降雨和库水位下降联合作用下某滑坡稳定性分析★

冀承蕾　 魏云杰　 吴瑞安　 许有俊　 冯 超　 张 栋

(1.内蒙古科技大学建筑与土木工程学院，内蒙古 包头　014010；2.中国地质环境监测院，北京　100081；　3.中国地质科学院研究生部，北京　100037)



降雨和库水位下降联合作用下某滑坡稳定性分析★

冀承蕾1魏云杰2*吴瑞安3许有俊1冯 超1张 栋1

(1.内蒙古科技大学建筑与土木工程学院，内蒙古 包头014010；2.中国地质环境监测院，北京100081；3.中国地质科学院研究生部，北京100037)

摘要：以三峡库区秭归县树坪滑坡为例，分析了滑坡的位移监测数据，采用有限元软件Geo-studio中的SEEP/W模块，研究了不同工况下滑坡体内地下水渗流场的变化过程，探讨了不同降雨强度对滑坡稳定性的影响，有助于制定出适宜该滑坡的治理方案。

关键词：三峡库区，滑坡，水位，稳定性

大量的滑坡案例表明，降雨与库水位涨落是诱发库岸滑坡复活变形的重要因素[1-3]。有研究表明，长江中上游地区发生在雨季的滑坡数量占全年滑坡总数的87%以上[4,5]。降雨使滑坡体的抗滑强度大幅度下降，降低了滑坡体的稳定性。在滑坡的稳定性分析方面，前人已经做了大量的工作，如分析库水位变化和降雨联合作用下斜坡的稳定性；研究不同库水位及降雨强度下滑坡体中的浸润线[7,8]；对库水位涨落与降雨联合作用下滑坡地下水动力场进行分析研究等。

三峡水库正常运行以后，库岸很多古滑坡在库水的周期性涨落和库区较大强度的降雨下发生了复活[10，11]，产生了较大的变形，给人民的生命财产安全和长江航道的正常运行带来了很大的威胁。因此非常有必要对降雨及库水位涨落作用下库岸滑坡的稳定性进行研究。

1树坪滑坡工程地质概况及变形特征分析

1.1滑坡工程地质概况

树坪滑坡发育于湖北省宜昌市秭归县长江右岸的沙镇溪镇树坪村一组，距离三峡大坝约47 km处。该滑坡属古崩滑堆积体，滑坡位于长江南岸向北倾斜的逆向斜坡上，前缘直抵长江，滑坡体地形总体呈南高北低、陡缓相间。滑体南北纵长800 m，东西宽约700 m，面积约55×104m2，滑体厚10 m～70 m，总体积达2 750×104m3。

1.2滑坡变形特征分析

2003年6月开始对树坪滑坡进行专业监测，根据湖北省地质环境监测总站《湖北省三峡库区后续地质灾害秭归县树坪滑坡勘察报告》中的监测数据可知(见图1)，自2003年6月三峡水库蓄水以来，树坪滑坡主滑区变形有随着库水位下降而明显加快的趋势。由此可见，库水位涨落特别是库水位下降对滑坡稳定性影响显著。

2降雨和库水位下降联合作用下树坪滑坡稳定性分析

2.1计算工况

通过分析可知，库水位上升对滑坡变形影响不大，滑坡变形量在库水位下降过程中明显增加。故在分析库水位变化和降雨联合作用对滑坡稳定性影响时，选择在库水位下降过程开始时叠加短时暴雨和长时小雨等不同情况进行讨论。通过对秭归县近50年来降雨资料进行数理统计分析，确定50年一遇和10年一遇暴雨的降雨量分别为164.51 mm/d和122.56 mm/d。具体模拟工况见表1。

2.2计算参数的确定

根据勘察报告试验成果，结合三峡库区相似堆积层滑坡岩土体参数，采用工程地质类比法和地质分析法初步拟定了岩土体物理力学参数以及水力学参数，具体见表2。

2.3滑坡稳定性分析

在SEEP/W程序中模拟得到不同工况渗流场的基础上，考虑滑坡自重及滑坡前缘受到的库水压力作用，采用Morgenstern-Price极限平衡法分析库水位变化与叠加不同降雨强度时滑坡的稳定性变化。水库运行一年时滑坡稳定性系数变化和工况一、二、三滑坡稳定性系数随时间变化分别如图2，图3所示。

从图2可以看出，滑坡的稳定性变化与库水位升降变化相关性显著。具体来说，在库水位下降初始阶段，由于库水还在向坡内补给，对滑坡的影响相对较小，此时滑坡稳定性变化不大；随着库水位的继续下降，由于滑体渗透性较差，滑坡内的地下水位下降速度滞后于库水位，使得滑坡内外产生水头差而形成了指向滑坡外的渗透压力，在这一不利渗透力的作用下，滑坡体稳定性急剧下降，滑坡稳定性系数由175 m时的1.057稳定状态降至145 m时1.004的不稳定状态；在145 m稳定水位运营的初始几天，滑坡体内的库水继续排出，滑坡的稳定性略有下降；而当滑坡内的水位几乎与145 m库水位线平齐时，水头差消失，滑体仅受库水的浮托力作用，此时滑坡稳定性略有升高；在145 m升至175 m的过程中，库水位上升速率较大，而滑体渗透能力有限，库水向滑体“倒灌”，对滑坡下部施加了一个指向滑坡内的渗透压力，对滑坡稳定性有利，滑坡稳定性也不断提高；当库水位升至175 m开始稳定运营后，库水继续向坡内渗入，滑坡稳定性系数继续小幅增加；随着稳定在175 m高程，此时滑坡体内外水压力平衡，而滑坡受到的浮托力更大，其稳定性略有降低。

