三峡库区水库水位变动对岸坡稳定性影响分析

三峡库区水库水位变动对岸坡稳定性影响分析

自璋水库蓄水以来，频繁发生房屋灾害，尤其是在修订版中的房屋。仅2006~2011年就发生近10起。2006~2008年马鞍子危岩体所在斜坡发生5次不同程度的崩塌;剪刀峰一带于2007年7月发生两次崩塌;2008年9月巫山县水泥厂滑坡变形、下部垮塌;2008年11月23日16∶40左右,重庆巫山巫峡口长江北岸龚家坊发生体积约38万m3崩塌,形成高达13m的涌浪;2010~2011年望霞斜坡发生数次崩塌,目前重庆市正在对残留的危岩进行清除、治理工作。上述险情均发生在巫峡长江左岸、巫峡口至神女峰20km范围内,密度之大、频率之高令人惊叹。该区域地质灾害的发生严重影响了当地人民的生产、生活,制约了当地经济发展,同时对长江行道运营安全造成严重威胁。本文在掌握龚家方4#斜坡所处区域地质背景、库水位升降、降雨条件下,对其变形状况进行分析,从而为类似斜坡进行有效防治、治理提供依据。1高高地水坡面型龚家方4#斜坡位于长江左岸,上距重庆市巫山县县城5km,距龚家方斜坡1.5km,该斜坡所处区域上为中低山峡谷地貌(图1),斜坡是以两侧冲沟为界,斜坡平面形态呈舌形,坡向160°,其中高程450m以下平均坡角45°~55°,高程450~600m平均坡角35°~45°,600m以上呈峻坡状坡角达到65°~75°,前缘直抵长江,前缘高程100m,后缘高程510m,其前缘宽210m,后缘宽195m,斜长755m,平均厚度15m,面积约35000m2,体积约45万m3。该区域构造上斜坡位于横石溪背斜西翼、巫山向斜东翼,岩层产状为:330°~335°∠40°~60°,主要出露地层为三叠系嘉陵江组和大冶组(图2)。2基本粒子—斜坡目前变形状况通过对龚家方4#斜坡的详细调查分析,该斜坡自上而下变形特征主要为:倾倒弯折、坡面挤压隆起、复合弯曲倾倒变形。在斜坡上部高程340m、351m处也发现多处明显V型倾倒变形(图3a)。V型倾倒的特征表现为岩层倾角的急剧变化,有明显的折断面。这个面上下岩层的倾角发生变化,面上下岩层自身产状变化微弱。因此,看起来像岩层的突然折断。斜坡中部高程270m处发现走向80°~110°的隆起,隆起高度0.3~1.0m,呈弧形(图3b),斜坡下部近江面高程150~185m处自西向东出现不同程度变形垮塌,变形以岩块复合弯曲倾倒为主。在斜坡东、西两侧坡脚冲沟内均可观察到该变形特征(图3c、d)。针对该斜坡,复合弯曲倾倒是岩块沿着横节理(130°~160°∠45°~65°)产生大量的微小位移,展示出岩层弯曲的连续性和累进性。这种弯曲是岩块产状缓慢变化的结果,相邻岩块间的岩层倾角变化小于5°甚至更小,因此看起来像连续的塑性弯曲。岩块复合弯曲倾倒现象普遍发生,为该斜坡的主要倾倒变形现象。3降水库水位的上升对倾斜坡度的影响3.1岩质斜坡变形监测仪器针对龚家方4#斜坡的地形地貌、变形特征、变形趋势,采用地表位移计进行实时监测,首先建立一套完整的监测预警系统,系统由武汉地质调查中心项目组、远程通讯网络(GSM/GPRS通讯)、滑坡体无线传感器网络3部分组成。位移监测仪器由湖南湘银河传感科技有限公司生产的YH1420A型柔性伸缩位移计,其分辨率为0.01mm,工作稳定范围-30~60°C能满足岩质斜坡变形监测的要求。雨量监测由北京微玛特科技有限公司设计、开发的无线雨量计(SMARTDATA-3000C)进行实时监测。本斜坡自上而下沿山脊正中布设(B01~B09)9个位移计构成监测网络(图2)。3.2监测周期内变形特征位移计数值大于初始值时为拉伸,小于初始值则为压缩。经过1a多的监测,通过数据整理分析得到各监测点时间位移曲线(图4)。