库水位原文升降条件下滑坡-谭建民

库水位升降条件下滑坡的稳定性极小状态

——以三峡库区为例

谭建民伏永朋常宏

摘要：

关键词：

Lowest Stability State of Landslides Under Rising and Descending of Reservoir Water Level: A Case Study on Three Gorges Area

TAN Jian-Ming, FU Yong-Peng, CHANG Hong

库岸滑坡在库水位波动情况下的稳定性，一直是滑坡研究的热点问题之一。已有的研究表明，库岸滑坡稳定性变化的关键要素是地下水[1]。地下水随库水位的动态过程导致了滑坡体水压力的重新分布，破坏原有滑动力和抗滑力之间的对比状态，从而使滑坡的稳定性系数增加或减小。根据现有统计，三峡库区在蓄水范围内的滑坡有1190余个[2]，它们在三峡库区蓄水运行期间的稳定性评价成为三峡库区地质灾害防治的关注点。基于库岸滑坡地下水动态的分析和计算，研究者发现在库水位下降时滑坡的稳定性并非单调下降，而是可能在过程中出现一个稳定性系数极小的状态[3~4]。然而，对这个极小稳定性状态的形成及特征还缺少论述。目前，库水位下降诱发滑坡是三峡库区滑坡研究的重点问题，而库水位上升期间滑坡稳定性的变化趋势相对不受重视。实际资料表明，滑坡破坏或变形加速也会在库水位上升期间出现[5]，引人注目的秭归千将坪滑坡就是三峡水库蓄水至135 m高程1个月后发生的[6]。这说明滑坡稳定性并不仅仅在库水位下降时才发生。那么，在库水位上升和下降都可能导致滑坡稳定性下降的情况下，滑坡稳定性的极小状态在那个阶段出现，也是一个值得探讨的问题。

1 三峡库区滑坡的典型特征

三峡库区的大型滑坡主要发育在深切河谷的两岸。根据前人调查，三峡库区从宜昌三斗坪到重庆附近的长江干流两岸，体积大于100 万m3的崩塌滑坡堆积体有134处[7]，其中有比较著名的新滩滑坡、黄腊石滑坡、黄土坡滑坡、鸡扒子滑坡、白衣庵滑坡等。

三峡库区滑坡物质以碎屑岩块和第四系松散堆积物为主，这种类型的滑坡约占总数的87%，其中一半以上的滑坡体厚度大于10 m[8]。滑坡体的基岩主要为侏罗系砂泥岩和三叠系巴东组泥岩、泥灰岩、粉砂岩互层岩体，局部为碳酸盐岩，发育软弱结构面形成滑动面。大型滑坡前缘高程集中分布在60~90m，115~140m，170~200m三个高程段上，与阶地的分布相对应[8]。其中，前两个高程段的滑坡将强烈受到水库蓄水的影响。

滑坡堆积体一般渗透性较好，构成潜水含水层。滑动带渗透性很差，构成滑体含水层的相对隔水底板。滑床基岩一般渗透性较小，但也可能发育成下部含水层，其地下水位与滑体含水层的地下水位不一致，有相对独立性。当滑坡体结构复杂时，还有可能形成强-弱透水相间的多层结构滑坡含水层系统。长江及其支流通常是三峡库区滑坡含水层系统的排泄边界，而滑坡体后缘的基岩可以构成隔水边界或裂隙水补给边界。当滑坡呈串珠状态分布时，位置高的滑坡可能对位置低的滑坡起到地下水补给作用。

地下水接受大气降水和地表泉、沟流水的补给。库区降雨多集中在5~9月份，多年平均降雨量为1439 mm，日最大降雨量可接近200 mm。这种气候特征决定了库区滑坡地下水的天然动态，即夏季水位高而冬春季水位低，枯水季节滑体中甚至见不到地下水位。滑坡地下水的这种动态与地表水位的季节性动态具有一致性。滑体天然地下水位坡度基本上小于地形坡度，随着滑动面倾角的增加，地下水坡度有增大的趋势。三峡水库蓄水之后，库区涉水滑坡的排泄边界条件将发生变化。排泄区水位抬高且比天然状态稳定，这些滑坡将长期保持一定的地下水水位，多年动态相对更加平稳。由于滑坡前缘被库水淹没，改变了滑坡体的受力状态，可诱发古滑坡复活。

图1给出了三峡库区若干滑坡的形态特征，可以初步判断库水位升降对滑体的影响范围多在滑坡高程段中部以下，主要集中在高程段下1/3的下部。

(a) (b

)

(c) (d)

图1 三峡库区若干滑坡形态及蓄水影响范围略图

(a) 秭归-龙王庙滑坡[9]; (b) 黄腊石-石榴树包滑坡[10]; (c) 新滩滑坡[11]; (d) 赵树岭滑坡[12]

2 滑坡地下水与稳定性动态模型

分析库水位升降条件下的地下水动态，必需建立滑坡体含水层的地下水计算模型。而稳定性的动态变化需要把地下水动态分析的结果输入稳定性系数的计算程序。因此，本课题的研究需要借助于2个模型：滑坡地下水运动模型和稳定性评价的极限平衡模型。文献[10]基于条分法建立了滑坡地下水的数值计算模型，同时利用条分法计算滑坡稳定性系数，对地下水和稳定性的联合动态进行了分析。本文采用这个方法对库水位升降条件下滑坡稳定性极小状态的形成过程和影响因素进行研究。

2.1 模型设计

本文以图1中的秭归-龙王庙滑坡为例，来建立三峡库水位升降条件下的滑坡动态模型，但目的并不是严格评价真实滑坡的稳定性。龙王庙滑坡的基本条件在文献[9]中已经有说明，本文做一些补充。该滑坡的滑体为碎屑岩块堆积体，构成潜水含水层，根据钻孔注水试验，渗透系数为0.5~3.7 m/d，滑带土的渗透系数为0.001~0.006 m/d，可作为相对隔水层。用于模型计算的有关工程地质和水文地质参数见表1。稳定性系数采用Sarma法计算，但是水压力考虑为渗透力和浮力，条块受力平衡用有效应力法进行分析，因此滑体和滑动面的强度参数为对应有效应力指标的粘聚力和内摩擦角。有关计算方法见文献[1][2]。

库水位升降考虑两个时期，即蓄水期和运行期。三峡水库的实际蓄水和运行过程比较复杂，本文的模型研究中对此进行简化。假定蓄水期滑坡前缘水位从115 m抬升到145 m，抬升速率为1.0 m/d，即持续30 d，然后保持较长时期的稳定。运行期库水位在枯水季节来临之前从145 m抬升到175 m，稳定150 d，雨季来临之前又从175 m下降到145 m，库水位升降时变化速率为2.0 m/d。因此，库水位的主动升降变化主要发生在非雨季，此期间平均降雨强度约为2.4 mm/d，考虑入渗系数为0.5，则