三峽庫區(qū)吳家院子滑坡穩(wěn)定性分析與變化趨勢預(yù)測

楊本科

【摘 要】隨著三峽水庫的正常運行，庫水位每年將發(fā)生周期性變化，吳家院子滑坡的穩(wěn)定狀況將受其嚴(yán)重影響，嚴(yán)重威脅著庫區(qū)內(nèi)人民及游客生命財產(chǎn)安全。本文通過室內(nèi)試驗、工程地質(zhì)類比及反演等方法，對巖土體物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合取值，并對滑坡7種工況進(jìn)行了穩(wěn)定性計算和塌岸預(yù)測。研究結(jié)果表明，隨著該滑坡前緣不斷滑塌，其整體穩(wěn)定性將進(jìn)一步降低；當(dāng)庫水位在高位運行時，在外部不利因素如暴雨、人工加載及不合理的人類活動等誘發(fā)下，滑坡可能發(fā)生局部蠕滑變形，甚至產(chǎn)生整體失穩(wěn)。吳家院子滑坡目前穩(wěn)定性系數(shù)安全儲備不高，在三峽水庫庫水位年度升降變化及暴雨條件下，滑坡將處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)，可能發(fā)生整體復(fù)活。最后根據(jù)滑坡成因和穩(wěn)定性分析結(jié)果，為加固滑坡提出了合理的建議。

【關(guān)鍵詞】三峽庫區(qū)；吳家院子滑坡；穩(wěn)定性；塌岸預(yù)測；滲透力Sarma法

0.引言

長江三峽庫區(qū)地形條件、自然地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境容量有限，暴雨、洪水頻繁，是我國地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)區(qū)和重災(zāi)區(qū)[1]。滑坡是山區(qū)的一種多發(fā)地質(zhì)災(zāi)害類型，是全球三大地質(zhì)災(zāi)害之一[2-4]。隨著三峽水庫的正常運行，庫水位每年將發(fā)生周期性變化，吳家院子滑坡的穩(wěn)定狀況將受其嚴(yán)重影響。

本文充分分析了該滑坡的工程地質(zhì)條件，以定性分析為主進(jìn)行了參數(shù)選取，借助多種計算手段，著重研究吳家院子滑坡的穩(wěn)定性，研究該滑坡特征及發(fā)展趨勢，這對該區(qū)庫岸滑坡災(zāi)害防治具有重要指導(dǎo)意義。

1.滑坡區(qū)工程地質(zhì)概況

1.1地形地貌

吳家院子滑坡位于神農(nóng)溪右岸斜坡上，斜坡坡頂高程約820m，斜坡前緣直抵河面，現(xiàn)水面高程約145m，相對高差約675m，斜坡結(jié)構(gòu)類型為斜逆向坡，坡體表面陡緩相間呈折線形。斜坡前緣較陡，坡度一般25～45°，局部地段坡度達(dá)65°，中部稍緩，坡度約為20～30°，上部較陡，坡度約為30～40°。斜坡縱向發(fā)育4條沖溝，切割深度10～20m。

1.2地層巖性

根據(jù)前人資料及地表調(diào)查，滑坡區(qū)內(nèi)主要出露三疊系中統(tǒng)巴東組第一、二、三段及各類不同成因的第四系地層，區(qū)內(nèi)巖土體工程地質(zhì)類型主要為第四系松散介質(zhì)巖類、較堅硬～較軟層狀碎屑巖巖類及較堅硬～較軟層狀碳酸巖巖類。

1.3地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)區(qū)域構(gòu)造上地處川東褶皺束東段的奉節(jié)復(fù)向斜構(gòu)造帶，構(gòu)造帶呈東西向展布，次級背、向斜相間排列?；聟^(qū)位于其間的黃家河向斜北翼，黃家河向斜總體延伸長度大于30km，軸向近東西，核部地層為三疊系中下統(tǒng)地層，巖性為較軟巖，發(fā)育次級褶皺；距滑坡區(qū)較近的斷裂主要有燈草池斷裂，其位于吳家院子西側(cè)約3km地帶，走向呈近東西向，為壓性兼反扭性斷層，長7km，傾向南東，傾角65°?；聟^(qū)巖層產(chǎn)狀較穩(wěn)定，總體為200～230°∠20～35°。

2.滑坡基本特征及成因分析

2.1滑坡基本特征

吳家院子滑坡位于神農(nóng)溪右岸斜坡上，主滑方向80～90°，后緣高程560m左右，呈弧狀，上部地形較平緩，坡度為25～30°，兩側(cè)以縱向發(fā)育的沖溝為界，滑坡前緣直抵河面，高程135m左右，前后緣高差約425m?；缕矫嫘螒B(tài)呈箕形，前緣寬1000m，后緣寬550m，平均寬800m，縱長1030m，面積約0.82km2。根據(jù)鉆探及物探資料，滑體厚度29.1～69.0m，平均厚度為48.0m，總體積約3950×104m3。

