三峡库水位变化对石榴树包滑坡安全性的影响研究

张立仁 乔 娟 吕 祎

（1.三峡大学 科技学院，湖北 宜昌 443002；2.三峡大学 土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002）

黄腊石滑坡群是长江三峡河段中大型滑坡群之一，发育在三叠系中统巴东组砂泥岩夹灰岩构成的逆倾坡上，位于巴东县城东1.5km的长江北岸，下距三峡坝址66km，总方量约1 800×104m3.黄腊石滑坡群包括大石板、周家湾、石榴树包、横坪等众多近代浅层滑坡.1983年7月久雨后，湖北省水文地质大队、水利部长江水利委员会先后在黄腊石滑坡群上、中部观察到27条不同规模的地表裂缝，表明黄腊石滑坡群在经历该次降雨过程时出现复活迹象，那么三峡水库蓄水及正常运行后可能会加速这一古滑坡群的复活.石榴树包滑坡是黄腊石滑坡群的重要组成部分，属复活性蠕滑期渐进推移式深层岩质切层类滑坡［1］，本文以石榴树包滑坡为研究对象，通过数值模拟计算及室内滑坡模型实验研究，对三峡水库蓄水及正常运行后该滑坡体的稳定性进行了预测及评价.

石榴树包滑坡位于大石板滑坡东侧，前、后缘高程分别为62m和320m，滑坡体平均厚度为60m，滑坡体纵长550m，横宽350～470m，面积25万m2，方量约1 180万m3.石榴树包滑坡体在高程200～250m为滑坡平台，地形坡度15～20°，在高程100m以下被洪水冲刷，多成42～45°以上的地形坡度.滑床后缘向前缘坡度逐渐变缓，后缘达45～48°以上，前缘为1～10°，近于反翘.石榴树包滑坡滑体物质成分主要为浅绿色泥灰岩和紫红色泥岩，滑带土由紫红色含细小角砾粘土组成，滑带土厚度为1.5～6.15m.石榴树包滑坡纵剖面图如图1所示.

图1 石榴树包滑坡纵剖面图

1 三峡水库水位变化对石榴树包滑坡稳定性影响的数值模拟分析

本研究分别通过 GEO－Seep、GEO－Slope、GEO－Sigma 3个工程软件对三峡水库水位运行期石榴树包滑坡的渗流特性、整体抗滑稳定性及变形特性进行了模拟分析.

1.1 计算工况及参数

1）计算工况的选取

本次分析的水位工况以三峡水库水位运行图［1］为依据，如图2所示.

图2 三峡水库运行水位曲线图

2）计算参数的选取

本研究滑坡材料参数的选取以室内材料试验为依据，并参考了属同一滑坡群且相邻的大石板滑坡的参数反演分析结果（国土资源部三峡库区地质灾害防治工作指挥部.《三峡库区崩滑地质灾害防治和塌岸防护调（勘）查评价规划》.2001年第10页），则以上3个工程软件计算所必须的石榴树包滑坡的滑体、滑带的计算参数见表1.

1.2 GEO－Seep渗流模拟分析

本研究的GEO－seep渗流计算采用饱和－非饱和－非稳定渗流的动态模拟分析方法，相应地所需输入软件的土体的土水特征曲线及渗流函数曲线如表1所示.软件建模中第一步计算点为库水位稳定在175m的11月1日，如图2所示，计算时间步长为1d，共365步，将整个三峡水库运行期水位随时间的变化过程输入程序中.

图3及图4为水库水位由175m降至145m及稳定过程、水库水位由145m升至175m及稳定过程两种情况下，石榴树包滑坡体浸润线变化情况的软件模拟计算结果，图中对应的浸润线标号即为模拟的时间步，具体工况涵义如表2所示.由图3、图4及表2可知，三峡水库水位下降过程，石榴树包滑坡体内浸润线随库水位变化的同步性较上升过程明显.另本部分各水位工况下坡体浸润线的模拟计算结果主要用于输入之后的稳定及应力应变分析软件中，为其相应的模拟计算提供依据.

表2 石榴树包滑坡体浸润线标号工况表

1.3 GEO－Slope整体抗滑稳定模拟分析

GEO－Slope软件模拟分析计算基于刚体极限平衡法.本研究软件建模时指定石榴树包滑坡的滑带为假定滑动面，滑坡体的整体抗滑稳定安全系数K的计算采用与此滑动模式相适应且计算精度较高的摩根斯顿－普莱斯（M－P）方法，三峡水库各水位运行工况下石榴树包滑坡体的K值的模拟计算结果如表3所示.

表3 石榴树包滑坡体K随三峡水库水位运行变化情况表

由表3可知：

1）在三峡水库水位下降的各初始时间段内，石榴树包滑坡体的稳定安全系数降低值与水位变化的速率成正比，但库水位下降的中后期，随着水位下降速度的降低，坡体的稳定性反而稍有增加.

