水库消落期提升库水位下降速率条件下三峡库区滑坡的稳定性评价——以沟边上滑坡为例

水库消落期提升库水位下降速率条件下三峡库区滑坡的稳定性评价——以沟边上滑坡为例

张宜1潘勇2

1、建材成都地质工程勘察院有限公司成都6100522、重庆市三峡库地质灾害监测中心重庆400015

摘要：三峡库区通过近十年以来对非汛期库水位下降速率（0.6米/日）的严格控制，使得库区千余处涉水滑坡很少产生大规模下滑入江，但控制消落期库水位下降速率在某种程度上却限制了防洪和蓄水发电效益的发挥，文章主要通过研究在非汛期增加库水位下降速率的可行性，使用Geo-studio中的Seep/W、SLOPE两个模块对滑坡进行渗流分析和稳定性分析评价，进一步明确三峡水库消落期库水位下降控制速率，有重大现实意义和科学价值。

关键词：下降速率；消落期；渗流分析；稳定性评价；

1研究区概况

三峡库区通过近七年以来对非汛期库水位下降速率（0.6米/日）的严格控制，使得库区千余处涉水滑坡很少产生大规模下滑入江，但控制消落期库水位下降速率在某种程度上却限制了防洪和蓄水发电效益的发挥。通过多年小变形进行的应力调整，各涉水滑坡在不同程度上增加了对加大库水位下降速率的承受能力，因此，开展三峡水库水位日降幅对库区地质灾害防治工程影响的调查评价研究，分析论证在非汛期增加库水位下降速率的可行性，从而进一步明确或调整三峡水库消落期库水位下降控制速率，具有重大现实意义和科学价值。

三峡库区属亚热带季风湿润气候区，多年平均降雨量1059.4mm，年最大降雨量1351.6mm，降雨多集中在4～9月，占年平均降雨量的55%。

第一作者简介：张宜，男，汉族，1962年生，工程师，钻探工程专业，建材成都地质工程勘察院有限公司，长期从事探矿工程、地质灾害防治项目的实施和技术管理工作，四川省成都市成华区航天路36号，ZhangYi772k8@136.com。

第二作者简介：潘勇，男，汉族，1964年生，地质工程专业，重庆市三峡库区地质灾害监测中心，长期从事地质灾害监测预警技术的应用、地质灾害防治项目的实施和技术管理工作，重庆市渝中区人和街74号，Panyong201404@163.com。

研究工作区段接近三峡峡谷区的河谷－岸坡地带（图2），由于朱衣河、梅溪河与长江共同作用的结果，本区地貌呈现为：河谷相对开阔，河曲、阶地与漫滩均十分发育，岸坡具明显层状地貌特征。区内最高海拔高程1867.2m，最低为长江，高程为135m左右（过去118.70m），相对高差1748.5m。

奉节县境内及其邻区出露基岩均为沉积岩层，地层从志留系至侏罗系及第四系均有分布。齐岳山以东以古生界及中下三叠系为主，局部有上三叠统及侏罗系分布；东北边缘出露有小片二叠系，其余均为侏罗系红层覆盖。

奉节县构造区域属川鄂湘黔隆褶带之北西缘和四川沉降褶皱带之川东褶皱带的一部分（图3），本区构造形式以褶皱变形为主，断裂较少。

2滑坡特征及稳定性地质分析

2.1滑坡产出地斜坡特征

滑坡位于奉节县滑坡位于安坪镇新铺村，斜坡坡向350°，坡高138m，坡长360m，坡体呈箕型，剖面呈折线状。坡度约23°。为一顺向坡。上覆滑坡堆积物，包括碎块石及部分含碎石粉质粘土。下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组（J2s）泥岩，薄至中厚层状，滑坡区内未见基岩出露，通过对附近采石场揭露基岩露头调查，岩层产状330º∠28º，沿基覆界面滑动。滑坡产出斜坡位于故陵向斜次级褶皱：方斗山—黄连峡背斜北西翼，区内断层不发育。

图6滑坡左边界基岩出露图7滑坡前缘全貌

2.2滑坡形态及规模

斜坡坡向350°，坡高138m，坡长360m，坡体呈箕型，剖面呈直线状。坡度约23°。为一顺向坡。上覆滑坡堆积物，包括碎块石及部分含碎石粉质粘土。面积2万m2，滑体厚度约为20m，体积约为41万m3，属中型土质滑坡。其工程地质图如下图8，A-A`纵剖面图见图9。

3滑坡的渗流分析

在增大库水位下降速率的情况下，该滑坡的渗流分析场选用GEO-Studio商业软件的SEEP/W模块，进行分析。

3.1模型及参数选择

根据滑坡基本特征和变形破坏模式选取具有代表性的A-A’纵断面作为计算断面，建立滑坡纵向二维剖面图，如图10。平面二维模型包含两种材料，粘性土夹碎块石堆积体和下部基岩，分别为图中浅黄色部分和浅绿色部分。渗流分析计算是采用有限元方法，并对模型进行网格化。

