三峡水库水位变动下的库岸滑坡稳定性评价

Vol.37No.6Nov.2010水文地质工程地质HYDROGEOLOGY ＆ENGINEERING GEOLOGY 第37卷第6期2010年11月三峡水库水位变动下的库岸滑坡稳定性评价蒋秀玲1，张常亮2（1.中国地质图书馆，北京100083；2.长安大学地质工程系，西安710054）摘要：水库岸坡滑坡稳定性主要受库水位涨落的影响。

由于库区水位变化可概化为二维非稳定流，地下水位变化可采用有限元模拟。

三峡水库正常运行时的水位涨落速度在0.6 4.0m /d 、高程145 175m 之间变化，通过有限元法对库区的马家沟滑坡模拟表明：库水位和滑坡体内的地下水位同步升降，水力梯度很小，因此水位涨落对滑坡的影响主要是浮托力作用。

在此条件下，采用Morgenstern-Price 法对滑坡稳定性进行计算表明，随着水位上升，滑坡稳定性降低，水位上升到165m 时，稳定性达到最小，水位再上升则稳定性增大，当滑坡完全淹没在水下时的稳定性高于未被淹没的情况，滑坡最终的稳定性按最小稳定系数评价。

关键词：水库；滑坡；水位涨落；地下水中图分类号：P642.22；TU457文献标识码：A文章编号：1000-3665（2010）06-0038-05收稿日期：2010-03-31；修订日期：2010-04-19基金项目：国家自然科学基金项目（40772181）作者简介：蒋秀玲（1965－），女，学士，从事中国地质文摘编辑工作。

E-mail ：jiangxiuling123110@水位的升降对库岸滑坡稳定性有着重要影响。

国内外由于库水位涨落引起库岸滑坡的实例很多，Jones 等调查了Roosevelt 湖附近地区1941 1953年发生的滑坡，30%发生在水库水位骤降时期，有49%发生在蓄水初期；日本大约有60%水库滑坡发生在水位骤降时期［1］；1963年瓦依昂水库滑坡发生在库水位下降时期；在三峡库区，2003年湖北千将坪滑坡发生在三峡二期蓄水过程中［2］。

本文以三峡库区马家沟滑坡为例。

将库水位引起的地下水位变化作二维非稳定流，利用数值方法模拟滑坡体内的地下水位随库水位的变化规律，应用Morgenstern-Price 法计算滑坡在各水位状态下的稳定性，得出水位与滑坡稳定性的关系，按最不利稳定状态作为滑坡稳定性判别的依据，并做出抗滑设计方案。

1马家沟滑坡概况马家沟滑坡位于吒溪河左岸的马家沟沟口处，距长江支流吒溪河河口（秭归归州镇）2.1km 。

2003年长江三峡水库蓄水至135m 后的3个月内，滑体后缘出现了1条长20m ，宽3 5cm ，局部达10cm 的拉张裂缝。

其后拉裂变形趋于稳定，没有进一步发展。

这说明该滑坡的稳定性对水库蓄水有敏感的反映，在水位继续升高或下落时，有复活的可能性。

该滑坡体上有居民47户，132人，耕地和林地320亩。

据估算，该滑坡一旦滑动，将造成直接经济损失3422万元，间接损失1439万元，人员伤亡或也难免。

由于该滑坡前缘淹没在水下，三峡水库水位在145 175m 之间变化，涨落幅度达30m ，水位涨落对该滑坡稳定性的影响是研究的核心问题。

马家沟滑坡区外围出露侏罗系遂宁组（J 3s ）地层，岩性为中厚层灰白色长石石英质细砂岩和褐红色薄层粉砂质泥岩互层，岩层倾向为270 290ʎ，倾角25 30ʎ，与滑坡主滑方向接近，岩体破碎，裂隙发育。