2）在三峡水库水位上升的时间段内，石榴树包滑坡体的稳定安全系数均会有一定幅度的增加，但在库水位稳定以后，安全系数又会有一定程度的降低，这与渗流分析中坡体内浸润线的抬升滞后于水库水位的上升相符.

3）根据《长江三峡移民迁建区滑坡防治设计与施工技术规则》，当K＝1.05～1.15，滑坡处于暂时稳定状态；K＝0.95～1.0，滑坡处于临界稳定状态.由表3中各工况下石榴树包滑坡体的稳定安全系数K的计算结果可知，最小值为1.181，可初步判定，在仅考虑库区水位变化这一外界因素时，石榴树包滑坡体处于暂时稳定状态.

1.4 GEO－Sigma应力应变模拟结果分析

本部分主要通过GEO－Sigma应力应变分析软件，对各水位运行工况下石榴树包滑坡体的变形情况进行模拟分析.根据表3的计算结果，对坡体的变形研究主要选取了水库水位下降及上升过程中安全系数下降值最大的两个过程：一为7月10日至7月25日，水库水位由161m下降至145m的过程；一为8月20日至10月31日，水位上升并稳定在175m水位的过程，当然此部分重点为安全系数下降较显著的水位稳定过程.表4为石榴树包滑坡体随三峡水库水位变化的变形情况.

表4 石榴树包滑坡体的变形随库水位变化情况表

由模拟计算结果可知：①各库水位运行期，石榴树包滑坡体的表层位移大于深层位移.②7月10日至7月25日，为整个三峡水库水位运行期中水位下降速度最大的工况，也即安全系数下降最多的工况，计算结果显示，这一阶段石榴树包滑坡体出现了指向水库方向的最大变形，最大位移发生在接近滑带的滑体前缘.③8月20日至10月10日，为三峡水库水位运行期中水位上升值最大的阶段，10月31日，为水库水位稳定在175m的第21d.计算结果显示，在库水位稳定在145m的工况及库水位上升期，石榴树包滑坡体的变形情况对坡体稳定有所慢慢下降，这与表3滑坡体安全系数K的计算结果相符.

2 结 语

由以上对石榴树包滑坡体的坡体渗流、整体抗滑稳定及变形特性三方面的软件模拟计算结果，并结合黄腊石滑坡群的实际运行监测结果可知：

1）在三峡水库各水位下降过程的初始时间段，石榴树包滑坡体的稳定安全系数K降低值与水位变化的速率成正比，坡体前缘指向水库方向的变形值也有所增加；在库水位下降的中后期及相应的水位稳定过程，坡体的K值会有所增加，变形特性也向着对滑坡稳定有利的方向发展.故在三峡水库各水位下降过程的初始时间段内应加强石榴树包滑坡体稳定性的监测，且应重点关注7月10日至7月25日这一滑坡体安全系数下降最多的水位下降阶段.

2）在三峡水库水位上升的时间段内，石榴树包滑坡体的K值均会有一定幅度的增加，水位以上一定范围内及以下部分坡体的变形指向滑坡体，对其稳定有利；在库水位稳定以后，K值又会有一定程度的降低，且变形特性也向着对滑坡稳定不利的方向发展，这与渗流分析中坡体内浸润线的抬升滞后于水库水位的上升这一计算结果相符合.故在三峡水库水位上升至稳定值后的一段时间内，即10月10日以后的一定时间段内，应加强石榴树包滑坡体稳定性的监测.

3）由石榴树包滑坡应力应变数值模拟计算结果可知，各库水位运行期，石榴树包滑坡体的表层位移均大于深层位移，最大形变位移出现的位置为滑体前缘接近滑带的部分，因此石榴树包滑坡的监测应重点关注坡体表层及滑体前缘接近滑带的部分.

4）在仅考虑库区水位变化这一外界因素时，石榴树包滑坡体处于暂时稳定状态，但若耦合降雨这一三峡库区滑坡主要诱因等影响因素时［1－4］，其稳定性必然会有一定程度的下降.根据石榴树包滑坡所处的地理位置，若其失稳，近期将影响长江航道正常运行，远期将影响三峡工程的安全，因此必须坚持切实有效的监测工作，加强预报.

［1］ 刘传正.三峡库区地质灾害［J］.岩土工程界，2003，6（6）：23－25.

［2］ 殷坤龙，汪 洋，唐仲华.降雨对滑坡的作用机理及动态模拟研究［J］.地质科技情报，2002，21（1）：75－78.

［3］ 罗先启，刘德富，吴 剑.雨水及库水作用下滑坡模型试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2005，24（14）：2476－2483.

［4］ 乔 娟，罗先启，张立仁.三峡库区水环境对库岸斜坡失稳的作用机理探讨［J］.水科学与工程技术，2005（6）：22－25.