图10二维渗流场模型建立图

在滑（边）坡稳定性计算和工程设计中，滑体及滑带土的粘聚力（C）和内摩擦角（Φ）的取值较为关键。若前期无详细勘查的滑坡，由于缺少钻探以及岩土采样室内试验，因此具体参数依据工程地质类比法以及参数反演法确定。若有详细勘查的滑坡，前人的岩土试验成果和取值方法作为参数取值的重要参考。

（1）岩土物理力学参数取值

根据已收集到的勘察报告岩土力学参数值，综合统计平均值确定岩土体物理力学参数（表4-1）。

表1沟边上滑坡土体物理力学参数表

（3）渗流参数取值

滑带土体的渗透系数k参考由现场渗透试验（标准双环入渗和试坑法入渗，见表2）测得，并参考三峡库区已有的滑坡土体渗透参数研究的成果（见表3）进行综合取值。渗流分析渗流分析除了饱和渗透系数，还涉及土水特征曲线与非饱和渗透系数，还涉及土水特征曲线与非饱和渗透系数，本文中采用Geo-StudioSEEP/W模块提供的经验曲线和饱和状态参数来确定。

表2现场渗透试验成果统计

3.2滑坡地下水渗流分析

涉水滑坡的荷载组合主要涉及水库运行工况和暴雨工况的组合，此次选取了四种工况进行研究。

工况一：自重+地表荷载+库水位从175m降至145m（库水位159m至145m下降速度0.6m/d）。

工况二：自重+地表荷载+库水位从175m降至145m（库水位159m至145m下降速度0.6m/d）+降雨60mm/d（持续三天）。

工况三：自重+地表荷载+库水位从175m降至145m（库水位159m至145m下降速度1.0m/d）。

工况四：自重+地表荷载+库水位从175m降至145m（库水位159m至145m下降速度1.0m/d）+降雨60mm/d（持续三天）。

A−A’剖面在库水位下降和降雨条件下，全年全过程渗流分析结果见图。

计算分析结果表明该滑坡在库水位下降和降雨条件下的渗流场符合一般渗流规律，且具有如下特征：

①基岩透水率很低，滑坡体的渗透系数较大，所以渗流场的变化主要集中在滑坡体内。

②库水位的升降主要影响滑坡前缘。库水位从低水位上升到高水位时，水体由滑坡体外向内入渗，坡体地下水位上升有一定的滞后性，故滑坡体内的饱和流场是向内凹的，直至稳定后变得比较平缓；库水位从高水位下降到低水位时，水体由滑坡体内向外排泄，滑坡体内的饱和流场是向外凸的，但是滑坡体渗透性较好，外凸不是很明显，有一定的滞后现象，待稳定后变得也较平缓。

③降雨对滑坡体内地下水位有显著影响。在汛期库水位下降+降雨工况条件下，降雨使滑坡体后部地下水位升高，加大了水力梯度和渗流力。

3.3滑坡稳定性计算评价

计算中SLOPE/W软件实际上采用的是等效置换方法来计算边坡稳定分析，即坡外水位以下的土体采用浮容重，滑面上的孔隙压力采用超静孔压，不计坡外的静水压力。计算结果见下图。

根据规范，将滑坡稳定性划分为四级：稳定系数Fs＞1.10为稳定，1.10≥Fs＞1.05基本稳定，1.05≥Fs＞1.0为欠稳定，Fs＜1.0为不稳定。

从上述分析结果可以得出：

①库水升降对沟边上滑坡稳定性会产生一定的影响。库水位从175m水位线下降至159m水位过程中，滑坡稳定性整体表现为逐渐下降然后逐渐上升，从159m水位开始，库水位在不同工况的下降速度下变化，滑坡稳定性由前面的上升变为下降，在库水位保持145水位一段时间内，稳定性系数有所上升，最后趋于稳定值。

②降雨对滑坡稳定性的影响作用较大。从图中可以看出，在水位下降过程中，在出现降雨的情况下滑坡稳定性会降低。但是降低很明显，但是受地质地形条件的影响下，可能出现的情况是降雨越强、稳定性不一定会马上下降，滑坡稳定性系数下降较降雨时间有一定滞后。

③在159m后采用不同的库水降速，库水下降速度增大对滑坡稳定性影响有提高。

④从分析结果来看，水库按正常设计工况蓄水运行期间，沟边上滑坡整体均处于较稳定状态，调查可知前缘局部受库水影响较大部位会产生一定变形，会对滑坡中部产生进一步影响，存在一定危险性。预测当库水位下降速率超过1.2m/d，且出现p=120mm/d以上暴雨时，沟边上滑坡整体处于欠稳定状态。

4综合评价

结合地质分析、稳定性计算结果得出以下结论：

（1）该滑坡目前整体处于欠稳定状态；

（2）在库水位下降过程中，库水位下降速率越大，滑坡稳定性会出现降低；

（3）通过Geo-studio软件seep/W模块模拟了库水位降幅增加条件下的渗流场及变化过程，可见相对现今库水位变幅，降幅增加后，水力梯度有一定提升，幅度较小。并通过slope/W模块采用M-P法计算可知，降幅提高后对滑坡稳定性影响甚微，这与地面宏观调查结果相吻合。