三峡库区某顺层库岸滑坡形成机理及稳定性分析

童时岸 易武 赵宏渠

摘要： 滑坡是三峡库区十分普遍的地质灾害，而顺层库岸滑坡在三峡库区滑坡中占有一定比重。以三峡库区某顺层滑坡为例，结合多年的数据，对顺层库岸滑坡形成机理进行分析，运用GeoStudio软件进行稳定性模拟分析。结果表明，在库水位快速涨跌时，由于落差形成了指向坡体外侧的动水压力，不利于坡体稳定，易诱使滑坡失稳。库水位涨跌速率越大，则滑坡的稳定性就会变差，当以较大涨跌速率工况3、4运行时，该滑坡处于欠稳定状态。

Abstract： Landslide is a very common geologic hazard in the Three Gorges reservoir area， while the landslide along the reservoir bank occupies a certain proportion in the landslides in the Three Gorges reservoir area. Taking a bedding landslide in the Three Gorges Reservoir area as an example， combining with years of data， the formation mechanism of landslides in the reservoir banks is analyzed， and the stability analysis is carried out by GeoStudio. The results show that when the water level of the reservoir fluctuates rapidly， the hydrodynamic pressure directed to the outside of the slope body is formed due to the drop， which is not conducive to the stability of the slope and easily induces the landslide instability. The higher the reservoir water level rise and fall rate， and the stability of the landslide will be worse. When the landslide is operated at a relatively large rising and falling rate， the landslide is not stable.

关键词： 库岸滑坡；形成机理；三峡库区；稳定性分析

Key words： reservoir bank landslide；formation mechanism；Three Gorges reservoir area；stability analysis

中图分类号：P642.22 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）12-0217-03

0 引言

在國内外建成的各类大型水库中，库区库岸滑坡事件不在少数。自1963年瓦依昂大坝库区发生严重滑坡灾害以来，世界各地的学者对库岸滑坡形成机理都开始重视。大量的资料和数据显示，大多数库岸滑坡与水有关[1]。而库水水位涨落与降雨是形成库岸滑坡的重要条件[2、3]。三峡库区库水水位大幅度、周期性涨落，并且有降雨的影响，地下水动力场产生剧烈变化，影响了库区多数滑坡的稳定。因此如何正确地确定降雨与库水位作用下滑坡稳定性的变化，是解决三峡水库运作调度的重点[4]。易武等在多年的滑坡监测上将三峡库区滑坡动态变形模式划分为多种类型[5]；谢守益等探索了降雨诱发滑坡的成因机制[6]；三峡库区有大量顺层库岸滑坡，自2006年蓄水以来，一直有变形，本文以郑家坪滑坡II为例，综合分析各类勘察数据、库水位及波动速率、降雨量及强弱，对郑家坪滑坡II的形成机理进一步挖掘，基于库水位涨跌联合降雨的作用，本文结合GeoStudio模拟软件对郑家坪滑坡II的稳定性进行数值模拟分析。

1 工程概况

郑家坪滑坡II位于长江左岸支流香溪河左岸斜坡中下部，地属湖北省兴山县峡口镇白鹤村2组。滑坡发育二级平台，滑体地形较平缓，坡角10～25°，坡形为折线坡，平均坡度约20°。滑坡体后缘洼地明显，洼地中有两处泉点及湿地，泉点附近湿地面积约为100m2左右，呈不规则状；前部因复建S312省道切坡形成临空面高5～10m。该滑坡平面形态为一开口向西南的长“箕”形，剖面整体呈线形。前缘抵香溪河，高程140m。滑坡在横向上呈楔型，滑坡长度375m，宽度56m，平均厚度8m左右，相对高差110m，其面积2.1×104m2，滑体体积16.6×104m3，主滑方向为210°（见图1）。

该滑坡位于秭归盆地的东侧边缘，整体呈单斜构造，区内未见大的断裂发育。基岩中裂隙主要有以下二组：①110°～120°∠28°～ 46°，间距10cm～20cm，微张开状；②351°∠63°，间距30cm～40cm，微张开状。滑体内自然冲沟较发育，滑坡区有泉点发育，但水量较小。区内地下水类型受控于赋水地区的地层岩性和地质构造条件，主要为碎屑岩裂隙孔隙水、潜水、上层滞水，滑体中含碎（块）石粉质粘土、碎块石夹土和滑带砾质粘性土为隔水层，滑移岩体和粉砂岩与粉砂质泥岩强风化为弱含水层；碎块石土含有少量孔隙水（潜水），没有统一的稳定水位；基岩裂隙水具有弱承压性质。地下水主要接受大气降水补给，沿边坡自上而下径流，在前缘陡坎处呈泉水、渗水排泄，或以渗流形式向坡脚香溪河排泄。

根据现场踏勘和勘察资料知，滑体物质主要包括人工填土、粉质粘土夹碎石、碎块石土。人工填土为修建复建公路的弃土；粉质粘土夹碎石为灰黄-红褐色，可塑-硬塑，切面光滑且高韧性，夹15%～30%的碎块石，粒径一般为3cm～6cm；碎块石土为杂色，密实，成分主要为粉砂岩、粉砂质泥岩，块径一般为20cm～30cm，最大超过1m，夹15%左右的粉质粘土。滑带物质主要为粉质粘土夹碎石，含10%～15%左右的角砾，粒径一般为0.3cm～2cm，滑带厚度一般0.9m～3.5m，平均1.8m。滑床为坡体内倾的侏罗系中下统聂家山组（J1～2n）粉砂岩夹薄层泥岩，中-薄层状，地表风化较强烈，岩层产状268°∠48°（见图2）。

