三峡库区某滑坡浸润线分析及稳定性评价

柴 海 峰

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

三峡库区某滑坡浸润线分析及稳定性评价

柴 海 峰

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

根据三峡库区某滑坡工程地质条件，采用数学解析法，具体分析了不同工况条件下浸润线的分布，同时利用剩余推理法对滑坡的稳定性进行评价，并结合监测数据对计算结果的合理性进行验证。

变形特征，浸润线，剩余推力法，稳定性

自三峡库区蓄水后，长江水位在135 m和175 m之间波动，改变了原有库岸边坡体内的地下水动力平衡，影响库岸边坡的稳定性。目前规范中很少涉及水位下降时浸润线的计算，而浸润线的确定是动水压力计算的必要条件。本文结合三峡库区某滑坡工程地质条件，对库水位下降条件下浸润线加以分析，并计算了其对该滑坡稳定性的影响。

1 工程地质概况

1)地形地貌。该滑坡位于三峡库区，属于中山峡谷夹低山宽谷地貌。该滑坡呈东西向，位于长江支流左岸斜坡上，坡面东高西低，平面上呈舌形展布(见图1)。

2)地层岩性。滑坡区基岩地层为侏罗系上统遂宁组，岩性以灰白色长石石英砂岩、细砂岩为主，夹力学强度较低且易风化、软化的紫红色粉砂质泥岩。岩层产状为270°～300°∠25°～35°，在坡体两侧及前缘过渡为200°∠22°～35°，主滑方向为290°。

坡体主要为第四系松散崩坡积、冲洪积、人工堆积等类型的堆积物。

3)地震。该地区属弱震区，具有多震且微弱的特点。

4)水文地质条件。滑坡位于长江支流左岸，地下水水位受长江水位的升降控制。坡体内的地下水主要以碎屑裂隙水和松散堆积层孔隙水为主。基岩裂隙水主要赋存于滑坡砂岩中，富水性较强。

坡体松散堆积物孔隙水以碎石土层与基岩接触带为相对隔水层，主要接受大气降水的补给，地下水位埋深较大且变化也大。另外，坡体内的孔隙水含量也随着长江的水位变化而变化。

5)人类工程活动。库区蓄水，水位上升下降，对坡体的影响极大，会引起库岸的再造，破坏已有的平衡状态，引起滑坡的滑动。

2 水位下降时浸润线的确定

针对三峡库区边坡内渗流浸润面的研究，彭良泉等(2003)提出了确定渗流浸润面位置最高点的经验计算公式[2]:

(1)

其中,k,μ分别为渗透系数、给水度，渗透系数单位：m/d；v为水位降速,m/d；h0为浸润面最高点水头，m；H为库水位的最大降距,m；t为库水位降低的任意时刻,d；T为库水位降落所需要的时间,d。

根据巴甫洛夫斯基—达赫勒分段法[3]求得渗出点E的高度He以及浸润线的位置(见图2)。

由图2可得，从最高点F到渗出点E之间坡身段的渗流量为：

(2)

从渗出点E到坡角C的坡面流量为：

(3)

其中，hi为计算时水面水深,m；m1为坡率；L为计算浸润线最高点到坡脚的水平距离,m；令式(2)等于式(3)，求得he，进而求得q/k，再利用式(2)可以求得对应水平距离x处的浸润面最高点F的高度hx：

(4)

本文根据长江水位调控信息，采用了水位下降最快时的速度，约为1.0 m/d；根据国内外砂砾土和粘性土的试验资料[4]，采用给水度经验公式：μ=1.137n(0.000 117 5)0.067(6+lgk)；其他参数见表1。计算得到水位下降到135 m时坡体内浸润线的形状，并将其绘制于计算剖面中，得到剩余推力法计算采用的剖面模型，如图3所示。

(5)

3 剩余推力法原理及应用

剩余推力法基于两点假设：1)对于第i块，来自第i-1块的推力是平行于第i-1块滑面的；2)条块之间是不能承受拉力的[5,6]。

对条块i：

Ei=Ti-Ri/K

(6)

Ti=(Wi-Fi)sinθi+Ei-1cos(θi-θi-1)+KeWicosθi+Dicos(θi-βi);

