万州晒网坝滑坡变形机理及稳定性规律跟踪研究

吕国军，肖盛燮，陶庆东，杨 洁

（重庆交通大学，重庆 400074）

万州晒网坝滑坡变形机理及稳定性规律跟踪研究

吕国军，肖盛燮，陶庆东，杨 洁

（重庆交通大学，重庆 400074）

针对万州晒网坝滑坡地质勘查与长期监测滑移趋势不一致的现状，进行滑移机理跟踪，并通过物探验证跟踪结论。研究了135～175 m范围变化库水位及24 h强降水对该滑坡稳定性的影响，揭示了真实滑移面地质状况，纠正了地勘存在的不足，同时分析了滑移破坏机理。结果表明:该滑坡整体稳定、局部缓慢滑移;并提出了埋入式抗滑桩、裂隙封闭及地表排水的维护方案。

工程地质;滑坡跟踪;滑移破坏机理;水位变化;降雨入渗;治理方案

0 引言

晒网坝滑坡位于重庆市万州晒网村，为三峡库区三期地质灾害防治规划搬迁避让项目。在三峡项目建设期，居民已搬迁。目前，滑坡前缘175 m以上土地已经下滑，无法耕作。

滑坡边界特征明显，前缘为长江右岸，左右两侧均为冲沟，后缘基岩出露，剪出口位于长江岸边。滑坡体平面呈箕形，后缘呈弧形，前部稍宽;剖面形态呈凸形，前陡后缓。滑坡主滑方向为354°，与斜坡坡向一致。其危害性有两方面:①危害长江航道的安全，将会有大量泥砂流入长江，在江底沉积，降低库容;②危害村民生命财产安全，出现房屋裂缝垮塌、地面开裂下沉严重等现象。

2001年8 月，暴雨诱发滑体变形，滑坡前缘形成“马刀树”，中部公路挡墙开裂变形。此后，局部变形进一步发展，从崖前至平坝前缘均发生次级滑坡、地裂。之后，局部多处变形，显示此滑坡正处于滑移活跃期，但无整体变形破坏迹象。2006年9月，三期蓄水开始，滑体前缘逐渐淹没至水下，滑体呈现变形加剧趋势，民房开裂严重，特别是滑体左侧区域尤为明显，滑移区居民已搬迁。12月份地质勘查表明该滑坡处于滑移加速状态，于是实施了GPS位移及测斜仪等同步监测。然而监测结果显示，后缘未出现明显滑移，前缘地表裂缝增多，但滑移较缓。2007年4月1日降雨后，围绕位于晒网村的QZK3逐渐形成宽约300 m的圈椅状变形体，之后该滑坡未出现较大滑移。显然，监测跟踪结论与原地勘资料的稳定性分析存在较大差异。

笔者将依据灾变链式理论［1-2］，以物探验证跟踪结论，揭示真实地质构造，重新研究其滑移破坏演化机理，进一步评估库水位变化及强降雨对该滑坡稳定性的影响，提出经济可行的治理方案。

1 滑动破坏机理

1.1 地质条件

晒网坝滑坡地处万州向斜北西翼，岩层产状153°∠4°。滑体平面形态呈弓形，主滑方向4°，前缘高程258～265 m，后缘高程317～328 m，滑体横宽约1 280 m，纵长约为390 m，厚23 m，面积49.92×104m2，体积1 148×104m3，为土质滑坡。滑体物质主要由褐黄色粉质黏土夹砂岩碎块石、泥岩角砾组成，滑带土为粉质黏土夹碎石角砾组成;滑床为侏罗系上统遂宁组泥岩及砂岩组成。

1.2 滑动带及滑移面分析

该滑坡从2007年开始实施专业监测（图1），主要监测手段为GPS地表位移监测和深部位移钻孔倾斜仪监测。选Ⅱ-Ⅱ'剖面研究，根据地质勘查资料，钻孔布置剖面及拟定滑动带如图2。监测结果由图3可以看出，目前位移变化不明显，滑坡中部及后缘处于稳定状态，而通过力学稳定性计算此结构面为失稳阶段，二者矛盾。滑坡前缘物探显示，滑动带中前缘深部存在巨型岩石凸状反坡，阻断滑移进一步演化，如图4。对比图2及图4可以看出，由于钻孔间距较大，跨越了滑体凸状反坡滑面，未能揭示滑动面形状阻尼真实滑动状况，导致稳定性及滑移破坏机理的评估出现较大偏差。

图1 监测平面布置Fig.1 Layout of tracking

图2 地质勘探Ⅱ-Ⅱ'剖面Fig.2 Geologic sections ofⅡ-Ⅱ'

