Numerical Simulation of Hydrodynamic Landslide under the Action of Reservoir Water Level Decline
刘苗苗 LIU Miao-miao
（三峡大学土木与建筑学院，宜昌 443002）
（College of Civil Engineering & Architecture，China Three Gorges University，Yichang 443002，China）
摘要：本文利用Geo-Studio软件对库水位作用下BZM滑坡的渗流场及稳定性进行了模拟分析。分析结果表明：①BZM滑坡中前部地下水位受库水位变动的影响较大，库水位的波动会直接影响地下水位的波动，且地下水位有延迟效应。地下水位线随库水位下降时，其呈现直线递增的趋势，且增大的速率先快后慢。②库水位波动对BZM滑坡稳定系数有较大影响，具体为：库水位下降时，BZM滑坡稳定系数也会逐减小，表现出典型的动水压力型滑坡特征。库水位下降速率大时，稳定系数下降速率相对较大。
Abstract: This paper uses Geo-Studio software to simulate the seepage field and stability of BZM landslide under reservoir water level. The analysis results show that: ①the front groundwater level in the BZM landslide is greatly affected by the fluctuation of the reservoir water level. The fluctuation of the reservoir water level will directly affect the fluctuation of the groundwater level, and the groundwater level has a delay effect. When the groundwater level line decreases with the reservoir water level, it tends to increase linearly, and the rate of increase is faster and slower. ② Reservoir water level fluctuation has a great influence on the stability coefficient of BZM landslide. Specifically, when the reservoir water level decreases, the stability coefficient of BZM landslide will also decrease, showing the characteristics of typical hydrodynamic pressure landslide. When the reservoir water level decline rate is large, the rate of decline of the stability coefficient is relatively large.
关键词：库水位；BZM滑坡渗流场；动水压力型滑坡
Key words: reservoir water level；BZM landslide seepage field；hydrodynamic pressure landslide
中图分类号：P642.22 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）21-0161-02
0 引言
滑坡的变形是由于库水位变动导致的，库水位的周期性升降，会引起两岸边坡水土流失，使得滑坡体所受的静水压力及动水压力发生周期性的变化，从而产生规模较大的滑坡变形[1-4]。为此，在库水位变动作用下，学者们对动水压力作用进行了深入的研究。胡修文等[5]通过模拟地下水位以下滑坡岩体，并根据渗透理论，分析可知库水位下降时，滑坡稳定性会受到动水压力的影响；王锦国等[6]研究发现滑坡会形成较大的地下水压力是由于水库蓄水产生的，尤其当库水位下降幅度较大时，坡体内的动水压力将会受到极大影响，这会直接影响边坡稳定的稳定性。这说明动水压力作用对滑坡体的稳定是不可忽视的因素，因此研究库水位升降对动水压力型滑坡的影响具有重要意义。根据水库诱发机理将三峡库区复活型滑坡分为复合型、库水浮托型、动水压力型3种类型，其中大部分为动水压力型滑坡[7-9]。为了探明库水位的变化对动水压力型滑坡的影响，以BZM滑坡为例，采用Geo-Studio有限元计算软件，探究动水压力型滑坡的稳定性受库水位升降速率及不同滑体渗透系数变化时的规律，这将是该类滑坡的变形规律的一个重要补充，为今后研究内容奠定基础。
