1、第11卷 第 9期 中 国 水 运 Vol.11 No.9 2011年 9 月 China Water Transport September 2011 收稿日期：2011-06-21 作者简介：何忠泽（1966-） ，中南勘察基础工程有限公司工程师，主要从事基坑降水与支护方面的研究工作。 地下水对水库滑坡的作用规律研究 何忠泽 1 ，纪常永 2（1 中南勘察基础工程有限公司，湖北 武汉 430000；2 中铁三局集团 第二工程有限公司，湖北 武汉 430074） 摘 要：水库滑坡对水位变化的响应特征复杂多变，主要是因为地下水对滑坡的影响十分复杂。地下水对水库滑坡 的作用可分为三种主要因素：浮
2、托力、渗透力和地下水对滑带土的物理化学作用导致其强度减低。用两个滑坡剖面 代表不同变形破坏模式的水库滑坡，通过 geo-slope 软件的 seep/w 模块模拟库水变化时滑体地下水浸润线，在此 基础上用条分法分别研究三种因素对不同滑坡的作用规律。研究表明：对于水库滑坡，浮托力有利于牵引式滑坡的 稳定而不利于推移式滑坡的稳定。 关键词：水库滑坡；地下水；作用规律 中图分类号：P642.22 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）09-0170-02 一、引言 水对滑坡的作用一直是滑坡研究中的重要课题。库水波 动引起滑坡地下水渗流场变化，这种作用使得地下水对水库 滑坡的影响因素
3、类型较多，各种因素在不同情况下的作用规 律也大不一样。目前，对水库滑坡的研究主要集中以下几方 面：库水波动时的滑坡地下水渗流场研究 1 ；库水变化时滑 坡稳定性变化特征 2 ；水库滑坡预测预报 3 ，对各种因素的作 用规律研究较少。 大多库区滑坡主要是前缘受到库水波动的影响，滑坡以 牵引方式变形破坏还是以推移方式变形破坏，其实质是滑坡 不同部位在变形破坏中的作用不同，这种不同必然导致地下 水对滑坡的作用规律有所差别。因此研究地下水对水库滑坡 作用规律需对牵引式破坏滑坡和推移式破坏滑坡分别分析。 本文将地下水对滑坡的影响分为三种主要因素，在滑坡 地下水浸润线研究的基础上，利用条分法分别研究三种因
4、素 对不同变形破坏模式滑坡稳定性的影响程度，以滑坡稳定系 数的改变与无库水影响时的稳定系数之比表示各种影响程度 的大小，进而分析地下水对不同变性破坏模式滑坡的作用规 律。 二、不考虑地下水作用时的滑坡稳定性 本文选择的大坪东滑坡剖面为凸形坡，雷家坪滑坡剖面 为凹形坡，若不考虑各自的滑坡岩土体结构特点，大坪东滑 坡剖面易于发生牵引式破坏，而雷家坪滑坡剖面则易于发生 推移式破坏，因此可分别代表两种变形破坏模式的滑坡。 忽略条块间的作用力，将条块土骨架作为研究对象，并 假定渗透力方向平行于浸润线，可得滑坡稳定性计算公式如 下： () ii i i cos tan +C L sin iD i S ii
5、D i WR F WaT = （1） 其中，W i 是第 i 个条块的有效重力； i 为第 i 条块的内 摩擦角； C i 为第 i 条块的内聚力； L i 为第 i 条块在滑面上的长 度； i 为第 i 条块的倾角；R Di 是第 i 条块渗透力垂直滑面方 向的分力，地下水浸润线外法线指向坡外时符号为负，指向 坡内时为正；T Di 为渗透力在滑面方向的分力，浸润线外法线 指向坡内时符号为负，指向坡外为正。 本文计算稳定性时采用参数如表 1 所示。 表1 稳定性计算参数 状态 重度（kN/m） 粘聚力（kPa） 内摩擦角（） 天然 21.7 23.9 22.4 饱和 22.6 21.0 18.