Ri=ciLi+[(Wi-Fi)cosθi-Disin(θi-βi)-KeWisinθi-Ei-1sin(θi-θi-1)]tanφi。

其中,Ei为剩余下滑力，kN;Ti为下滑力，kN；Ri为抗滑力，kN；Ei-1为第i-1条块的剩余下滑力；Ei+1为第i+1条块作用力；Wi为重力，水位线以上用天然重度，水位线以下用饱和重度，kN；KeWi为水平地震力，kN；Fi为第i条块所受到的浮力，浮力方向为垂直向上；Di为渗透压力；Ni为有效法向内力，kN；Si为条块底部抗滑力，kN。

4 稳定性计算及评价

根据室内天然状态和饱和状态下的固结快剪试验、滑坡体的宏观变形迹象以及综合之前资料和地区经验类比，本文采用的计算参数见表1。

表1 计算参数选用表

根据滑坡形态、主滑方向，选取主剖面2—2′作为稳定性计算的模型，分别计算了水位稳定在156 m时和水位分别降至145 m,135 m时的稳定系数。计算模型见图3。

表2 坡体稳定系数

通过计算，水位稳定在156 m时，该滑坡的稳定性为1.083，为基本稳定状态；当水位降至145 m时，稳定性系数为0.988，处于不稳定状态；当水位降低至135 m时，稳定系数降至0.974，使得坡体更加不稳定(见表2)。可见，在水位下降过程中，坡体由基本稳定状态向不稳定状态发展。

5 滑坡变形特征及分析

根据2007年—2009年的GPS监测数据分析，2007年4月～6月 初三峡库区水位从156 m降至145 m，监测点J01，J02，J03的水平位移出现加速突变；2009年4月～6月初三峡库区水位从156 m降至145 m，地表上监测点J01，J02，J03和抗滑桩上的监测点J12，J13的位移曲线明显上翘，呈现加速变形趋势(见图4)。滑坡滑移加速变形滞后于三峡水库汛前水位下降，且具有明显的相关性，可见以上浸润线及稳定性的计算方法是合理、可靠的。

6 结语

通过以上研究，可得出：

1)规范中有关水位下降时浸润线计算的内容比较少，而浸润线的确定恰恰是计算地下水动水压力的必要条件，本文参考前人研究成果，采用数学解析方法，计算了水位稳定在156 m、水位分别下降至145 m，135 m时三种工况的浸润线分布。

2)将浸润线的分布曲线绘制在剖面模型中，采用剩余推理法计算了滑坡的稳定性。指出随着水位的下降，滑坡由基本稳定向不稳定方向发展，水位下降至135 m时的稳定性要比下降至145 m时更低。

3)分析滑坡变形特征及监测数据，指出滑坡的加速变形滞后于水位的下降，且具有明显的相关性。

4)稳定性的计算结果符合坡体的变形特征及监测数据，验证了以上计算方法的合理性和可靠性。

[1] GB 50330—2013，建筑边坡工程技术规范[S].

[2] 彭良泉，王 钊.对边坡稳定性分析中危险水力条件的研究[J].人民长江，2003(5):39-41.

[3] 华东水利学院土力学教研室.土工原理与计算(上册)[M].北京:水利出版社,1980:136-145.

[4] 毛昶熙,段祥宝，李祖贻，等.渗流数值计算与程序应用[M].南京:河海大学出版社，1999:10-11.

[5] 沈尧亮,侯殿英.传递系数法的原型及衍生[J].工程勘察，2010(1):477-485.

[6] 赵春广,徐光黎.传递系数法在滑坡稳定性评价中的几个问题探讨[J].地球与环境，2005(33):7-11.

[7] 周宗华,王翔俊.线性回归在滑坡监测数据粗差判别中的应用[J].中国地质灾害与防治学报，2009，22(3):118-121.

The saturation line analysis and stability evaluation on a landslide in Three Gorges reservoir area

Chai Haifeng

(RailwayThirdSurveyandDesignInstituteGroupLimitedCompany,Tianjin300251,China)

According to the engineering geological conditions of a landslide in Three Gorges reservoir area, using mathematical method, specific analyzed the saturation line distribution under different conditions, at the same time evaluated the landslide stability using residual reasoning method, and combining with the monitoring data verified the rationality of calculation results.

degeneration feature, saturation line, residual reasoning method, stability

2015-01-19

柴海峰(1987- )，男，硕士，助理工程师

1009-6825(2015)09-0078-02

P642.22

A