三峽水庫蓄水期岸坡水動力條件演化的自動水文監(jiān)測

三峽水庫蓄水期岸坡水動力條件演化的自動水文監(jiān)測

1滑坡的發(fā)生及類型水庫周邊坍塌是伴隨水電工程建設而發(fā)生的一種自然災害。國內外由于水庫修建而誘發(fā)的岸坡失穩(wěn)實例并不鮮見,其中,有的造成了巨大的人員傷亡和經濟損失,甚至工程報廢。例如,巴拿馬運河1913年10月10日開始放水,不久E.Cucaracha滑坡開始復活。從1914年8月15日開始通航后,2a內E.Culebra滑坡(1914年10月14日),W.Culebra滑坡(1915年9月12日)和E.Cucaracha滑坡(1916年8月30日)相繼復活,運河被迫三度關閉,時間長達8個月,恢復運河運營的清方量達1.530×107m3。美國Columbia河上的GrandCoulee水庫1941年建成蓄水后,在12a內先后發(fā)生滑坡500起,其中約半數(shù)(245起)發(fā)生在蓄水后2a內。意大利瓦依昂水庫建成蓄水后,1963年10月發(fā)生了方量約2.7×108m3的滑坡,造成2000余人死亡,工程失效。國內實例包括湖南柘溪水庫塘巖光滑坡,湖北的黃龍灘水庫滑坡等。Riemer統(tǒng)計了60個水庫滑坡實例,指出85%的滑坡發(fā)生在建設或蓄水期,或工程完工2a內。ICOLD進一步指出75%的滑坡為古滑坡復活。一般認為,水庫滑坡主要是由于水庫蓄水或運營導致岸坡水動力條件不利而演化造成的,包括庫水位的漲落以及暴雨入滲2個方面。文將水庫滑坡分為2類:一類是在庫區(qū)水巖作用影響下產生的滑坡;一類是天然滑坡,無庫水直接作用,但有時也可因水庫移民開發(fā)區(qū)的人類工程活動而發(fā)生滑動或岸坡大型崩塌。文認為水庫滑坡有2種:一種是庫水位達到敏感水位后滑體內孔隙水壓力分布達到新的平衡過程中產生的滑坡;一種是發(fā)生在庫水位消落時,特別是快速消落期。目前,關于滑坡體內孔隙水壓力的時空變化及其對滑坡復活的影響研究主要以滲流計算所獲得的滲流場作為依據(jù),滑坡體水動力條件演化過程的監(jiān)測資料極少或不全面。有鑒如此,以三峽水庫蓄水為契機,在湖北秭歸縣泄灘古滑坡體上建立了一套自動水文監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測內容包括水庫水位、滑坡體水位、滲壓與降雨量等。作者介紹了監(jiān)測系統(tǒng)以及滑坡體在水庫蓄水過程中的水動力學響應。2滑坡部位及層序泄灘滑坡位于湖北省秭歸縣境內,其下游距三峽工程大壩壩址36km,上游距巴東縣新縣城32km,是泄灘鄉(xiāng)原鄉(xiāng)政府及鄉(xiāng)中學所在地(圖1)?；挛挥陂L江左岸,斜坡總體坡向SW20°,平均坡角22°,橫向呈凹形,斜坡結構類型為逆向坡?；缕矫嫔铣书L條形,前緣舌部伸入長江,高程80m;后緣以陡緩坡交匯處為界,高程380m?；聝蓚冗吔缁疽詢蓚刃∩郊蛊履_為界線?；驴v長800m,前緣橫寬440m,中部240m,后部180m,平均寬度260m;厚度15～42m,平均30m;滑坡面積20.8×104m2;方量624×104m3?；轮泻蟛恐骰较驗镾W30°,至中前部轉為SW20°(圖2)?；掠缮嗖炕露逊e物、前緣鄉(xiāng)政府平臺(1#平臺)和學校平臺(2#平臺)、滑坡中部汪家灣平臺(3#平臺)、滑坡后緣水池平臺(4#平臺)及滑坡平臺之間的較陡斜坡過渡帶組成?；聟^(qū)基巖自新到老為第四系松散堆積層(Q),侏羅系中統(tǒng)聶家山組(J2m),下統(tǒng)桐竹園組(J1t),三疊系上統(tǒng)沙鎮(zhèn)溪組(3TS)、中統(tǒng)巴東組(2Tb)?；露逊e體按成分與透水性大致可以劃分為4層:耕植土層,碎塊石土層,滑帶和滑坡影響帶。表層耕植土層厚度4～6m,透水性較差。碎塊石土層位于表層耕植土層以下,結構松散,塊石成分為粉砂巖、泥質粉砂巖、灰?guī)r、石英砂巖和泥頁巖等,塊徑5～40cm。該層透水性強,鉆進過程中漏水、垮孔嚴重?；瑤榛液谏?、淺綠色角礫土,土石比6∶4～8∶2,角礫呈次棱角狀、次圓狀,厚2～3m?；掠绊憥挥诨瑤c基巖之間,為結構密實的碎塊石土,土石比6∶4～4∶6,碎石成分以頁巖、粉細砂巖和泥巖為主,具有一定的磨圓度。該層最大厚度達24.5m(ZK15),局部地段缺失?；瑤c滑動影響帶的透水性很差(圖3)。