马家沟滑坡发育在一个巨型老滑坡堆积体前缘，该巨型滑坡为一顺层基岩滑坡，堆积体覆盖了吒溪河左岸的马家沟下游左侧的半个山体，高程自沟底到330m 处，面积约5km 2，体积超过2ˑ108m 3。

滑坡顶部是一个巨大的反坡台地，台地面积约1.5km 2，台地上人工堆坝成湖。

老滑坡的堆积体由紫红色泥岩碎屑夹巨大的块石组成，接近地表有一层3 5m 厚的褐红色残积粘土夹块石。

老滑坡的滑动时间不详，但从滑坡体上有稳定的残积土判定，至少发生在中更新世以前。

在该老滑坡体前缘坡面上，即坡顶台地边缘以下，形成了3个局部复活的滑坡。

其中位于马家沟上游的2处滑坡在三峡水库蓄水位以上，堆积体滑落至沟底，没有进一步滑移的空间，现场调查分析可以确定是稳定的。

马家沟沟口处的一处滑坡前缘直接伸入咤溪河中，马家沟滑坡指的就是该次级滑坡。

马家沟滑坡平面形态总体呈舌形展布，滑体主滑方向290ʎ。

南北侧以冲沟为边界；后缘以形成的裂缝为边界，高程280m ，30 35ʎ。

前缘为高度30第6期水文地质工程地质·39·45m的陡坎，形成临空面，剪出口淹没于135m水位下，伸入吒溪河中，前缘高程130m，高差150m，整体坡度为15ʎ。

滑体宽度为150m，纵向长度538m，厚度8.9 17.5m，滑体体积127.8ˑ104m3。

图1马家沟滑坡平面图Fig.1Plane map of the Majiagoulandslide图2马家沟滑坡主滑面图Fig.2The main section of the Majiagou landslide滑坡体的物质分为两层，上层为3 5m厚的第四系残坡积粉质粘土夹碎石，下部为块石，夹风化破碎的泥岩，泥岩风化后成为粘土状，厚度8 11m，其中块石大小不均匀，成棱角状或次棱角状，泥充填其中。

滑坡体物质结构松散，局部架空，透水性强。

滑带土主要由泥化的泥岩夹少量砂岩碎石组成，厚度0.5 0.8m，探槽和探井中能观察到粉砂质泥岩中形成的滑动带，滑带为挤压破碎的泥化物质，滑带面内有磨光面和擦痕。

滑带上有一层滞水，探井中在此处可以观察到地下水溢出，钻孔中也揭露该层位有一层滞水，在滑体东侧边界该层水在地表以下降泉的形式出露，由于滑坡体和滑床物质成分接近，该层滞水也作为判定滑带的重要标志。

滑床物质与滑体类似，由碎块石夹风化破碎泥岩组成，滑坡体上所有钻孔都没有揭露到完整基岩，说明老滑坡规模大、滑面深，马家沟滑坡仅仅是老滑体前缘一个次级滑坡的再次复活。

·40·蒋秀玲，等：三峡水库水位变动下的库岸滑坡稳定性评价2010年2库水位变动引起的滑坡地下水位的变化当滑坡以外的水库水位发生变化时，滑坡内的地下水位会发生相应波动，由此会影响到滑坡的稳定性。

