基于geo-slope對梨園電站庫區(qū)草可都滑坡體穩(wěn)定性研究

主要研究地質工程。

蔡旭宇1，2

(1.成都理工大學地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗； 2.環(huán)境與土木工程學院，成都 610059)

摘要：梨園電站蓄水之前，庫區(qū)范圍內(nèi)的草可都滑坡體后緣已經(jīng)開始出現(xiàn)裂縫?；虑熬壍匦屋^陡，坡角在70°左右，坡體局部已經(jīng)發(fā)生了變形和垮塌。為研究梨園電站蓄水后在庫水位變動條件下草可都滑坡體的穩(wěn)定性，運用geo-seep/slope有限元軟件模擬了滑坡內(nèi)部的滲流情況，得出在不同庫水位情況下該滑坡體的穩(wěn)定性系數(shù)。結果顯示，在庫水位上升過程中，其穩(wěn)定性有上升的趨勢，在下降過程中有下降的趨勢，最容易出現(xiàn)破壞的區(qū)域位于滑坡體前緣。

關鍵詞：金沙江；滑坡體；庫水位變化；geo-seep/slope模擬

0引言

我國是滑坡地質災害發(fā)生較為頻繁的國家，尤其是我國西南地區(qū)，新構造隆升形成的陡峭地貌形態(tài)為滑坡發(fā)育提供了客觀條件。金沙江下游位于青藏高原、云貴高原，流經(jīng)四川盆地過渡的橫斷山脈，流域內(nèi)的新構造活動強烈，河谷深切，河岸的地形起伏很大[1]，是高頻、大型斜坡地質災害發(fā)生的主要場所。到目前為止，我國先后在金沙江下游上建設了烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩水等大型水電站，一些中小型水電站也在大量建設和使用中。電站的蓄水與排水，必然引起滑坡體地下水滲流狀態(tài)發(fā)生改變，有可能對庫區(qū)內(nèi)的滑坡體(含潛在滑坡體)的穩(wěn)定產(chǎn)生不良影響。因此，研究庫水位周期性波動下滑坡體的穩(wěn)定性具有實際的意義[2]。本文以草可都滑坡體為例，用geo-seep/slope軟件對滑坡區(qū)進行模擬，了解不同庫水位條件下滑坡體的穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢。

1滑坡概況

草可都滑坡體位于云南省麗江市玉龍縣寶山鄉(xiāng)金沙江右岸壩址上游約28 km處，居民點主要分布在高程1 700～1 740 m的滑坡體緩坡臺地之上。該滑坡體為堆積體活動滑坡，分布高程1 550～1 800 m，順江方向長度約360 m，橫河方向寬約558 m，滑坡堆積體體積大于5.77×106m3；滑坡體整體呈一臺地地形，前緣地形坡度約50°～70°，中后部約10°～30°；滑坡后緣地貌呈圈椅狀，滑坡體兩側發(fā)育小沖溝，局部有下降泉出露；前緣發(fā)育寬約0.6 m，深1.5 m的鼓脹裂縫，后緣滑動位移約2 m?；麦w物質主要由冰磧層、殘坡積層、崩積層的混合碎石質粉土、黏土及碎塊石土組成，厚15～50 m。前緣上游側局部基巖出露，下伏基巖為二迭系東壩組(P2d)玄武巖，呈弱風化狀，流層面產(chǎn)狀為N30°～45°W，NE∠35°～45°。圖1為該滑坡的全貌。

圖1　草可都滑坡全貌圖

2滑坡成因機制分析

草可都滑坡滑體屬以物質混合型堆積體為主的滑體，其主要堆積體物質為冰磧物，滲透性很大，膠結性較好，厚度約10～50 m左右。前緣受到金沙江急流的侵蝕，形成坡度為70°左右的地形。鉆孔資料證實，其下部基巖風化帶完整?；掠捎谧陨淼摹澳_重頭輕”和自身較好的膠結為整體產(chǎn)生臨空方向的下滑提供了條件，使得滑動后后緣出現(xiàn)拉裂。在遇強降雨時，滲透性較大的滑體為地下水的滲流提供有利的場所，滲流過程中產(chǎn)生的動水壓力進一步使得滑帶力學性質惡化，進而使滑坡后緣變形拉裂縫不斷增加，直至滑坡大距離整體滑動。滑坡前緣則由于長期受到江水的沖刷側蝕而發(fā)生垮塌變形。

3穩(wěn)定性分析

3.1定性分析

在枯水期，監(jiān)測資料顯示滑坡后緣已有2 m左右的位移，此時滑坡的整體穩(wěn)定性就較差?；虑熬壱灿行K垮塌，說明該滑體在未受地表水和地下水的影響下就處于緩滑或處于臨界的極限平衡狀態(tài)，在其穩(wěn)定性邊界條件改變時，有可能發(fā)生失穩(wěn)。

3.2計算的限定條件、參數(shù)、工況

用geo-seep/slope計算該邊坡穩(wěn)定性。采用摩爾—庫倫法計算邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)。地下水位線依勘查資料確定。

據(jù)勘查資料，選適當剖面做簡化處理后作為模型計算剖面。根據(jù)梨園電站水庫水位調度情況，分別選取高程1 605 m、1 618 m、1 623 m 3個水位為代表水位，計算不同庫水位條件下滑坡體的穩(wěn)定性系數(shù)。巖土體參數(shù)受多種因素制約，模型在選取參數(shù)時，除依據(jù)室內(nèi)實驗值外，還根據(jù)滑坡所處地質環(huán)境，通過工程地質類比、反演等方法確定滑坡巖土體參數(shù)值。各相關參數(shù)取值見表1。