2.2滑坡成因分析

該滑坡是在上述配置有利的地質(zhì)環(huán)境條件下，由軟弱地層物質(zhì)基礎(chǔ)、斜坡巖體介質(zhì)結(jié)構(gòu)致滑效應(yīng)及構(gòu)造條件等內(nèi)因與降雨及枯洪季節(jié)河流水位變化等外因共同作用的結(jié)果。根據(jù)吳家院子滑坡變形破壞發(fā)展史，結(jié)合地表調(diào)查和對當(dāng)?shù)鼐用竦脑L問，認(rèn)為影響該滑坡穩(wěn)定的因素主要有以下幾點：河流侵蝕作用、降雨、三峽水庫蓄排水、不合理人類工程活動、地震效應(yīng)。

3.滑坡穩(wěn)定性評價

3.1模型與參數(shù)確定

3.1.1滑面確定

該滑坡滑面的確定，是依據(jù)鉆孔確定滑帶位置，結(jié)合探槽、地表工程地質(zhì)測繪及物探等資料確定綜合主滑面，并繪制縱向主勘探線工程地質(zhì)剖面圖，然后進(jìn)行穩(wěn)定性計算。

3.1.2計算條塊劃分

根據(jù)滑坡主滑方向及勘探剖面布置情況，本次選取A-A′主剖面作為本次滑坡穩(wěn)定性計算剖面。根據(jù)巖土物理力學(xué)性質(zhì)差異，結(jié)合地面坡形、主滑面位置及地下水位線等變化特點，將其劃分為若干個條塊。典型計算剖面及計算模型見圖1、2所示。

3.1.3計算工況

根據(jù)《三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計技術(shù)要求》，確定該滑坡按以下七種工況進(jìn)行穩(wěn)定性計算：

①自重+地表荷載+現(xiàn)狀水位（145m水位）。

②自重+地表荷載+156.1m水位+非汛期20年一遇暴雨（q枯）。

③自重+地表荷載+175m水位+非汛期20年一遇暴雨（q枯）。

④自重+地表荷載+145m水位+20年一遇暴雨（q全）。

⑤自重+地表荷載+156.1m水位+20年一遇暴雨（q全）。

⑥自重+地表荷載+162.1m水位+50年一遇暴雨（q全）。

⑦自重+地表荷載+水位從175m降至145m。

3.1.4計算參數(shù)確定

（1）滑體重度及抗剪強(qiáng)度。

該滑坡滑體物質(zhì)成份主要為碎塊石土，根據(jù)滑體室內(nèi)試驗重度平均值，確定滑體天然重度20.85kN/m3，飽和重度21.11kN/m3?；w抗剪強(qiáng)度根據(jù)滑坡區(qū)地表同類巖土體自然穩(wěn)定坡角，并參照鄰區(qū)滑坡滑坡資料綜合確定，其天然內(nèi)聚力取16.0kPa，內(nèi)摩擦角取25.0°。

（2）滑帶抗剪強(qiáng)度。

該滑坡滑帶物質(zhì)成份主要為角礫土，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用室內(nèi)試驗分析、反演分析及工程地質(zhì)類比三種方法綜合確定。

3.2計算方法選取

3.2.1滑坡穩(wěn)定性計算方法

在計算該滑坡穩(wěn)定性時，根據(jù)現(xiàn)場勘探及室內(nèi)資料分析， 吳家院子滑坡的滑面為折線型，故滑坡穩(wěn)定性定量分析，可在考慮動水壓力的情況下，分別利用考慮滲透力的不平衡推力法[9]和考慮滲透力的Sarma法[10]進(jìn)行穩(wěn)定性計算。其中考慮滲透力的Sarma法作為校核計算方法。更詳細(xì)的計算方法可參見相關(guān)文獻(xiàn)。

3.2.2動水壓力計算方法

這里采用南京大學(xué)陳強(qiáng)[11]的有關(guān)論述進(jìn)行動水壓力的計算，動水壓力是指地下水在滲流過程中所施加于邊坡巖塊、裂隙或顆粒的力（ ），其大小等于滲流水體的體積（D）、水的容重（V）和水力梯度（γW）的乘積，即公式：D=VγWI。

3.3穩(wěn)定性計算結(jié)果及評價

3.3.1計算數(shù)據(jù)

首先在各種工況計算剖面圖上按坡型、滑面產(chǎn)狀及地下水位線將各滑體劃分成若干垂直條塊，然后從Cad中采集各種工況下的各條塊分界處的地形、滑面、水位高程數(shù)據(jù)。