图3 跟踪变形位移Fig.3 Curves of tracking displacement

图4 物探剖面Fig.4 Geophysical section

1.3 破坏机理

该滑坡影响因素主要有地形地貌、土层性质、大气降雨、人类工程活动等4个方面。滑坡体前缘地形坡度较大，且堆积较厚的易滑土层;滑坡的后部岩层露头较多，易于透水，从中部到前缘，岩块岩屑含量降低，而黏土质含量增多，堆积物结构由松散变得较为致密，从而透水性由好变差，堆积物中孔隙水易于在前缘蓄积;大气降水补给第四系土层，增加了其自重压力，松散土层易于透水，遇水软化，抗滑力降低;人类活动的影响，如过度开垦、植被破坏、坡面加载等，促使滑坡加剧。

滑坡体土体结构松散，与下伏基岩接触面构成重要软弱界面，滑坡体前缘形成临空面，且滑床坡度大。岩石凸状反坡背面土体受到滑动面形状阻尼作用，整体稳定;正面前缘土体，在自重应力长期作用下发生缓慢而持续的变形，与岩石面之间形成断裂带，在库水位变化及大气降雨特别是暴雨的诱发作用下，土体软化，裂缝扩张，导致滑体前缘土体下沉，形成局部滑移。

2 有限元数值模拟

陈祖煜［3］和赵尚毅，等［4］利用有限元对边坡稳定性进行分析，并对各种支护方案进行大量模拟。研究表明，数值计算具有可行性。

采用ABAQUS软件，土体破坏准则依据非关联流动法则的Mohr-Coulomb本构模型，塑性势面采用连续光滑椭圆函数。其特点是参数获取简单，屈服面塑性流动方向明确。基岩采用线弹性模型。非饱和土体强度由有效应力控制［5-6］。

以物探剖面为依据，建立二维有限元模型，稳定性分析采用强度折减法。岩土力学参数见表1，该参数在重复剪实验基础上，考虑到现场岩土与所取试验样本存在区别，根据工程经验，乘以一定折减系数所得。

表1 岩土力学参数Table 1 Mechanical parameters of rock and soil masses

库水及雨水渗透过程中，水力渗透系数与基质吸力关系为［5］:

式中:kw为渗透系数;aw，bw，cw为参数;kws为饱和土渗透系数;ua，uw分别为孔隙气压力和孔隙水压力，文中仅考虑孔隙水压力。

水-力特征曲线，即饱和度与基质吸力关系为［5］:

式中:Sr为综合饱和度;Si为残余饱和度;Sn为最大饱和度;as，bs，cs根据实验确定的参数。

3 计算结果分析

3.1 自重作用稳定性分析

分两个计算步:自重作用和强度折减。网格采用CPE4R，共18 513个单元。

从塑性区分布看，岩石滑移面正面土体下沉，但未滑移，背面及后缘土体处于稳定状态，如图5。表明滑坡整体稳定，局部欠稳定，与GPS监测结论一致。从σx来看，滑移带水平向应力集中出现在与岩石结构面交界部位，其它部位没有出现较大拉应力，这与现场实际情况比较吻合。

图5 自重作用塑性区分布Fig.5 Distribution of plastic zone on gravity

在自重作用下，剪出口无明显位移变化，土体强度折减后，位移突变，塑性区贯通，稳定性系数为1.07，如图 6。

图6 剪出口水平位移随折减系数变化Fig.6 Curve of horizontal displacement and reduction coefficients in shear zone

岩石正面土体逐渐滑移，如图7，说明土体与岩石交界面抗拉能力较弱，出现15.5 cm裂缝，此处为链式演化的弱势环节，稳定性较低，在其它因素作用下容易局部失稳破坏。

图7 土石结合面位移变化Fig.7 Curve of displacement of interface between rock and soil

3.2 库水位变化计算结果分析

引入自重作用应力场作为初始应力，网格采用CPE4P，共18 592个单元。考察库水位分别为135，145，155，165，175 m时剪出口及角点水平位移变化情况。计算结果如图8。

图8 库水位变化时剪出口及角点处水平位移Fig.8 Curves of horizontal displacement in shear zone and corner point under different reservoir level

库水位为135 m时，剪出口与角点均未滑移，滑坡处于稳定状态;随着库水位的升高，剪出口与角点逐渐滑动;当水位升高到165 m以上时，剪出口发生位移突变，产生滑动，而角点滑动加速，但未突变，且塑性区未贯通。可见，在库区水位变化范围内，该滑坡整体处于稳定状态，但是在165 m以上较高水位时，滑坡剪出口可能发生局部滑移，随着抗力的减小，进而影响整体稳定性。