6、0 1大坪东滑坡剖面稳定性计算 大坪东滑坡位于长江北岸一级支流神龙溪左侧支沟右 岸，距河口 5.5km，行政区划隶属巴东县溪丘湾乡龙船河村 三组。滑坡后缘高程 275m，前缘高程 90m，纵长 300m， 宽 430m，平均厚度 9.8m，总面积 12.910 4 m 2 ，总体积 126.4210 4 m 3 。大坪东滑坡主剖面形态呈凸形。不考虑地 下水作用时计算结果为 1.02。 2雷家坪滑坡剖面稳定性计算 雷家坪滑坡位于长江左岸斜坡地带，距三峡大坝坝址 70.4km，行政区划隶属巴东县东瀼口镇雷家坪村二组。滑 坡后缘高程 250m，前缘临江，滑坡纵长 400m，宽 250m， 平均厚度
7、28m，总面积 1010 4 m 2 ，总体积 2810 4 m 3 。 滑坡剖面形态呈凹形。 不考虑地下水作用时计算结果为 1.38 三、库水变动下的滑体地下水浸润线 滑体地下水渗流场很大程度上决定了水库滑坡对库水波 动的响应特征，由于库水变动下的滑坡地下水运动特征是一 个饱和-非饱和的瞬态问题， 一般常采用数值模拟方法进行研 究， 本文采用 geoslope 中的 seep/w 模块对滑坡地下水浸润 线进行研究。 四、各因素对滑坡的作用规律 地下水对水库滑坡稳定性的作用可分为以下三种主要因 素：水对滑体的浮托力作用，滑坡内部水的渗流引起的渗透 力对滑坡稳定性的影响，水对滑带岩土体的物理化学
8、作用造 成其强度降低作用。在滑坡地下水浸润线计算的基础上，可 分别分析三种因素对滑坡稳定性的影响规律。为了研究三种 因素的作用规律，以不受库水影响下滑坡的稳定系数为参考 第9期 何忠泽等：地下水对水库滑坡的作用规律研究 171 基准，分别分析三种因素的影响程度：分析一种因素的作用 规律时，将不考虑其他两个因素的影响。对同一滑坡不同的 条块划分情况， 稳定系数的计算结果有一定差别 （10 -4 左右） ， 因此将各种情况下的参考基准都定为相应的条块划分情况下 不考虑地下水作用时的计算稳定系数。 1三种因素对牵引式滑坡稳定性的影响 各种情况下三种因素的影响程度如表 2、3 所示。表内 数据是各种情
9、况下稳定系数与无库水影响时的稳定系数之差 除以无库水影响下稳定系数所得到的百分数，其中正值表示 稳定系数变大，负值表示稳定系数变小。 表2 库水下降时三种因素对滑坡的影响 库水位 浮托力 强度减低 渗透力 总影响 175 7.26 -5.57 0 2.79 169 7.07 -5.57 -0.56 1.91 163 6.94 -5.58 -0.64 1.67 157 6.83 -5.54 -0.71 1.51 151 6.77 -5.48 -0.71 1.51 145 6.65 -5.48 -1.75 0.64 表3 库水上升时三种因素对滑坡的影响 库水位 浮托力 度减低 渗透力 总影响 14
10、5 4.16 -3.88 0 1.14 151 4.46 -3.89 0.88 2.47 157 4.84 -3.92 0.60 2.57 163 5.25 -4.04 0.38 2.66 169 5.51 -4.26 0.42 2.74 175 5.65 -4.31 0.44 2.83 对于牵引式滑坡，从表中可看出： 牵引式变形破坏的滑坡，其前缘为促滑段，由于滑坡中 地下水作用，滑坡前缘有效应力减小，使得促使滑坡破坏的 重力作用权重变小，从而使滑坡稳定系数变大，且水位越高， 作用越明显。 地下水的物理化学作用使得浸润线以下的滑带土强度降 低，且水位越高，浸润的滑带范围越大，其稳定系数降低也