3.3.2計算結(jié)果

根據(jù)上文提到的滑坡穩(wěn)定性的兩種計算公式，穩(wěn)定性計算結(jié)果見表1。

3.3.3穩(wěn)定性評價

滑坡穩(wěn)定性計算表明：庫水位在低位（145m）運行時，在現(xiàn)狀及暴雨影響下（工況1、工況4），K=1.14～1.22，大于1.15或接近1.15，滑坡整體均處于穩(wěn)定狀態(tài)；庫水位在高位（156m、162m及175m）運行時，在暴雨影響下（工況2、工況5、工況6、工況3），K=1.04～1.09，處于1.05左右，滑坡整體處于較穩(wěn)定～臨界失穩(wěn)狀態(tài)；庫水位在175→145m變化過程中，若不受暴雨影響（工況7），K=1.16，大于1.15，滑坡整體穩(wěn)定。庫水位162m+暴雨條件（工況6），為該滑坡穩(wěn)定性最差的工況組合。

3.3.4塌岸預(yù)測

吳家院子滑坡滑體物質(zhì)主要為碎塊石土，碎塊石成份與下伏基巖基本一致，主要為三疊系中統(tǒng)巴東組砂泥巖。三峽水庫蓄水后，滑坡范圍內(nèi)庫岸長810m，多屬土質(zhì)庫岸，但滑坡區(qū)岸坡屬于下緩上陡型，庫岸再造問題不甚突出。塌岸預(yù)測方法采用卡丘金圖解計算法。

根據(jù)滑坡區(qū)地表穩(wěn)定斜坡坡角調(diào)查，并參照鄰區(qū)類似巖土體水上、水下坡角穩(wěn)定值，綜合確定該滑坡塌岸預(yù)測選用的土體穩(wěn)定坡角為：水下坡角16°，水上坡角25°；斜逆向泥質(zhì)粉砂巖巖質(zhì)岸坡穩(wěn)定坡角為：水下坡角25°，水上坡角32°。

4.結(jié)論

通過室內(nèi)試驗、工程地質(zhì)類比及反演等方法，對巖土體物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合取值，并對滑坡7種工況進(jìn)行了穩(wěn)定性計算，評價吳家院子滑坡在三峽庫水位年復(fù)一年的升降變化過程中，滑坡區(qū)庫岸將不可避免的產(chǎn)生一定規(guī)模的塌岸，隨著滑坡前緣不斷滑塌，滑坡整體穩(wěn)定性將進(jìn)一步降低；當(dāng)庫水位在高位運行時，在外部不利因素（暴雨、人工加載及不合理的人類活動等）誘發(fā)下，滑坡可能發(fā)生局部蠕滑變形，甚至產(chǎn)生整體失穩(wěn)。吳家院子滑坡目前穩(wěn)定性系數(shù)安全儲備不高，在三峽水庫庫水位年度升降變化及暴雨條件下，滑坡將處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)，可能發(fā)生整體復(fù)活。

根據(jù)吳家院子滑坡的實際條件，提出如下合理建議：

（1）吳家院子滑坡失穩(wěn)的危害性巨大，建議對該滑坡進(jìn)行長期安全監(jiān)測，并輔以必要的防治工程措施。防治工程目標(biāo)原則建議：預(yù)防為主，防治結(jié)合；長期安全監(jiān)測為主，工程措施為輔；工程措施以水土保持工程為主，排水工程為輔。

（2）推薦采用為排水溝植被防護(hù)等綜合措施，可在滑坡兩側(cè)布置兩條縱向排水溝，排水溝可充分利用現(xiàn)有天然沖溝，在滑坡后緣及中前部橫向布置兩條橫向排水溝，使其與縱向排水溝相接，排水溝尺寸要足以保證在暴雨情況下滑坡區(qū)地表水能正常排泄。在滑坡區(qū)進(jìn)行退耕還林工作，減少人類種植活動，以減少區(qū)內(nèi)地表水入滲，減緩區(qū)內(nèi)水土流失。

（3）建議對滑坡整體建立地表位移監(jiān)測和主縱向剖面進(jìn)行深部位移監(jiān)測及地下水動態(tài)觀測；并將儀器監(jiān)測與地表巡視監(jiān)測資料進(jìn)行綜合分析。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳亞子，傅榮華，王小群.三峽庫區(qū)奉節(jié)縣某滑坡特征和穩(wěn)定性分析[J].水土保持研究，2005，（01）：125-128.

[2]AleotiP，Chowdhury R.Landslide hazard assessment：summary review and new perspectives[J].Bull Env，1999，58（1）：21-24.

[3]AraiK，Tagyo K.Determination of noncircular slip surfaces giving the minimum factor of safety in slope stability analysis[J].Soils and Foundations，1985，25（1）：43-51.

[4]梁學(xué)戰(zhàn)，唐紅梅.三峽庫區(qū)及鄰近地區(qū)滑坡發(fā)育宏觀地學(xué)背景分析[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，（01）：100-104.