三峡库区水库塌岸对滑坡稳定性影响分析

郭 振 王 刚 王世梅

(1.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002； 2.辽宁工程勘察设计院，辽宁 锦州 121000)

三峡库区水库塌岸对滑坡稳定性影响分析

郭 振1王 刚2王世梅1*

(1.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002； 2.辽宁工程勘察设计院，辽宁 锦州 121000)

介绍了三峡库区三种塌岸位置分布情形，并运用岸坡结构法预测了滑坡塌岸范围，最后通过Slope/w软件，计算分析了三个典型滑坡塌岸前、后的稳定性，定量评价了三种典型塌岸位置分布对滑坡稳定性的影响。

三峡水库，塌岸，滑坡，稳定性

0 引言

根据有关资料统计分析，三峡库区现已查证涉水滑坡达2 000余处[1]。库水周期性升降，库岸自然条件发生显著变化，造成侵蚀基准面和地下水位的抬高[2]。各类松散堆积体和软岩组成的库岸，在受到库水浸泡软化、风浪冲击侵蚀和干湿循环的长期作用下，岸坡消落带普遍呈现不同程度的塌岸现象，可能诱发滑坡失稳。

国内学者对三峡库区滑坡受降雨和库水作用做了大量研究[3,4]，缺少塌岸对滑坡稳定性的影响研究，并且在滑坡地质评价中往往忽略塌岸对滑坡稳定性的影响，在滑坡稳定性数值模拟分析中亦没有考虑塌岸对滑坡稳定性的影响。为此，针对三峡库区典型涉水滑坡进行塌岸调查和分析，在此基础上将塌岸范围与滑坡下滑段及阻滑段的相对位置进行分类；针对不同塌岸位置，分析和讨论塌岸对滑坡稳定性的影响；利用Slope/w软件对三个典型滑坡塌岸前、后的稳定性进行计算和分析，定量评价了三种典型塌岸位置分布对滑坡稳定性的影响。研究成果对正确评价三峡水库塌岸对滑坡长期稳定性影响具有较好的借鉴意义。

1 三峡库区滑坡塌岸发育分布特征

由三峡库区滑坡发育阶段及演化模式[5,6]分析可知：滑坡滑体分为阻滑段和下滑段两部分，滑坡滑面后缘倾角较陡而前缘倾角平缓甚至反倾，滑动力主要来源于滑坡后缘，而抗滑力主要依靠滑坡前缘。

通过野外地质调查，三峡库区塌岸与滑坡阻滑段及下滑段的相对位置关系有3类：塌岸范围位于滑坡阻滑段，如图1所示；塌岸范围位于阻滑段和下滑段之间，如图2所示；塌岸范围位于滑坡下滑段，如图3所示。

2 塌岸位置对滑坡稳定性影响分析

为了便于研究塌岸对滑坡稳定性的影响，在极限平衡法[7,8]

基础上对滑体做以下简化和假定：1)将滑体分为条块ABD和条块CBD，由计算可知：点D是下滑段和阻滑段交界，即滑动面的倾角为内摩擦角φ；2)假定滑体粘聚力和内摩擦角为定值。滑体进行受力分析如图4所示。

由图4可知：作用在滑体上的抗滑力Ti和下滑力Ri分别为：

Ti=Nitanφ+cli；

Ri=Wisinθi。

故滑体稳定性系数：

其中，W1，W2分别为块体CBD和ABD的重量;θ1，θ2分别为下滑段滑面倾角和阻滑段滑面倾角；φ为滑体的内摩擦角；c为滑体粘聚力。

通过计算Fs，Fs1可知：Fs

通过计算Fs，Fs2可知：Fs>Fs2，即塌岸在滑坡阻滑段时稳定性系数增大。

3)当塌岸范围涉及滑坡下滑段和阻滑段时，根据1)和2)可知，若塌岸位于下滑段使得滑坡稳定性增加值小于塌岸位于阻滑段使得滑坡稳定性减小值，滑坡整体稳定性增加；若塌岸位于下滑段使得滑坡稳定性增加值大于塌岸位于阻滑段使得滑坡稳定性减小值，滑坡整体稳定性减小；若塌岸位于下滑段使得滑坡稳定性增加值等于塌岸位于阻滑段使得滑坡稳定性减小值，滑坡整体稳定性不变。

3 三种塌岸位置典型滑坡塌岸范围预测

为了定量研究三种塌岸位置对滑坡稳定性的影响，首先针对三种塌岸位置选取典型滑坡，并进行塌岸预测。本节介绍山区河道型塌岸预测方法——岸坡结构法，并应用该方法对三峡库区白家包滑坡、八字门滑坡及莲花陀2号滑坡进行塌岸预测。

3.1 塌岸预测方法

水库塌岸预测理论起源于前苏联-卡丘金法和佐洛塔廖夫法[9-13]，在此基础上，国内学者许强针对山区河道型水库边岸提出了岸坡结构法。具体步骤[14]为：1)以死水位A为起点，以不同物质的水下堆积坡角η1，…，ηn为倾角依次作线，与设计低水位线相交于点B结束；2)以B点为起点，以不同物质的冲磨蚀坡角α1，…，αn依次作线，与设计高水位线相交于点C结束；3)C点为起点，以不同物质的水上稳定坡角β1，…，βn为倾角依次作线，与岸坡地形线相交于点D结束。则由依次连接A，L，B，M，C，N，E成折线为塌岸预测线，见图5。

