曾元勇
（四川省地质矿产勘查开发局一〇九地质队，成都 610100）
由于库岸边坡受到库水位大范围升降波动影响，导致边坡内部渗流场不断变化，斜坡岩土体物理力学锐减，进而导致库岸边坡稳定性不断下降。许多专家学者对水位变动影响库岸边坡的稳定性进行了研究，董金玉等［1］采用现场试验的分析方法得到水电站库区的边坡力学参数，结合FLAC3D数值分析模型分析了水库水位升降对边坡失稳破坏的影响机理；
罗红明等［2］将土水特征曲线的多项式约束优化模型与饱和－非饱和渗流数值模型相结合，分析了库水位涨落对水库边坡地下渗流场的影响；
莫伟伟等［3］基于水岩相互作用机理，分析了库水涨落对滑坡岩土体的影响；
Griffith等［4－5］采用强度折减法分析水位变化对边坡安全系数的影响，认为边坡安全系数随着库水位的增加呈现先变小后变大的变化趋势；
朱冬林等［6］认为滑坡稳定性随着库水位的上升或下降，具有由大变小、再由小增大的变化过程。
基于以上成果，本文拟对红岩子滑坡的监测数据进行分析，并采用Geo-Studio软件分析不同水位和升降速率下斜坡的稳定性，最终构建了红岩子滑坡变形量预测模型。
2.1 滑坡基本特征
红岩子滑波位于四川省汉源县大渡河右岸与西街河交汇带靠上游侧的谷坡上，距瀑布沟电站坝址约23km，汉源湖环湖路从滑坡体中下部穿过。滑坡整体地形坡度20°～30°，平面形态呈不规则半圆形，滑动方向约340°。前缘高程810m，后缘高程954m。总长约600m，滑坡宽约580m，厚20～50 m，体积约750×104m3，属大型滑坡。滑坡平剖面特征见图1和图2。
图1 工程地质平面及监测布置图
图2 滑坡工程地质剖面图
2.2 滑坡变形特征
红岩子滑坡为土质老滑坡局部复活，利用红岩子滑坡2009年的Lidar数据生成的地面数字高程模型（DEM）（图3（a））及同时期的航空影像图（图3（b））的解译，滑坡影像特征明显。图中滑坡边界较清楚，尤其是滑坡中后部边界清晰，滑坡后部呈三角形，滑坡壁连续，但滑坡前缘剪出口特征部明显。在影像图中由于拍摄角度问题导致滑坡壁主要呈黑色阴影。新鲜滑坡壁高度仅在几米至十几米之间，而在图中可清晰地看到一个高度近100m左右的三角形陡坡，应为老滑坡滑壁，新鲜滑壁位于该陡坡边缘附近。
图3 滑坡全貌及局部变形特征
对比红岩子滑坡2009年、2013年和2015年的高清航空影像，以及2018年野外调查可知：滑坡从2009年至2013年在垂向上位移为1.5～2.0m，在水平向位移在0.5～4.5m。从2013年至2018年垂向位移为1.6～2.0m，水平位移在0.2m以上。可见，红岩子滑坡蓄水后发生了持续的变形，其垂向变形量估计每年在0.4m左右，水平向平均位移可能在0.2～1.5m之间。
2012年底在滑坡体上部署GPS地表监测和深部测斜仪等多种监测设备。红岩子滑坡监测设备分布如图1所示。
3.1 GPS监测数据分析
以各GPS的总位移对比库水位的变化情况（图4）可知，GPS各监测点位移与库水位的变化有明显关系，2月底之前库水位下降较平稳，水位基本与库水位下降保持一致，两者相对稳定，滑坡处于相对稳定的状态；
3～4月库水位加速下降，此时各点开始发生显著位移变化，最大日位移量可达到60mm，滑坡处于不稳定状态；
5月份以后库水位开始上升，此时各点的位移变化也逐渐趋缓至基本稳定，说明此时的滑坡又重新回到了比较稳定的状态［7］。
图4 GPS合位移与库水位图
3.2 侧斜孔数据分析
选取7号钻孔作为典型监测点，3个传感器分别安装在18m、26m、31m的位置，得深部位移与库水位的关系如图5所示。图中可以看出，深部位移变化也与库水位的变化有明显关系，2月底前水位下降较缓，深部测斜的位移量也较小几乎为零；
3～4月库水位加速下降，斜位移量加剧；
5月开始库水位上升，位移变化也逐渐趋缓到最后处于基本稳定；
不同深度单位长度的位移量从深至浅有逐渐增加的趋势［8－9］。
图5 深部位移与库水位关系图
4.1 计算模型以及参数选取