3水庫水位現(xiàn)狀和組成三峽水庫第2期蓄水位高程為135m,將淹沒滑坡體的前緣部分,因此,監(jiān)測的重點為滑坡體的前緣,即學校平臺及以下部位。監(jiān)測系統(tǒng)與儀器如表1和圖2,3所示。水庫水位和ZK2鉆孔水位為人工觀測,其他鉆孔水位、滲壓以及降雨量數(shù)據(jù)全部自動采集。滲壓與水位自動監(jiān)測系統(tǒng)由筆記本電腦、自動集線箱、讀數(shù)儀和滲壓計組成,數(shù)據(jù)自動存儲于筆記本電腦。原擬在ZK13,ZK14和ZK15孔的滑帶上下各埋設1支滲壓計,ZK13孔的實際安裝與設計基本一致;ZK14孔由于滑帶位置判斷失誤,2支滲壓計均埋設于滑坡影響帶內;ZK15孔的滲壓計在安裝過程中被套管砸壞。4鉆孔水位上升過程以剖面II-II為例分析蓄水過程中滑坡體的水動力學響應。參看圖2,3,鉆孔ZK8與ZK14位置相近,其中ZK8為水位觀測井,ZK14為滲壓觀測孔。原擬在ZK14孔處滑帶上下各埋設1支滲壓計(ZK14-3和ZK14-4),由于滑帶高程判斷失誤,2支滲壓計均埋設于滑坡影響帶內。從圖4的滲壓換算高程與水庫水位的對比曲線來看,滑坡影響帶的滲透性很差,水庫蓄水過程中滲壓計的壓力反應嚴重滯后。ZK8孔的花管段埋設于滲透性較弱的滑坡影響帶、滑帶和滲透性良好的滑坡體碎塊石土層內。在水庫水位超越滑帶頂面高程以前,鉆孔水位表現(xiàn)為緩慢的壅升。這種壅升反映的并不是基巖或滑坡體的真實水位上升現(xiàn)象,而是流入、流出觀測孔水量的一種相對平衡關系。蓄水之前,通過花管段從滑帶頂面流入的水量與通過滑帶花管段和鉆孔底部流出的水量基本平衡,鉆孔水位穩(wěn)定在114.0m左右;水庫蓄水打破了上述平衡,流出量減少導致鉆孔水位上升。由于碎塊石土層滲透性良好,水庫水位一旦超越滑帶頂面高程,鉆孔水位很快就與水庫水位一致。鉆孔ZK9與ZK13位置相近,其中ZK9為混合水位觀測孔,ZK13為滲壓觀測孔。鉆孔ZK9的花管段從基巖延伸至碎塊石土層,滲壓計ZK13-1位于滑坡影響帶,ZK13-2位于滑帶內。從圖5所示的觀測成果來看,基巖、滑坡影響帶和滑帶的滲透性均較弱,因此,鉆孔水位上升過程明顯滯后于水庫水位上升過程。碎塊石土層的滲透性良好,在水庫水位超越滑帶頂面高程以后,鉆孔水位與水庫水位迅速趨于一致。5鉆孔水位運移特性鉆孔ZK1和ZK10的孔底高程高于135m,從蓄水期觀測成果來看,鉆孔水位不直接受水庫蓄水影響。鉆孔水位自6月29日開始使用滲壓計進行自動監(jiān)測。參看圖6所示的鉆孔水位與降雨的關系曲線,ZK10的水位受降雨控制。下面以7月4日和7月17的2次降雨分析其入滲過程。7月4日降雨量為64mm,主要降雨發(fā)生在7時20分～12時44分(圖7),在5.4h內共降雨57.8mm,平均每小時降雨量10.7mm。鉆孔水位自17時18分開始上升,20時30分達到相對高位,在3.21h內上漲0.426m,平均每小時上漲0.133m。鉆孔水位開始上漲時間滯后于開始降雨時間9.96h。7月17日的主要降雨發(fā)生在2時51分～4時42分(圖8),在1.85h內累計降雨量50.2mm,平均每小時降雨量27.1mm。鉆孔水位自7時26分開始上升,9時38分達到相對高位,在2.11h內上升0.768m,平均每小時上升0.364m。鉆孔水位開始上漲時間僅僅滯后4.58h。從2次降雨入滲過程可看出:其一,鉆孔水位上升量和上升速度與雨型有關,降雨強度的影響大于總降雨量的影響;其二,由于降雨入滲,鉆孔水位開始上升的時間滯后于降雨時間,但是滯后時間不是定值。7月17日的滯后時間相對較短,可能與前期降雨導致滑坡體含水量上升有關,另外也可能與降雨強度有關。需要補充監(jiān)測手段和資料進一步確證。6水位上升速度滯后時間相對較短為了監(jiān)測滑坡體在水庫蓄水過程中的水動力學響應,在三峽庫區(qū)泄灘滑坡上建立了一套相對完善的滑坡水文監(jiān)測系統(tǒng),并且成功地獲得了三峽水庫蓄水期滑坡體的水動力學響應資料。監(jiān)測成果對于揭示水對滑坡的作用機制具有理論意義。從監(jiān)測成果來看,岸坡的水位(或滲壓)上升速度明顯滯后于庫水位上升速度,滯后時間與岸坡的滲透性有關,滑帶、滑坡影響帶和基巖的滲透性相對較弱,滯后時間較長,但是滑坡體的滲透性良好,滯后時間較短;水位觀測井的觀測成果存在誤導,需要結合觀測井結構進行分析,建議盡可能