三峡滑坡渗流实例

滑坡平面形态
滑坡平面形态呈圈椅，剖面形态呈微凹形，后缘陡直，中部及 前缘稍缓，见图 3-1。滑坡体前缘高程95m，后缘高程320m，高差 225m，主滑方向165°，见；滑坡长约1000m，中部宽约840m，土 层平均厚度30.5m，滑坡面积94.5×104 m2，滑坡总体规模 2882.2×104m3，属二级大型土质滑坡。
计算剖面都出现了剪应变集中带，但是剪应变量值不是 很大，随着库水位的变高，剪应变集中带的范围和量值都在增加。 其中，在Ⅰ−Ⅰ剖面，剪应变集中带主要分布在滑坡前缘下的滑 带内，在滑带陡缓过度变化的部位机制，表明了滑带的形态影响 剪应变的分布；
三维ＦＬＡＣ数值模拟分析
计算采用美国顾问有限公司开发的ＦＬＡＣ３Ｄ（２．１）软件。在 建立ＦＬＡＣ３Ｄ计算模型时，滑床、滑坡体、滑带的形态及厚度均按 照勘测的平面、剖面图确定。模型长（顺江方向）１０００ｍ，宽 （横江方向）８５０ｍ，模型底部取至高程０ｍ，模型剖分后共有 １０７７７３个单元，１１５１２８个节点，坐标系选取如下：Ｘ轴垂直指向 坡外，Ｙ轴指向长江下游，Ｚ轴竖直向上。
Time (x 1e+006)
T e (x1e+006) im
非稳态渗流场（156→175m水位）
稳态渗流场（175m水位）
非稳态渗流场（175→145m水位）
稳态渗流场（145m水位）
非稳态渗流场 （175→145m水位+降雨）
云阳西城滑坡饱和-非饱和流场 （145m水位+降雨）
云阳西城滑坡饱和-非饱和流场 （162-145m水位）
• 图 ７－３和图 ７－４分别是滑坡体内最大主应力和最小主应力等值线图。 • 由图 ７－３可以看出，滑坡堆积体内最大主应力的最大值为１．２ＭＰａ，应力值 具有从坡面逐渐向坡内增加的特点；应力分布受基覆面形态影响，尤其是 滑面形态陡缓过度变化的部位出现了一定程度的应力集中，应力集中最大 的部位在滑坡前缘平台下部的滑带内。 • 图 ７－４最小主应力分布与最大主应力相似，滑带内最小主应力的最大值为 ０．５ＭＰａ，应力值具有从坡面逐渐向坡内增加的特点；滑面形态陡缓变化的 部位出现了一定程度的应力集中，应力集中最大的部位在滑坡前缘平台下 部的滑带内；无拉应力集中。
从图 ７－５和图 ７－６总位移等值线可以看出，在天然状态下， 滑坡形成后的残余变形（即滑坡形成后尚待调整的变形，包括堆积 物的压缩和局部的位移调整）较小。位移主要集中在中后部，最大 值为６．４３ｃｍ。从剖面上来看，总体上表现为位移总体较小。地表位 移较大，但是滑坡后缘受前缘坡体和滑面形态的控制，及基岩对变 形的限制，地表位移随深度而逐渐减小。
162
175
161
170
160
H
H
H
159 158 157
165
水位156m→162m 上升速度1m/天
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
160
水位156m→175m 上升速度1m/天
0 1 2 3
155
156
Time (x 1e+006)
162 160
Time (x 1e+006)
最大水平位移和负的最大剪应变随库水位升高而增大，说 明库水位对滑坡体的应力应变场一定影响。 总体水平位移不大，量级在厘米范围内，变形主要集中 在滑坡前缘，模拟计算水平位移达７６．４９ｍｍ。对比监测资料，监 测变形较小，总位移大部分在３０ｍｍ以下，监测孔布置在滑坡中后 部，在前缘附近没有布孔，所以计算结果值与监测值还是比较符 合，能够反映滑坡的变形特征，计算结果是可信的。
基于极限平衡法稳定性计算
I 仅考虑渗流力作用下的稳定性系数计算结果
在库水位升降（156m→162m→145m）时的稳定性系数变化
Ⅰ−Ⅰ剖面在降雨和库水位升降（156m→162m→145m）时的稳定性系数变化
暴雨
在库水位升降（156m→175m→145m）时的稳定性系数变化
Ⅰ−Ⅰ剖面在降雨和库水位升降（156m→175m→145m）时的稳定性系数变化
二维ｓｉｇｍａ应力应变分析
应力应变计算采用加拿大ＧＥＯ－ＳＬＯＰＥ公司开发的 ＧｅｏＳｔｕｄｉｏ系列软件中的ＳＩＧＭＡ／Ｗ模块，材料本构模型采用弹塑性 模型，对于缺少的计算参数类比取值。由于之前已经进行过渗流 计算，应力应变计算所需的孔隙水压力可以从ＳＥＥＰ／Ｗ模块中导入 便可。对于滑坡三个纵剖面分别在库水位１４５ｍ、１５６ｍ、１６２ｍ， １７５ｍ进行计算，作水平位移等值线图和剪应变等值线图于下。