综合各个监测数据,斜坡呈整体运动;但斜坡自上而下运动特征不同,从该监测周期看:斜坡上部拉伸;斜坡中部总体变形趋势表现为先拉伸后压缩;斜坡下部总体变形趋势表现为先压缩后拉伸;斜坡底部总体变形趋势表现为拉伸。通过调查,该变形特征和监测点所处位置地层岩性密切相关,对于该监测周期内具体变形状况见表1。例如斜坡中下部变形复杂与其刚好位于三叠系大冶组四段(T1d4)厚层灰岩段,岩层较厚,难于破坏,起到岩桥支挡、锁固作用,一旦该“锁固段”破坏、应力得以释放,必将导致斜坡整体破坏、失稳。3.3降雨关系与数据分析研究区处于峡谷地带,区域性气候强烈降雨较频繁。龚家方4#斜坡植被相对发育,滑体表层为极薄层碎石土,易于接受大气降水,降雨入渗增加了斜坡体自重,同时使内部变形剪切带软化,抗滑力减小,进而加剧斜坡变形,通过雨量计、位移计监测得到各点位移曲线-降雨量关系(图5)。针对龚家方4#斜坡而言,在该监测周期内2011年8月中旬前斜坡处于缓慢变形阶段,斜坡各监测点并未出现协同变形,斜坡变形与降雨并无明确关系。而2011年8月下旬至2011年10月上旬、2011年12月下旬至2012年2月中旬,斜坡处于出现协同变形,处于加速变形阶段,同时雨量较大、较密集。对降雨量R、变形量D进行数据统计分析:因为雨量计监测精度为0.1mm、位移计监测精度为0.01mm,故以R>0mm,D>0.1mm;R>0mm,D<0.1mm;R=0mm,D>0.1mm;R=0mm,D<0.1mm;四类情况进行分析。分析结果表明,斜坡变形与5日、15日、30日等多时段降雨量相关性都差,与10日降雨量相关性最好,可以达到0.67,故10日降雨量对斜坡变形影响最为强烈(图6)。3.4库水位升降及斜坡变形分析在一个完整的三峡库区调水周期内,对斜坡进行调查、监测、分析,可以更直观掌握斜坡变形状况与库水位波动之间的关系。对龚家方4#斜坡的研究刚好在一个完整的调水周期内,通过1a多的宏观调查及变形监测,结合库水位的升降状况,可以得出各监测点变形状况与库水位波动之间的关系及响应过程(图7)。库水位上涨时,一方面滑坡体地下水位升高,孔隙水压力增加,岩体内部抗剪强度降低,对斜坡体稳定构成不利影响;另一方面库水向斜坡体内部渗透,存在自外向内的渗透压力,有利于滑坡的稳定,该滑坡在两方面共同作用下,前者强势,斜坡表现为变形加剧,当库水位下降时,滑坡的动水压力增大,斜坡体下滑力增加,加上库水向下的拖拽作用,加斜坡的变形,又由于坡体中地下水位的下降有相对的滞后现象,导致坡体内将产生超孔隙水压力作用,同时,库水位下降会对斜坡产生卸荷作用,从而在边坡裂隙中产生水锤效应,故该斜坡变形与库水位升降密切相关。针对龚家方4#斜坡而言,笔者对于形变量>5mm的加速变形阶段进行分析研究。通过库水位升降、斜坡位移变形数据统计分析:水位上升时,其后15~30d、水位抬升5~20m时变形最为强烈;水位下降时,其后30d内、水位下降0.5~2.0m时变形最为强烈。3.5降雨、库水位对斜坡变形的影响综上所述,降雨和库水位升降对龚家方4#斜坡具有重要影响,通过该监测周期内各监测点位移计、雨量计数据结合库水位在此期间的变动状况,分析、归纳了该斜坡各项统计数值分析(表2)。由表2统计分析得到临界降雨量阀值为80mm。斜坡在其他因素条件均相同的情况下:a当一时间段月平均降雨量大于80mm时斜坡变形加剧;b当库水位升降大于10m时斜坡变形加剧。当两条件同时满足时,降雨、库水位均为主导因素;当满足a不满足b时,降雨为主导因素,库水位次之,当满足b不满足a时,库水位为主导因素,降雨次之。4数据统计与分析(1)目前龚家方4#斜坡仍处于变形阶段,现阶段斜坡上部主要表现为拉伸,向下运动,中部表现为压缩,局部隆起,下部表现为拉伸,向下运动。(2)数据统计分析表明斜坡变形受