1 滑坡简介
1.1 工程概况
BZM滑坡位于香溪河对岸，距河口1km左右，距三峡坝址40km左右。BZM滑坡的滑坡发育特征较典型，平面形态呈半圆弧形，两侧边界起始同源冲沟，后缘明显呈圈椅状形态，后缘高程240m多，前缘直抵香溪河，前缘高程60m多。上部较窄，宽105m左右，下部较宽接近350m，纵长接近520m，总面积超过10万m2，平均滑体厚度20m，总体积约200万m3左右。
1.2 斜坡变形破坏的防治
①防治原则：以防为主，尽量做到防患于未然；及时处理，针对斜坡或人工边坡的布置和开挖方案。
②防治措施：排水，对滑体以外的地表水，可用拦截和旁引的方法；对于滑体中的地下水，可用水平排水或竖向排水井的办法将水排出。降低下滑力和增大抗滑力，降低下滑力主要通过冲刷方减重，此时应正确设计冲刷方断面，遵守“砍头压脚”的原则。提高抗滑力的措施很多，如直接修筑支挡物以支撑，抵挡不稳定岩土体。改变滑带土的性质，可用水泥或化学灌浆等措施。
2 数值模拟分析与结果
2.1 计算模型
图1为滑坡计算模型，这是根据BZM滑坡的地质剖面图建立的；表1为BZM滑坡计算参数，这是通过对滑坡试验数据的综合统计、分类汇总得到的。本文对动水压力型滑坡进行数值模拟，主要是应用岩土工程数值分析软件中的SEEP/W和SLOPE两大功能板块。其中，SEEP/W模板用于地下水渗流分析，它可以得到某时刻下的渗流场，包括孔隙水压力分布、地下水位线分布等，这是通过对地下水饱和非饱和工况进行瞬态渗流分析实现的；另一个SLOPE模块是采用极限平衡法原理，同时考虑孔隙水压力，来对边坡进行稳定性分析，包括Janbu法、瑞典条分法、Morgenstern-Price法等。
2.2 BZM监测的分析
地表径流条件、地表水体、地下水类型地下水露头（井、泉、渗流带）与库水、降雨的水力联系等斜坡位于香溪河右岸斜坡地段，地表冲沟发育。地表水多以片流的形式向冲沟内汇集，并沿地表冲沟向下游香溪河排泄，流量受季节影响变化大，调查时沟内无水。地下水可分为基岩裂隙水和松散岩类孔隙，主要受大气降雨补给。人类工程活动主要为复建公路的修建与居民住房兴建及水库蓄水，开挖破坏了滑坡堆积体原有稳定状态，目前在公路、民房附近多处出现了裂缝或下陷，严重影响了库岸土体的稳定性，极易促进库岸产生变形破坏，影响整个斜坡体的稳定，水库蓄水主要表现在水位下降期滑坡变形加剧。
根据监测可知滑坡发生了较大变形，尤其是库水位下降期由滑坡体内外的水头差形成指向于滑坡体外的动水压力，可能诱发滑坡的整体失稳。
2.3 BZM稳定性的分析
利用seep/w模块分析BZM滑坡的渗流变化情况，并考虑滑坡体自重以及前缘库水对滑坡的压力，计算得到渗流力结果，通过Geo-Studio软件的slope/w模块对BZM滑坡的主剖面Ⅱ-Ⅱ进行稳定性计算，分析计算中要求垂直划分滑体，且不能忽略条分体相互之间作用力。故本文的稳定系数计算拟采用Morgenstern-Price极限平衡法。这是由于：在所有的极限平衡法中，只有Morgenstern-Price充分考虑了条间力的相互作用，虽然计算过程较繁琐，但是计算结果较精确。分析计算中要求垂直条分滑体，条分体相互之间作用力。图2为以4种不同速率的库水位从175m下降到145m不同速率时的稳定性系数。图中“1”、“2”、“3”、“4”分别表示库水位下降速率为0.6m/d，0.8m/d，1.0m/d，1.2m/d。由图3可以得知，库水位下降时，BZM滑坡的稳定性系数也会随之降低，并且库水下降到145m时滑坡稳定性系数降到最低；滑坡的稳定性受不同下降速率的影响表现也有所差异，滑坡稳定性系数与库水位下降速率呈正相关。BZM滑坡稳定系数最大不超过1.1。速率越大，稳定系数越小。
3 结论
①动水压力型滑坡在库水位下降过程中，地下水位有单调递增的趋势，并且其增大的速率由快到慢，滑坡稳定性系数随之降低；下降速率越大，单调递增其增大的速率先大后小趋势现象越明显，稳定性系数变化越明显。
②库水位下降时，滑体渗透性较差或中等的动水压力型滑坡，其地下水位线会明显上升且增大速率呈先快后慢的趋势，而其稳定性系数会逐渐降低；然而，渗透系数较强的滑坡体，其地下水位线几乎与库水位持平，将不会受到动水压力作用，其稳定性系数仅与库水位呈相关关系。
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