表1　模型選用的巖土參數(shù)

3.3模型計算

根據(jù)現(xiàn)場勘查結果將模型建為6塊(如圖2)，分別為滑體、滑床基巖的全風化帶、強風化帶、弱風化帶、微新風化帶以及靠江處的沖積層。對應相關的參數(shù)進行取值和賦值，庫水按照1 605 m-1 618 m-1 623 m-1 618 m-1 605 m-1 618 m以1 m/d的速度運行。另外，考慮降大暴雨的工況，其中庫水位分別在不同的時段停留相應的天數(shù)。模擬得出其不同庫水位條件下的穩(wěn)定性系數(shù)圖?；履Ｐ腿鐖D2所示。

圖2　滑坡模型

根據(jù)庫水位的變動得出滑坡的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性隨庫水位變化的圖，如圖3～4。

圖3　滑坡的整體穩(wěn)定性系數(shù)隨庫水位變化圖

圖4　滑坡的局部穩(wěn)定性隨庫水位變化圖

模擬得出在降雨工況和未降雨工況下的最小穩(wěn)定性系數(shù)，見表2，如圖5～6。

表2　最小穩(wěn)定性系數(shù)

圖5　滑坡整體最不利工況

圖6　滑坡局部最不利工況

3.4計算結果分析

庫水位對斜坡穩(wěn)定性的影響較大。隨著庫水位的變化，草可都堆積體穩(wěn)定性變化趨勢大致表現(xiàn)為：庫水位下降期，斜坡穩(wěn)定性降低，該階段主要是由于庫水位下降時滑坡體內(nèi)與庫水位之間產(chǎn)生的水頭差而引起的動水壓力對滑坡的穩(wěn)定不利；庫水位穩(wěn)態(tài)期1 605 m與1 618 m時，斜坡穩(wěn)定性基本保持不變或有所下降；水位上升期，斜坡穩(wěn)定性增加，該階段主要是由于庫水位上升時，對斜坡產(chǎn)生一個反向于下滑方向的揚壓力。在整個庫水位升降過程中，草可都堆積體整體處于基本穩(wěn)定性狀態(tài)，局部最危險滑動面均位于斜坡前緣臨江位置，處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài)。庫水位不斷地循環(huán)，在庫水位下降時產(chǎn)生較大的滲流力，此時的穩(wěn)定性系數(shù)最低，出現(xiàn)在庫水位下降過程中的1 605 m。

降雨工況下，對斜坡穩(wěn)定性有一定影響。模擬結果表明，降雨對滑坡的整體穩(wěn)定性影響較小，對局部穩(wěn)定性影響較大。在降雨3天工況下滑坡的整體穩(wěn)性系數(shù)下降，最大的由1.155降至1.140，而局部穩(wěn)定性系數(shù)在3 d的降雨工況下下降最大的是由1.100降至1.065。

4結論

geo-seep/slope有限元軟件模擬了草可都滑坡內(nèi)部的滲流情況可以得出如下結論：

1)庫水位的變動改變著滑坡體內(nèi)滲流場的變化，從而導致不同庫水位下的穩(wěn)定性系數(shù)不同。

2)在庫水位下降過程中，滑坡體內(nèi)產(chǎn)生的滲流力加大了滑坡臨空方向的下滑力，庫水位上升過程中產(chǎn)生反方向的揚壓力，增加了抗滑力。所以在庫水位循環(huán)中庫水位下降至1 605 m時整體穩(wěn)定性最低，上升至1 623 m時整體穩(wěn)定性最高。

3)由于滑坡的膠結性較好，降雨對滑坡的整體穩(wěn)定性影響較小，對局部的穩(wěn)定性影響較大，局部前緣由于長期受到庫水位變動的影響，極易產(chǎn)生垮塌。

參考文獻

[1] 王治華.金沙江下游的滑坡和泥石流[J].地理學報，1999(2)：142-149.

[2] 羅紅明，唐輝明，章廣成，等.庫水位漲落對庫岸滑坡穩(wěn)定性的影響[J].中國地質大學學報，2008，33(5)：687-692.

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2015.02.026

收稿日期：2015-04-14

作者簡介：蔡旭宇(1992-)，男(苗族)，貴州思南，碩士

中圖分類號：P642.2

文獻標志碼：A

文章編號：1009-8984(2015)02-0099-03

The research on stability of Caokedu landside body in Liyuan reservoir based on geo-slope

CAI Xu-yu

(StateKeyLaboratoryofGeologicalHazardPreventionandGeoenvironmentProtection，

ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China)

Abstract：The trailing edge of Caokedu landside had been cracked before reservoir filling in Liyuan reservoir，and steep terrain had been appeared in leading edge by the steep topography about 70°，with some deformation and collapse in some parts.The geo-seep/slope finite element software has been used to simulate the seep in landslide，which gets the stability coefficients in different reservoir water level heights.The results show that the stability increases during the reservoir water level height increasing，while the stability decreases during the height decreasing.The damaged part most happened in the leading edge.

Key words：Jinsha river；landslide body；reservoir water level change；geo-seep/slope simulation