根据瀑布沟水库的调控方案，每年的5月份到10月份为水库的蓄水期，库水位从792m上升到850m，每年的11月份到第二年的4月份为枯水期，库水位从850m降到792m，初步确定分别模拟的库水位上升和下降速度为0.2m／d，以及水库未蓄水、水库处于最高水位时，红岩子滑坡的稳定性。滑坡岩土体的物理力学参数如表1所示。
表1 红岩子滑坡岩土体力学参数表
4.2 红岩子滑坡稳定性计算
4.2.1 最低、最高蓄水位情况下红岩子滑坡稳定性计算
瀑布沟水电站最低蓄水位为792m，此时水位在滑坡前缘剪出口以下，可看做水库未蓄水时的情况；
最高蓄水位为850m，此时水位在滑坡前缘剪出口以上，为水库正常蓄水位。
红岩子滑坡坡体孔隙水压力即渗流场分布图如图6所示。黑色箭头代表渗流方向，较粗大的黑色箭头代表着优势渗流方向。当水库蓄水到850m，即达到最高蓄水位时，红岩子滑坡的安全系数为1.052（图6（d）），处于基本稳定状态。而当水库蓄水到792m，即到达最低蓄水位时，红岩子滑坡的安全系数为1.120（图6（b）），处于稳定状态。所以对于红岩子滑坡来说，水库蓄水对其稳定性是不利的，降低了其稳定性［10］。
4.2.2 库水位下降作用下红岩子滑坡稳定性计算
对库水位的下降阶段，按0.2m／d的降速分别进行模拟，从850m下降至792m共需300d，以每20d为一个观察记录点，图6（e）是库水位按0.2 m／d的降速下降的最小安全系数时渗流场分布图。此时与slope／w模块耦合后得到的滑坡安全系数图如图6（f），图中蓝色虚线为水位线，此时安全系数为1.050，红岩子滑坡处于基本稳定状态。
4.2.3 库水位上升作用下红岩子滑坡稳定性计算
对库水位的上升阶段，按0.2m／d的升速分别进行模拟，0.2m／d的升速下，从792m上升至850 m共需300d，笔者以每20d为一个观察记录点来记录数据，本工况下，最小安全系数出现在第120d，图6（g）是库水位按0.2m／d的升速上升的最小安全系数时渗流场分布图。此时与slope／w模块耦合后得到的滑坡安全系数图如图6（h），在图中蓝色虚线为水位线，此时安全系数为1.118，由模拟结果可知，此时红岩子滑坡处于稳定状态。
图6 水位升降对滑坡渗流场及稳定性影响分析图
对于红岩子滑坡，目前有库水位的观测值、5号孔位置水位及形变观测值。通过5号孔位置孔－库水位差与日变形量散点图（图7）可看出，两者存在很好的相关性，在孔－库水位差小于7m时，滑坡基本稳定，变形量很小，当孔－库水位差大于7m时，日位移量随之增加，通过拟合得到公式（1）（Dn为第n天日位移量，Cn为第n天5号孔与库水位的差值），其决定系数R2达到0.91。
图7 孔－库水位差与地表日位移量关系图
通过分析各变量的相关性得出影响第n天孔－库水位差n的因素主要是第n-1天的水位差（Cn－1）（相关系数0.99）和第n天的库水位下降值（Fn）（相关系数－0.71），通过拟合，可以得到如下公式（2）。
其中，Cn－1＝Bn－1－An－1，An－1为第n－1天水库水位，Bn－1为第n－1天5号孔水位。
综合以上公式得到：
通过该公式，已知n－1天库水位、5号孔水位和第n天库水位下降速度的基础上，可以对5号孔位置第n天的变形量进行估计。由（3）式可知，第n天的孔－库水位差值取决于第n－1的水位差值和第n天的库水位下降值Fn，降低Fn可以降低孔－库水位差Cn，继而减缓位移量Dn，即降低库水位下降速度可一定程度上减缓滑坡变形。
（1）库水位变化是控制红岩子滑坡变形的关键因素。最低蓄水位时，滑坡处于稳定状态；
最高蓄水位时，滑坡处于基本稳定状态，表明水库蓄水后静水作用不利于滑坡稳定性。
（2）水位下降的动水过程不利于滑坡整体稳定性。在库水位上升时，斜坡处于稳定状态；
库水位下降阶段，稳定性系数最低，处于欠稳定状态。
（3）提出了红岩子滑坡变形量预测模型，在孔－库水位差小于7m时，滑坡基本稳定，变形量很小；
当孔－库水位差大于7m时，日位移量随之増加。