库水位升降工况：根据三峡水库运行调度情况，水位下 降时极限降速为每天２ｍ。按此计算，当库水位从１７５ｍ降到１４５ｍ， 需要１５天，在此基础上再设置３０天的延长期以待达到稳定渗流状 态，渗流计算时间一共４５天；当库水位从１６２ｍ降到１４５ｍ，需要 ８．５天，再设置３０天的延长期以待达到稳定渗流状态，渗流计算 时间一共３８．５天。水位上升时，速度设置为１ｍ／ｄ，库水位从１５６ｍ 上升到１６２ｍ和从１５６ｍ上升到１７５ｍ分别需要６天、１９天。 暴雨工况：降雨条件通过降雨强度和持续时间来控制。 根据气象资料和有关文献［５９］，云阳地区的诱发大规模滑坡的暴 雨强度为１４０￣１５０ ／ｄ，累积降雨量２８０￣４２０ 。考虑降雨强度与 降雨时间关系，往往强度大时间短，强度小而时间较长，本次分 析选取降雨强度为１５０ ／ｄ，经单位换算后为１．５ｅ－００６ｍ／ｄ，降雨 时间３天
暴雨
在库水位上升工况下：从１５６ｍ分别上升到１６２ｍ和１７５ｍ工 况下，稳定性系数是增加的，待库水位稳定后，稳定性系数缓慢 增加，增加的速率减小。 在库水位下降工况下，滑坡稳定性系数不是一直减小的而 是先略微增加然后减小当库水位下降稳定后，滑坡稳定性系数再 增加，最后趋于恒定值。其中１６２ｍ降至１４５ｍ加降雨工况下，滑坡 处于不稳定状态，在１７５ｍ降至１４５ｍ工况和１７５ｍ降至１４５ｍ加降雨工 况下，滑坡处于欠稳定状态。 在降雨工况下：降雨的存在，使滑坡稳定性系数减 小，稳定性降低。在同样的库水位变化过程中，在同样的库水位 高程，在有降雨条件时滑坡的稳定性系数要比没有降雨条件滑坡 稳定性系数要小0.01~0.06。滑坡整体上处于稳定状态，但是可能 存在局部发生失稳滑动。
同时考虑非饱和土基质吸力时的稳定性系数计算 结果
暴雨
暴雨
考虑基质吸力后的滑坡稳定性系数变化很大，在降暴 雨时，稳定性系数急剧降低，由稳定状态趋于不稳定状态； 在雨后７天左右，稳定性系数开始缓慢回升，这是因为 滑坡体内的水逐渐疏干，基质吸力开始增长。然后在雨后１４天左 右，稳定性系数变化趋势同仅库水位工况下的一致，这是因为基 质吸力以及达到了极值不再增长，稳定性系数仅与库水位相关。 在仅考虑渗流力作用和岩土体重度时，降雨对滑坡稳 定性影响较小，库水位变化对滑坡稳定性影响大；在同时考虑非 饱和土基质吸力时，降雨对滑坡稳定性影响较大，库水位变化对 滑坡稳定性影响也显著；总的来说，降雨和库水位变化对滑坡稳 定性均有显著影响，并且降雨对滑坡稳定性的影响大于库水位变 化对滑坡稳定性影响。
库岸边坡非饱和渗流与稳定性分析
—以云阳西城滑坡为例 主要内容
（１）以渗流力学、非饱和土力学、土 水特性曲线和渗透系数函数 等基本理论为基础，采用有限元软件对三峡库水位升降时云阳西 城滑坡非饱和渗流的变化情况进行分析和研究。
（２）在前述渗流分析的基础之上，对滑坡体进行二维应力应变分析。 （３）根据渗流分析获得孔隙水压力结果和采用极限平衡的方法，对 库水位升降整个过程不同时间或不同库水位高程分别进行稳定性 系数计算，然后把计算值作表绘图，分析稳定性系数是否有某种 变化趋势或规律。
滑坡稳定性分析 对于滑坡体的稳定性状况，由系统不平衡力演化曲线图 ７－７可以 看出，随着迭代的不断进行，系统的不平衡力逐渐降低，最终达 到平衡状态。因此，滑坡体最终将趋于一种平衡状态，并保持稳 定，所以坡体在天然工况下整体失稳的可能性不大。
大量理论分析结果表明，岩土体失稳（特别是滑动失稳） 一般是沿着剪应变最大的部位发生，大量的实例分析结果也证明 了这一点。我们可以利用ＦＬＡＣ３Ｄ的计算结果，通过剪应变增量 （ｓｈｅａｒ ｓｔｒａｉｎ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ）来找出坡体内的最薄弱部位，也就 是最容易沿此面失稳的部位。 由图 ７－８可以看出，剪应变增量主要集中在滑坡的后缘部 分，整个滑坡区有零星分布，量值较小。从剖面上剪应变增量等 值线图（图 ７－９）来看，滑坡中后部的滑带部位存在着一个相对 贯通的剪应变增量集中带，但滑坡前缘剪应变很低，无剪应变增 量集中带。结合前述的变形分析，滑坡体在整体上的位移量级较 小，而且仅是局部存在，所以在天然状态下，滑坡整体失稳的可 能性不大，最危险范围为坡度较陡的滑坡中后部。