3.2 典型滑坡塌岸范围预测

根据三种塌岸位置分别选取与之对应的滑坡：1)塌岸位于滑坡下滑段选取莲花陀2号滑坡；2)塌岸位于滑坡阻滑段选取白家包滑坡；3)塌岸位于滑坡下滑段与阻滑段之间选取八字门滑坡。根据白家包滑坡、八字门滑坡及莲花陀2号滑坡地质主剖面图，采用岸坡结构法进行塌岸预测，其中塌岸预测参数由野外调查统计并参考有关研究[15]得出香溪河库岸段塌岸后的稳定坡角如表1所示，白家包滑坡、八字门滑坡及莲花陀2号滑坡塌岸预测图见图6～图8。

表1 香溪河库岸段塌岸后稳定坡角 (°)

4 三种塌岸位置典型滑坡稳定性受塌岸影响评价

4.1 计算方法及参数

1)计算方法。

本文采用岩土工程有限元分析软件Geo-Studio中的Slope/w模块进行滑坡稳定性计算，其计算原理为极限平衡法，包括Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法等，其中Morgenstern-Price法可对任意曲线形状的滑裂面进行分析，既满足力平衡又满足力矩平衡条，是国际公认的最严密的边坡稳定性分析方法[16]，这里采用Morgenstern-Price法进行典型滑坡的稳定性计算。

2)计算参数。

选取白家包滑坡、八字门滑坡及莲花陀2号滑坡塌岸前后地质剖面图建立相应的计算模型，见图6～图8。

根据《白家包滑坡地质勘查报告》《八字门滑坡地质勘查报告》《莲花陀2号滑坡分析报告》及三峡库区滑坡滑带土抗剪强度参数统计规律[17]综合确定，见表2～表4。

表2 白家包滑坡体计算参数表

表3 八字门滑坡体计算参数表

表4 莲花陀2号滑坡体计算参数表

4.2 计算结果与分析

三个典型滑坡塌岸前后的稳定性计算结果列于表5。由表5分析可知，白家包滑坡塌岸前稳定性系数为1.04，滑坡处于基本稳定状态，塌岸后稳定性系数为0.985 1，滑坡处于失稳状态，塌岸前后滑坡稳定性系数降低了5%，表明塌岸位于滑坡阻滑段时，塌岸会使滑坡稳定性降低，对滑坡稳定性不利。莲花陀2号滑坡塌岸前稳定性系数为1.086，滑坡处于基本稳定状态，塌岸后稳定性系数为1.112，滑坡处于基本稳定状态，塌岸前后滑坡稳定性系数增加了2.4%，表明塌岸位于滑坡下滑段时，塌岸会使滑坡稳定性增大，对滑坡稳定性有利。八字门滑坡塌岸前稳定性系数为1.026，滑坡处于基本稳定状态，塌岸后稳定性系数为1.031，滑坡处于基本稳定状态，塌岸前后滑坡稳定性系数增加了0.5%，表明塌岸位于滑坡下滑段和阻滑段时，塌岸位于下滑段使得滑坡稳定性增加值小于塌岸位于阻滑段使得滑坡稳定性减小值，滑坡整体稳定性增加。

表5 滑坡塌岸前后稳定性变化

5 结语

1)塌岸在滑坡上的位置分布三种情况：塌岸位于滑坡阻滑段，塌岸位于滑坡下滑段，塌岸位于滑坡阻滑段和下滑段之间。塌岸范围位于滑坡阻滑段时，塌岸使滑坡稳定性降低；塌岸范围位于滑坡下滑段时，塌岸使滑坡稳定性增大；塌岸范围位于滑坡下滑段和阻滑段之间时，塌岸对滑坡稳定性要具体分析。

2)白家包滑坡塌岸发生在滑坡阻滑段，八字门滑坡塌岸涉及滑坡阻滑段和下滑段，莲花陀2号滑坡塌岸发生在滑坡下滑段。

3)通过塌岸预测及数值模拟计算，白家包滑坡前缘塌岸会使滑坡整体稳定性降低了5%，对滑坡稳定性不利；八字门滑坡塌岸会使滑坡整体稳定性增加0.5%，对滑坡稳定性有利；莲花陀2号滑坡塌岸会使滑坡整体稳定性增加2.4%，对滑坡稳定性有利。

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Analysis of landslide stability of the Three Gorges Reservoir bank collapse

Guo Zhen1Wang Gang2Wang Shimei1*

(1.CollegeofCivilEngineering&Architecture，ChinaThreeGorgesUniv.，Yichang443002，China； 2.InstituteofEngineeringInvestigation&DesignofLiaoningProvince，Jinzhou121000，China)

According to the distribution of the three bank collapse position, predict the scale of bank collapse by using bank structure method. Then, the Slope/w module of Geo-Studio numerical simulation method is used to calculate the stability of the typical landslide to quantitatively evaluate the impact of bank collapse on landslide stability.

Three Gorges Reservoir, bank collapse, landslide, stability

1009-6825(2017)03-0044-03

2016-11-14

郭 振(1990- )，男，在读硕士

王世梅(1965- )，女，博士生导师，教授

P642.21

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