定計(jì)算方案。由于實(shí)際水位調(diào)度曲線具有一定波動(dòng)性,為了更方便且合理地進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)庫(kù)水位調(diào)度曲線進(jìn)行概化,忽略局部微小波動(dòng),最終將該時(shí)段的水位調(diào)度簡(jiǎn)化為如圖6所示來(lái)計(jì)算工況(水位波動(dòng)速度設(shè)為2 m/d)。

圖6 數(shù)值模擬計(jì)算工況

3.3 滲流場(chǎng)特征

大地坪滑坡的滑體由碎塊石土組成,具有很強(qiáng)的透水性,滑床由龍馬溪組泥質(zhì)粉砂巖組成,為相對(duì)隔水層。因此,在滑坡滲流場(chǎng)計(jì)算中,可僅考慮庫(kù)水對(duì)滑體內(nèi)地下水位的影響。本文基于1-1′主剖面,利用GeoStudio軟件SEEP/W模塊建立滲流計(jì)算模型。其中,以勘察階段的水位456 m作為初始條件,最高庫(kù)水位(464 m)之上的坡面節(jié)點(diǎn)設(shè)置為零流量邊界,最高庫(kù)水位之下的坡面節(jié)點(diǎn)設(shè)置為隨時(shí)間變化的動(dòng)水頭邊界(與表1對(duì)應(yīng)),滑動(dòng)接觸面上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)設(shè)置為零流量邊界。

以GeoStudio內(nèi)置的Van Genuchten模型作為土—水特征曲線擬合及非飽和滲透系數(shù)估算模型,并忽略水的體積壓縮滑坡滲流場(chǎng)的分析。該模型的參數(shù)基于各類型土的建議值及滑坡勘察報(bào)告測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合確定,其滑體非飽和滲透函數(shù)如圖7所示。

圖7 滑體非飽和滲透函數(shù)

通過(guò)上述建立滲流計(jì)算網(wǎng)格模型﹑定義滲流計(jì)算參數(shù)以及設(shè)置初始條件和邊界條件,計(jì)算得出各工況的滑坡滲流場(chǎng)及地下水浸潤(rùn)線如圖8所示。由庫(kù)水位波動(dòng)下滑坡滲流計(jì)算結(jié)果可知:庫(kù)水位上升階段浸潤(rùn)線在滑坡體內(nèi)呈“倒流”現(xiàn)象,浸潤(rùn)線基本為水平直線;在庫(kù)水位下降過(guò)程中地下水浸潤(rùn)線呈“順流”現(xiàn)象,亦呈水平直線狀。這說(shuō)明滑體滲透系數(shù)相對(duì)較大,地下水的補(bǔ)給或者排泄無(wú)需大量時(shí)間,地下水位與庫(kù)水位保持同步,基本沒(méi)有遲滯現(xiàn)象。

圖8 庫(kù)水位波動(dòng)階段的滑坡地下水浸潤(rùn)線

3.4 庫(kù)水位作用下滑體受力變形分析

水庫(kù)型堆積層滑坡位移模擬的一般計(jì)算過(guò)程為:首先,將庫(kù)水位450 m生成的浸潤(rùn)面通過(guò)Water table命令導(dǎo)入數(shù)值分析程序FLAC,生成無(wú)滲流模式下的孔隙水壓力場(chǎng),并將浸潤(rùn)面以下的巖土體設(shè)置為飽和狀態(tài)下的物理力學(xué)參數(shù),將該工況計(jì)算至收斂,獲取此工況下滑坡位移場(chǎng)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移;再將滑坡現(xiàn)存的孔隙水壓力場(chǎng)刪除,巖土體本構(gòu)模型保持不變,用相同方式導(dǎo)入庫(kù)水位464 m的浸潤(rùn)面,更新上述浸潤(rùn)線下的巖土體飽和區(qū)的材料參數(shù),并計(jì)算獲得滑坡位移場(chǎng)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移,由此獲得不同庫(kù)水位波動(dòng)條件下滑坡位移特征。

圖9和圖10分別為450 m和464 m庫(kù)水位時(shí)的滑體監(jiān)測(cè)剖面位移云圖和塑性區(qū)分布圖。如圖9-a所示,在450 m低水位時(shí)滑體的變形主要發(fā)生在中部,前后部位移較小,最大位移為2.84 mm;滑體的深部位移從下至上依次增大,至滑體表層位移最大。如圖9-b所示,滑帶的剪切破壞區(qū)主要在中后緣,前緣有少量分布,但未形成貫通,滑坡整體穩(wěn)定性較好。如圖10-a所示,在464 m高水位條件下,滑體整體變形集中在中前部,而后緣位移較小,最大位移為11.6 cm。如圖10-b所示,滑帶剪切破壞區(qū)從前緣至后緣均有分布無(wú)間斷,基本形成貫通,滑坡整體達(dá)到最危險(xiǎn)的狀態(tài)。