通过计算库水下降阶段叠加不同强度降雨时的稳定性系数(见图3)可以发现，在库水位下降阶段，叠加30 d的10 mm/d小雨时，随着雨水不断入渗，滑体自重增加，岩土体力学强度降低，滑坡稳定性不断降低；在库水下降开始叠加3 d的10年一遇的降雨和50年一遇的降雨，降雨量过大来不及入渗，会在浅表层形成

暂态饱和区，此时滑坡体有很大的孔隙水压力，随着降雨的不断渗入，滑体基质吸力迅速下降并丧失，滑坡稳定性急剧下降，处于不稳定状态。相比前述叠加30 d小雨的工况，在库水下降阶段叠加3 d暴雨时滑坡稳定性下降更迅速，稳定性系数也更小，滑坡也更易复活变形，而且降雨强度越大，对滑坡稳定性越不利。

3结语

1)集中降雨及库水位周期性波动是诱发滑坡复活变形重要因素。一方面，随着库水位的下降，滑坡内的地下水向水库排出，由于滑体渗透性较差，滑坡内地下水位下降速度滞后于库水位，从而使得滑坡内外产生水头差而形成了指向滑坡外的渗透压力，在这一不利渗透力的作用下，滑坡稳定性急剧下降。另一方面，长时间小雨和短时间暴雨会增加滑坡体的自重和下滑力，大量的水富集于易滑软层，软化滑带土，降低滑坡体抗滑强度，使滑坡体变形加剧。

2)相比库水位下降叠加30 d小雨的工况，库水位下降叠加3 d暴雨时滑坡稳定性下降更快，而且降雨强度越大，滑坡稳定性系数越小，滑坡也更易复活变形。

参考文献：

[1]Riemer. Landslides and reservoirs.In： Proc. of the 6th Int. Symp.Landslides.Rotterdam：A.A.Balkema，1995：1973-2004.

[2]涂鹏飞，岑仲阳，余和元.马家沟滑坡变形特征及稳定性分析.铁道建筑，2011(4):95-97.

[3]邓建辉，马水山，张保军，等.清江隔河岩水库茅坪滑坡复活机理初探.岩石力学与工程学报，2003(10):1730-1737.

[4]杜榕桓，刘新民，袁建模，等.长江三峡工程库区滑坡与泥石流研究.成都:四川科学技术出版社，1991.

[5]谢守益，张年学，许兵.长江三峡库区典型滑坡降雨诱发的概率分析.工程地质学报，1995(2):60-69.

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[8]周丽，汪洋，杜娟.库水位下降和降雨影响下李家湾滑坡的稳定性计算.安全与环境工程，2010(3):5-9.

[9]李晓，张年学，廖秋林，等.库水位涨落与降雨联合作用下滑坡地下水动力场分析.岩石力学与工程学报，2004(21):3714-3720.

[10]邢林啸.三峡库区典型堆积层滑坡成因机制与预测预报研究.北京：中国地质大学，2012.

[11]朱大鹏.三峡库区典型堆积层滑坡复活机理及变形预测研究.北京：中国地质大学，2010.

Analysis of landslide stability under rainfall and drawdown of reservoir water level★

Ji Chenglei1Wei Yunjie2*Wu Rui’an3Xu Youjun1Feng Chao1Zhang Dong1

(1.TheSchoolofArchitectureandCivilEngineering，InnerMongoliaUniversityofScience&Technology，Baotou014010,China;2.ChinaInstituteofGeologicalEnvironmentMonitoring，Beijing100081,China;3.GraduateSchoolofChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China)

Key words:Three Gorges Reservoir, landslide, water level, stability

Abstract:In this paper, Shuping landslide is chosen as a research subject in Zigui county of Three Gorges Reservoir. Based on the displacement monitoring data， the finite element software Geo-studio is used to simulate the seepage field of Shuping landslide under different conditions， and the effect of different rainfall intensity to landslide stability is discussed, so as to enhance the treatment scheme for the landslide.

文章编号：1009-6825(2016)14-0041-02

收稿日期：2016-03-04★:国家自然科学基金(项目编号：41172254)

作者简介：冀承蕾(1989- )，男，在读硕士；吴瑞安(1991- )，男，在读博士；许有俊(1979- )，男，博士，副教授；

通讯作者：魏云杰(1973- )，男，博士，教授级高级工程师

中图分类号：P642.22

文献标识码：A

·岩土工程·地基基础·

冯超(1988- )，男，在读硕士；张栋(1992- )，男，在读硕士