地下水位的变化一般会滞后于库水位的变化，其变化的动态过程与坡体岩土的渗透性和库水位涨落速率有关。

库水位对地下水的影响可概化为二维非稳定流问题，由于滑坡体土的含水量高，没有考虑土的非饱和特性，并认为垂直和水平方向的渗透系数相等。

采用MEDAS 公司的GTS 软件对地下水变化模拟计算，求得各时刻H =0的高程，即0水头线代表地下水位线，再根据该水位做滑坡稳定性计算。

在渗流计算中，最主要的参数是渗透系数。

为了确定滑坡各岩土层的渗透性，现场在6个钻孔中共做了6段/次注水试验。

结果表明，粉质粘土的渗透系数为1.38ˑ10－5cm /s ，为弱透水层，块石土和含块石粉质粘土的渗透系数为1.52 0.006cm /s ，为强透水岩土层。

渗透性越低，对滑坡稳定性越不利，在此按最不利情况取值，即渗透系数k 取10－5cm /s 模拟。

三峡水库坝前水位在145 175m 之间波动，水库水位变幅为30m 。

水位涨落速率最低约0.6m /d ，最高4.0m /d 。

水位变化速度越大，对滑坡稳定性越不利，因此取最不利的情况，即v =4.0m /d 模拟。

首先考察库水位按4m /d 连续升降的模拟结果。

上升时起始水位为145m 静水位，按每上升3m 给出一次地下水位的模拟结果。

随着库水位的抬升，地下水位同步上升，潜水面倾向坡内，库水位越高，地下水位坡度越大，最大坡率出现在库水位刚上升到175m ，而且靠近坡外处的地下水位坡度平缓，向坡内稍变陡，如图3（a ）；当库水位稳定在175m 时，地下水位坡度趋于平缓。

下降时起始水位为175m 静水位，随着库水位的下降，地下水位同步下降，潜水面倾向坡外，库水位越低，地下水位坡度越大，最大坡率也出现在库水位刚下降到145m ，而且靠近坡外处的地下水位坡度平缓，向坡内稍变陡，如图3（b ），当库水位稳定在145m 时，地下水位坡度趋于平缓。

将库水位在不同高度的地下水位线模拟结果综合在一张图上（图4），可以看出，由于滑坡体和滑床具有统一的潜水面，结果显示出潜水位坡率随着远离坡面而增大。

而且在所有情况下，滑体范围内地下水位都很平缓，几乎和库水位同步升降。

因此模拟结果表明，库水位升降的影响主要体现在地下水位的涨落，由于图3渗透系数k =10－5cm /s ，水位变化速度v =4m /d 时的地下水位模拟结果Fig.3The simulation results of the groundwaterlevel as the permeability coefficient k =10－5cm /s and the rate of the water level change v =4m /d3库水位变动下滑坡的稳定性根据实验结果，参考当地实际资料，滑坡稳定性计算参数取值如下：滑体重度为：天然重度21.4kN /m 3饱和重度22.2kN /m 3；滑带强度参数：饱和状态下c =10kPaφ=14ʎ稳定性计算方法采用Morgenstern-Price 法，根据对水库水位变动对地下水的影响模拟结果，水库对滑坡的影响主要是浮力作用，动水压力很小，此时的浮力相当于边界孔隙水压力的合力。

为了简化计算，将滑体重度地下水位以下部分按有效重度计算。

计算主断面2－2ᶄ的分条如图5，按库水位为130m 、135m 、140m 、145m 、150m 、155m 、160m 、165m 、第6期水文地质工程地质·41·图4渗透系数k =10－5cm /s ，水位升、降速度v =4m /d 时，各时段的地下水位模拟结果Fig.4The simulation results of the groundwater level as the permeability coefficient k =10－5cm /s and the rate of water level up and down v =4m /d170m 和175m 时计算滑坡稳定性，其中130m 时滑坡在水位以上，根据计算结果绘出库水位与滑坡稳定系数的关系如图6。

由于135m 水位时，仅滑坡前缘极小一部分被水浸没，因此其稳定系数与未浸水时很接近。

自135m 到165m 之间，滑坡稳定性随着库水位的上升而降低，当库水位上升到170m 时，稳定系数开始增大。

一般认为库水位上升和下降都会导致滑坡稳定性降低，实际上会因滑坡的具体特征而异。

就此滑坡而言，滑坡下部滑动面缓，为抗滑段；而中上部滑动面陡，为下滑段。

当抗滑段被水浸没时，滑体有效重量减小，抗滑力和下滑力都会减小，但抗滑力相对下滑力减小得多，因此稳定系数减小；当库水浸没到下滑段时，但下滑力相对抗滑力减小得多，稳定系数增大。