11、越明显。 2三种因素对推移式滑坡稳定性的影响 各种情况下三种因素的影响程度如表 5、6、7 所示。 表5 库水下降时三种因素对滑坡的影响 库水位 浮托力 强度减低 渗透力 总影响 175 -6.11 -13.53 0 -16.81 169 -6.11 -13.57 -0.86 -17.76 163 -6.12 -13.58 -1.92 -18.84 157 -6.13 -13.58 -2.11 -19.04 151 -6.11 -13.59 -2.13 -19.06 145 -6.16 -13.55 -2.24 -19.18 表6 库水上升时三种因素对强透水性滑坡的影响 库水位 浮托力 强度减
12、低 渗透力 总影响 145 -5.97 -9.60 0 -13.27 151 -6.15 -9.63 1.25 -12.57 157 -6.22 -9.63 1.00 -12.47 163 -6.31 -9.63 1.30 -12.09 169 -6.39 -9.66 1.56 -11.81 175 -6.49 -9.68 1.82 -11.57 对推移式滑坡，从表中可看出 推移式破坏的滑坡，其前缘为阻滑段，由于滑坡中地下 水的浮脱力作用，前缘滑体有效应力减小，使得阻碍滑坡破 坏的重力作用权重变小，从而滑坡稳定系数变小，且水位越 高，作用越明显。 渗透力作用规律与牵引式滑坡相似。 同样，地下水
13、的物理化学作用使得浸润线以下滑带强度 降低，不利于推移式滑坡稳定。由于推移式滑坡前缘倾角较 牵引式小，地下水对其滑带的浸润面积更大，故而强度减低 引起稳定系数减小的幅度要比牵引式更大。 强透水性时渗透力为零，而且浮托力和强度减低使滑坡 稳定系数的减小都是库水位越高，减小幅度越大，故而库水 位越高滑坡越不稳定。 五、结论 （1）地下水对水库滑坡的影响可分为三种：浮脱力、渗 透力、水对滑带土的物理化学作用使其强度减低。 （2） 不同变形破坏模式的滑坡， 由于受库水波动影响的 滑体部分在滑坡变形破坏中的作用性质不同。因此，地下水 对牵引式滑坡和推移式滑坡的作用应分别对待。 （3） 浮脱力有利于牵引式
14、滑坡的稳定， 不利于推移式滑 坡的稳定。 参考文献 1 刘红岩，秦四清 .库水位上升条件下边坡渗流场模拟J . 工程地质学报，2007，15， （06） ：796801 . 2 廖红建，盛谦，高石夯，许志平 .库水位下降对滑坡体稳 定性的影响J .岩石力学与工程学报，2005，24， （19） ： 34553458 . 3 许强，黄润秋，李秀珍 .滑坡时间预测预报研究进展J . 地球科学进展，2004，19， （03） ：478483 . （上接第 169 页） 的频率明显依次减少（分别为 79%、 57%、18%） 。从 10 个质量检查孔的压水试验看，透水率小 于 5Lu 的有 76 段，大于 5Lu 的只有 4 段且分布在 4 个灌 浆孔中，灌浆效果明显，达到了设计标准。 五、结语 副坝坝基基岩通过帷幕灌浆基本截断了渗漏通道，原坝 后渗漏现象明显减小，库水位达到 125m 时，坝后无渗漏现 象，平均渗漏量由灌浆前的 0.4m 3 /s 减少到 0.02m 3 /s，每 年减少渗漏水量超过 110 7 m 3 。水库在接近 128m 水位运 行后，坝后农田再无沼泽化现象发生。说明灌浆帷幕与基岩 和坝体形成一个完整的有效防渗体系，达到了防渗的预期效 果。 。