3.3 强降水作用计算结果分析

强降水为坡面渗透和裂缝静水压力耦合作用。分析降水强度为10，20，30 mm/h，持续时间为24 h时的边坡稳定性，计算结果如图9。降雨强度随时间变化系数见表2。

表2 降雨强度随时间变化系数Table 2 Changes of precipitation intensity coefficients

图9 不同降雨强度剪出口及角点处水平位移Fig.9 Curves of horizontal displacement in shear zone and corner point under different precipitation intensity

随着降雨强度的增加，出现局部滑移，在8～16 h时间段内，滑移速度较快，之后随着降雨强度的减小，滑移变慢。由于孔隙压力的增大，造成有效应力降低，导致最大位移出现在内部，而非滑坡表面，这与吴礼舟，等［7］的研究结果一致。降雨强度为10 mm/h，持续时间为24 h时，剪出口及角点均未出现位移突变，处于缓慢滑移状态;降雨强度为20 mm/h，持续时间为8 h时，剪出口及角点出现加速滑移，但塑性区未贯通，处于欠稳定状态;降雨强度为30 mm/h，持续时间为5 h时即出现滑移加速及塑性区贯通，处于失稳状态。可见，持续强降雨会导致该滑坡加速滑移破坏。

4 治理方案

根据晒网坝滑坡的地质特征、滑移演化规律、形成原因及稳定状态，综合考虑各种治理方案的可行性、经济效益以及施工工期等多方面因素，建议采取以下治理方案。

4.1 地表及裂隙周围防排水

在地表建立相互干扰较小的排水网络，且由于滑坡土体和岩体为膨胀岩类，滤水管易堵塞，故应考虑滤水管四周填砾，以达到长期排水的效果［8］;岩石面后壁设置截水沟，防止强降水时斜坡上地表径流渗透进入滑动面。

4.2 裂缝封闭处理

对于岩土拉裂区，采用黏土夯填密实及混凝土封闭，防止大量积水引起坡体失稳。

4.3 抗滑桩支护

前缘设置埋入式抗滑桩［9］，不仅防止库水位变化及强降水共同作用下，局部发生滑移，相比全长式抗滑桩，还大大降低了工程费用。

5 结论

晒网坝滑坡滑移趋势逐渐变缓，与钻孔监测及分析计算结果相差较大。通过物理力学探测及数值模拟，得到以下几点结论:

1）滑动面内存在巨型岩石凸状反坡面，阻止了滑坡的进一步滑移，纠正了钻孔监测引起的较大误差。重新评估滑移破坏机理，自然状态下中部到后缘处于稳定状态，前缘缓慢滑移与岩石块交界面产生拉裂区。

2）研究了两种主要因素对该滑坡稳定性的影响。库水位变化引起的整体滑移可能性较小，165 m以上水位导致剪出口局部滑移;强降水导致裂隙间孔隙水压较大，在渗透共同作用下，引起岩石块正面较大范围土体滑移。通过设置抗滑桩、裂隙封闭和地表排水措施，即可保证滑坡稳定。

3）仅考虑基质吸力与饱和度的关系，从有效应力原理研究了流固耦合作用及滑移演化机理。然而渗流水对土体的软化，也是形成滑坡的重要因素。内聚力和摩擦角与饱和度的关系有待深入研究。

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Lv Guojun.Study on Disaster Dynamic Tracking System and Programming［D］.Chongqing:Chongqing Jiaotong University，2011.

Follow-up Study on Failure Mechanism and Stability of Shaiwangba Landslide in Wanzhou

Lv Guojun，Xiao Shengxie，Tao Qingdong，Yang Jie
（Chongqing Jiaotong University，Chognqing 400074，China）

In the light of the inconformity between the geological exploration and long-term monitoring sliding trend of the Shaiwangba in Wanzhou，the sliding failure mechanism was tracked.The tracking conclusions were verified by object diction.The influences of the water level variation between 135m and 175m and the heavy precipitation for 24 hours on the stability of the dam were studied.This study revealed the real geological structure and rectified the problems in geological exploration through physical mechanics detection.The results showed that the whole landslide was stable and the partial slipped slowly and proposed spud for anti-slip，fissure closure and surface drainage.

engineering geology;landslide tracking;failure mechanism;water level change;soil infiltration;preventive treatment

P642

A

1674-0696（2013）02-0297-05

10.3969/j.issn.1674-0696.2013.02.26

2012-04-28;

2012-09-02

国家自然科学基金项目（50879097）

吕国军（1983—），男，湖北应城人，博士研究生，主要从事边坡稳定性及治理方案的研究。E-mail:bloglgj@163.com。