圖9 450 m庫(kù)水位工況下滑體位移云圖及塑性區(qū)分布圖

圖10 464 m庫(kù)水位工況下滑體位移云圖及塑性區(qū)分布圖

數(shù)值模擬結(jié)果表明,滑坡變形隨著水位的升高而增大。低水位時(shí),水位對(duì)滑體影響較小,滑體變形主要受自身結(jié)構(gòu)控制,中部滑體深度較大,產(chǎn)生的下滑力增大,形成局部位移集中區(qū)。高水位時(shí),水位使滑體前緣土體飽和部分增多,重度增大,其次滑帶土被浸潤(rùn)軟化使得抗滑力減弱,滑坡位移增大,特別是中部(高程470～486 m)位移明顯較大,且前部位移比中部位移要大,這進(jìn)一步說(shuō)明水庫(kù)蓄水后高水位運(yùn)行是滑體破壞的重要原因,庫(kù)水位上升至高水位條件下滑體更容易失穩(wěn)破壞,水位下降使得滑體穩(wěn)定性有一定的增加。這表現(xiàn)在水位下降過(guò)程中,由于滑體滲透系數(shù)較大,滑體地下水位也迅速下降,導(dǎo)致坡體飽和區(qū)減少,且坡腳浮托力降低,這使得滑體對(duì)于滑帶的正應(yīng)力有所增加,因此滑帶給滑體提供的摩擦力隨之增大,滑坡穩(wěn)定性上升。整體來(lái)看,水位線以下的滑體部分未發(fā)生破壞,這是因?yàn)榛w的滲透性過(guò)大,庫(kù)水快速進(jìn)入滑體內(nèi),產(chǎn)生相應(yīng)的浮托力抵消一部分自重,導(dǎo)致這部分滑體受力較小。這表明庫(kù)水位抬升進(jìn)入高水位后使得大地坪滑坡穩(wěn)定性有所降低,甚至進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài),而低庫(kù)水位有利于滑坡穩(wěn)定性。

3.5 庫(kù)水位作用下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)

采用GeoStudio軟件對(duì)庫(kù)水位升降作用下大地坪滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行求解分析。對(duì)滑體和滑帶輸入表1和表2中的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。為了與真實(shí)情況下的庫(kù)水位變動(dòng)相對(duì)應(yīng),以勘察期間水位456 m為初始條件,456～464 m為庫(kù)水位上升條件,464～450 m為庫(kù)水位下降條件,穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算工況設(shè)置如圖6所示。

計(jì)算出大地坪滑坡穩(wěn)定性系數(shù)隨工況以及庫(kù)水位升降的變化情況如圖11所示。勘察期間(初始水位456 m),滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.027,穩(wěn)定性較好。隨著庫(kù)水位上升(456～464 m),庫(kù)水位浸潤(rùn)的飽和滑體部分逐漸增多,滑坡坡腳產(chǎn)生的浮托力越來(lái)越大,滑帶軟化部分增加,這使得穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低。最高水位464 m時(shí),穩(wěn)定性系數(shù)最低為0.963,此時(shí)為滑坡最危險(xiǎn)的狀況。庫(kù)水位下降期間(464～450 m),飽和滑體和滑帶部分減少,穩(wěn)定性系數(shù)逐漸回升,但仍處于不穩(wěn)定狀態(tài),這與勘察報(bào)告中穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果相吻合,也與程序FLAC模擬分析結(jié)果相吻合。

圖11 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化及庫(kù)水位工況

4 滑坡整體破壞運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)

基于前文對(duì)大地坪滑坡穩(wěn)定性的分析,滑坡前緣產(chǎn)生次級(jí)滑體的風(fēng)險(xiǎn)極高,庫(kù)區(qū)蓄水及運(yùn)行期間滑坡變形將不斷加劇,在疊加極端降雨工況下甚至有整體失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。因此,采用目前適用于大位移大變形模擬計(jì)算的物質(zhì)點(diǎn)法對(duì)大位移滑坡進(jìn)行預(yù)測(cè)分析[21]。采用Anura軟件建立滑坡物質(zhì)點(diǎn)模型及計(jì)算運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖12所示。模型左邊界和右邊界固定x方向,頂部固定y方向,底部固定x和y方向,坡體表面為自由邊界。考慮滑坡最危險(xiǎn)的狀況(最高蓄水位464 m),將滑體及滑帶參數(shù)輸入模型進(jìn)行求解,其中庫(kù)水位以下采用飽和狀態(tài)下的參數(shù),庫(kù)水位以上采用天然狀態(tài)下的參數(shù)。整個(gè)滑動(dòng)過(guò)程持續(xù)時(shí)間為60 s,滑坡位移主要集中在滑體中前部且表層土體位移最大?；w最大水平位移約20 m,文沙公路處最大水平位移約18 m,前緣最大水平位移約10 m。可見(jiàn),一旦該滑坡發(fā)生整體變形破壞,潛在經(jīng)濟(jì)損失將較大,直接影響人民生命財(cái)產(chǎn)安全和文沙公路通行安全。

圖12 滑坡物質(zhì)點(diǎn)模型及預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程

5 結(jié)論

(1) 大地坪滑坡的主要誘因是水庫(kù)高水位運(yùn)行。大地坪滑坡前緣地下水位受庫(kù)水位運(yùn)行而呈現(xiàn)周期性的波動(dòng),且由于滑體滲透系數(shù)較大,前緣地下水位與庫(kù)水位波動(dòng)基本同步,沒(méi)有滯后現(xiàn)象。滑坡中后部地下水位儲(chǔ)存于滑床之中,由于滑床滲透系數(shù)較小,因此庫(kù)水位波動(dòng)對(duì)中后部地下水位的影響較小。

(2) 大地坪滑坡后緣變形量及變形速率均比中前部小,水庫(kù)高水位運(yùn)行不利于滑坡的穩(wěn)定。因此對(duì)于透水性較好的碎塊石土滑坡,水庫(kù)高水位運(yùn)行導(dǎo)致的浮托減重是誘發(fā)滑坡發(fā)生的主要因素,庫(kù)水位下降則會(huì)使滑坡穩(wěn)定性有所增加。

(3) 采用物質(zhì)點(diǎn)法模擬預(yù)測(cè)出滑坡發(fā)生時(shí),位移主要分布在中前部,最大水平位移約20 m,文沙公路處最大水平位移約18 m。