2 滑坡形成机理分析

郑家坪滑坡II为古滑坡，使其形成和发展的是地形地貌、滑体物质组成、滑体结构等，而诱发其滑坡的因素则是三峡库区库水位变化与降雨的共同作用。

三峡大坝正常运行期间，每年上半年为水位下降期，第一阶段库水水位从175m降至159m，速率较小，平均约0.13m/d，第二阶段从159m降至145m，速率较大，平均约0.6m/d，最大值可达1.6m/d。

该滑坡物质组成为粉质粘土和碎块石土，渗透系数都较差，约为5×10-6m/s～9×10-6m/s。由图3分析知，郑家坪滑坡II与库水位涨跌有关随着库水位涨跌速率增大，滑体地下水水位与库水水位之间的正落差加大，动水压力增大，则诱使滑坡体位移急剧增大。同时，在每5～8月份，是大气降雨充沛的季节，降雨入渗滑体提高了地下水位，使得地下水位与库水位的正落差加在，进而产生动水压力，诱致滑坡变形。综合分析，当库水快速涨跌叠加强降雨时，滑坡变形加剧，易诱使滑坡复活。

3 稳定性分析

结合机制分析知，库水位快速涨跌叠加强降雨不利于滑坡的稳定[7]，在库区运作基础上根据三峡库区地质灾害防治工作指挥部的调度要求[8]，建立四种工况（见表1）。工況1、2模拟现行库区的滑坡稳定性，工况3、4模拟增大库水日降幅的稳定性。

3.1 模型建立和参数

建立的该滑坡数值模型单元数4425个，节点数4521个（见图4），网格类型是四边形单元和三角形单元。

结合郑家坪滑坡II的地质勘查报告、地质类比法与参数反演法进行取值，该滑坡物理参数见表2。

3.2 模型求解分析

基于GeoStudio软件，计算出4种工况对应的浸润线和最小稳定系数（见表3）。分析得随水位日降幅的增长，越靠近坡体外侧浸润线下降越陡，呈现出工况4浸润线下降依次分别比3、2、1的浸润线斜率大，坡体整体稳定性逐步减小，工况1、2整体处于基本稳定状态，工况3、4稳定系数都小于1，整体处于欠稳定状态，当以工况3、4运行时，有可能失稳。分析认为，库水水位日降幅增大后，由于滑坡体渗透系数极差，滑坡地下水水位与库水位成正落差，且水位下降的速率越大，动水压力也越大，滑坡整体稳定系数也越小[9、10]。

4 结语

根据多年的数据进行综合分析，并进行稳定性模拟分析，得到以下主要结论：①该滑坡为顺层库岸滑坡，其滑坡变形与库水位涨跌呈现正相关性，当库水位快速涨跌时，滑坡可能失稳，而其他时间段滑坡变形趋于停滞，降雨也能使滑坡变形但影响程度不如库水位涨跌强。②该滑坡体的渗透性较差，在库水位涨跌时，滑坡体地下水与库水位涨跌形成正落差，不利于滑坡稳定，当库水位快速下落叠加强降雨时可能诱发滑坡复活。③由GeoStudio模拟稳定性分析得，随着库水水位涨跌增大，滑坡的稳定性有下降趋势，在增大库水位以工况3、4运行后，整体将处于欠稳定状态。

本文根据地质调查、勘探与滑坡专业监测资料，通过地质分析，结合数值模拟稳定性分析，阐明了该顺层库岸滑坡形成机理，对于该类型滑坡变形破坏的预测分析，具有一定的现实意义。

参考文献：

[1]崔政权，曾新平.长江三峡工程库区库岸稳态及崩、滑体专论[R].武汉：水利部长江水利委员会综合勘测局，1996.

[2]卢书强，易庆林，易武，等.三峡库区树坪滑坡变形失稳机制分析[J].岩土力学，2014，35（4）：1123-1130.

[3]刘才华，陈从新，冯夏庭.库水位上升诱发边坡失稳机理研究[J].岩土力学，2005，26（5）：769-773.

[4]黄波林，陈小婷.香溪河流域白家堡滑坡变形失稳机制分析[J].岩土工程学报，2007，29（6）：938-942.

[5]易武，孟召平，易庆林.三峡库区滑坡预测预报理论与方法[M].北京：科学出版社，2011.

[6]谢守益，徐卫亚.降雨诱发滑坡机制研究[J].武汉水利水电大学学报，2000，32（1）：56-60.

[7]朱朋，卢书强.西南某电站库区堆积体稳定性分析及涌浪预测[J].南水北调与水利科技，2014，12（5）：129-132.

[8]殷坤龙，汪洋.三峡水库水水位日降幅对库区地质灾害防治工程影响的调查评价研究工作技术要求[R].宜昌：三峡库区地质灾害防治工作指挥部，2014.

[9]彭令，牛瑞卿.三峡库区白家包滑坡变形特征与影响因素分析[J].中国地质灾害与防治学报，2011，2（4）：1-7.

[10]钟登华，安娜，李明超.库岸滑坡体失稳二维动态模拟与分析研究[J]岩石力学与工程学报，2007，26（2）：360-367.