典型剖面图
变形破坏机制分析
云阳西城滑坡体土体结构松散，与下伏基岩接触面构成重要 软弱界面；岩层倾向与滑体坡向大致相同；后缘斜坡坡度较大， 土体较厚；滑坡体土体在自重应力长期作用下发生缓慢而持续的 变形，在大气降雨特别是暴雨的诱发作用下，导致斜坡土体后缘 突发性拉裂，形成滑坡。 地层为易滑地层，表层风化、节理裂隙发育。倾角较 陡，上覆第四系堆积物结构较松散，受暴雨冲蚀、入渗、增大坡 体下滑力产生滑动及崩塌变形。 推测为蠕滑～拉裂型土质滑坡。
Block Group
bedrock slipsurface slipbody
Z
A
Y X
Block Group
bedrock slipsurface slipbody
A
天然状态下应力应变及稳定性分析
• 在天然情况下泄滩滑坡进行模拟计算的目的，不仅是为了 计算天然情况下的初始应力场及滑坡稳定性，更重要的是 为了检验所建立的计算模型、参数取值是否合理，以便正 确的评价蓄水条件下的应力应变和滑坡稳定性。
水 库 运 行 情 况
渗流分析模型
在渗流分析时，先从勘察时的库水位156m分别上升到162m和 175m，然后再从162m和175m分别下降到145m，在库水位下降过程中 设置3天的降雨分析。渗流分析采用Geo-Studio的seepage模块进行 有限元计算。
渗流计算参数
由于滑坡体浸润线以上处于非饱和、浸润线以下处于饱和状态，随着库水 位的涨落，滑坡体中的地下水位也随之发生变化，就在滑坡体中形成了土体的非 饱和区和饱和区。 非饱和渗透系数函数本应根据试验测得，然而目前对非饱和土性状通过 试验方法的研究比较欠缺，由饱和渗透系数和土水特征曲线推导出的渗透性函数 已可以达到足够的精度。本文根据含水量和饱和渗透系数采用软件自身包含的 Ｖａｎ－Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ方法［６０］推导得出渗透系数函数
175
170
158
165
156 154 152
H
160
155
150
Βιβλιοθήκη Baidu
150
水位175m→145m 上升速度1m/天
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
148 146
水位162m→145m 上升速度1m/天
145 0.0
144 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
云阳西城滑坡饱和-非饱和流场（145m水位）
云阳西城滑坡饱和-非饱和流场 （162→145m水位+降雨）
云阳西城滑坡饱和-非饱和流场（145m水位+降雨）
当库水位从低水位１５６ｍ分别上升到高水位１６２ｍ和１７５ｍ 时，水体由滑坡体外向内入渗补给，滑坡体内的饱和流场是向内 凹的，直至库水位稳定后变得比较平缓； 当库水位从分别高水位１６２ｍ和１７５ｍ下降到低水位１４５ｍ 时，水体由滑坡体内向外渗流排泄，在库水位下降的过程中滑坡 体内的饱和流场是略向外凸的，但是滑坡体渗透性较好，外凸得 不是很明显，坡内地下水位有明显的滞后现象，即在库水位下降 过程中坡体近地表地下水位高于坡外库水位，最终库水位稳定后 变得也较平缓。 对比无降雨仅库水位下降工况的计算结果可以看出， 降雨使滑坡体后部地下水位升高，加大了水力梯度，对滑坡前缘 的渗流场影响不大，前缘渗流场主要受库水位位置和升降速度影 响，同时在降雨作用范围的滑坡体内有局部滞水，分布较少。由 此可以说明降雨对滑坡体内的水位有显著影响。
1e-006
0.0001
1e-008
1e-006
1e-010
1e-008
Conductivity
1e-012
1e-010
1e-014
1e-012
1e-016
1e-014
1e-018 -100
1e-016
-80
-60
-40
-20
0
-100
-80
-60
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0
Pressure
Pressure
渗流工况