水库蓄水诱发大型岸坡堆积体失稳破坏机理研究：以澜沧江RS库区堆积体为例.pdf

【目的】为研究青藏高原高寒山区澜沧江沿岸的RS大型岸坡堆积体在水电站建成蓄水后的变形破坏情况及其机理，【方法】基于地质勘测资料和各类试验结果，以RS堆积体为研究对象，通过数值模拟试验结合离心试验的方式，对水库蓄水后RS堆积体的变形破坏情况和失稳破坏机理进行了分析探讨。【结果】结果显示：蓄水后RS堆积体的变形主要集中在堆积体上游侧中上部，此部位易发生局部失稳破坏，失稳破坏模式为推移式滑动破坏。【结论】结果表明：蓄水产生的上部拉裂缝为RS堆积体潜在滑动面上边界，堆积体中部的细颗粒富集层是堆积体边坡的潜在滑带，是堆积体失稳破坏的下部剪出口；库水对堆积体中部细颗粒富集层的软化崩解作用和入渗后产生的浮托力是导致RS堆积体失稳的重要原因。研究成果期望能为高原高寒山区大型岸坡堆积体研究提供参考依据关键词：大型岸坡堆积体；水库蓄水；FLAC3D数值模拟；离心模型试验；失稳破坏模式步作者互动D0I:10.13928/ki.wrahe.2023.08.014开放科学（资源服务）标志码（OSID）：中图分类号：P642.22文献标志码：A文章编号：10 0 0-0 8 6 0(2 0 2 3)0 8-0 156-11Study on the failure mechanism of a large bank slope deposit induced by reservoirwater storage:A case study of RS deposit in a reservoir of Lancang RiverLUO Bo,LIU Yuhao,TU Guoxiang,ZHANG Xin,ZHANG Yanmei,LI Anrun(State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection,Chengdu University of Technology,Chengdu610059,Sichuan,China)Abstract:ObjectiveJTo study the deformation and failure of RS large bank slope deposit along the Lancang River in the alpinemountainous area of Qinghai-Tibet Plateau after the construction of hydropower station impounded and its mechanism.Methods JBased on geological survey data and various test result,taking RS deposit as the research object,the deformation andfailure of RS deposit and its instability failure mechanism were analyzed and discussed by means of numerical simulation test and收稿日期：2 0 2 2-12-0 9；修回日期：2 0 2 3-0 2-2 3；录用日期：2 0 2 3-0 2-2 7；网络出版日期：2 0 2 3-0 3-15基金项目：国家自然科学基金项目（4147 2 2 7 4）作者简介：罗博（19 9 9），男，硕士研究生，主要从事岩土工程及地质灾害防治方面的研究。E-mail：2 52 9 9 7 57 2 0 q q.c o m通信作者：涂国祥（19 7 8 一），男，教授，博士，主要从事堆积体工程地质特性及稳定性方面的研究。E-mail：p y k c d u t.e d u.c n157水利水电技术（中英文）第54卷2023年第8 期罗博，等/水库蓄水诱发大型岸坡堆积体失稳破坏机理研究：以澜沧江RS库区堆积体为例centrifugal test.ResultsJThe deformation of RS deposit was mainly concentrated in the middle and upper part of the upstreamside of the deposit,which was prone to local instability failure,and the failure mode was push sliding failure.ConclusionjTheresult show that the upper tensile crack generated by water storage is the boundary of the potential sliding surface of RS deposit,and the fine particle enriched layer in the middle of the deposit is the potential sliding zone of the slope and the lower shear outletof the instability failure of the deposit.The softening and disintegration effect of reservoir water on the fine-particle enriched layerin the middle of the deposit and the buoyancy force generated after infiltration are the important reasons for the instability of RSdeposit.The research result are expected to provide reference for the study of large bank slope deposits in the alpine mountainousareas of the plateau.Keywords:large bank slope deposit;water storage in reservoirs;FLAC3D numerical simulation;centrifugal model test;failuremode of instability0引言近年来，水库蓄水诱发的滑坡灾害在我国发生得愈发频繁 ，而堆积体边坡失稳在我国已经发生的滑坡灾害中占比较大。堆积体边坡失稳的影响因素众多，在水库蓄水、水位变动、持续强降雨、地震等因素中水库蓄水影响尤为显著 2 ，对人民群众的生命财产安全构成了巨大威胁。例如发生于2 0 0 3年7 月13日的千将坪滑坡正是由于水库二期蓄水加之持续多日的强降雨，最终导致滑坡发生 3。此次滑坡的滑体由残坡积黏土夹碎石、老滑坡堆积体及沙镇溪组泥质粉砂岩组成，方量巨大，滑坡失稳后堵江形成最高达17 8 m的坝体，导致2 4人死亡，110 0 多人流离失所，数家工厂被毁，长达2.2 km的公路断绝 4。因此，对岸坡堆积体在水库蓄水后的变形破坏情况以及可能的失稳过程与失稳模式进行研究十分必要国内外众多学者针对库岸堆积体在水库蓄水影响下的变形响应问题已经进行了许多研究，如：韩鞠等 5 基于罗家坪滑坡的现场调查结果和变形监测资料，对滑坡体在蓄水后的变形响应进行分析，指出水库蓄水后，被水淹没的部分岩土体所发生的软化及塑性变形是造成滑坡启动的重要原因。肖诗荣等 6 分析了?水井滑坡的主要影响因素和变形机制，认为水库蓄水对滑坡阻滑段的浮托和软化作用，以及对前缘坡体的侵蚀作用是造成滑坡的根本原因。丁王飞等 7 总结了三峡库区类土质岸坡蓄水解体演化的5个阶段，指出蓄水过程中岩块的断裂从重力导致的上部断裂向由浮托力导致的下部断裂转化。宋丹青等 8 对九甸峡库区燕子坪滑坡的变形特征进行了监测，并采用多种手段对其滑坡致灾因素进行了定量分析，认为水位上升和开挖公路是致灾的主要因素。YANG等 9 利用Geostudio、FLA C3数值软件对某堆积体进行数值模拟计算，得到了堆积体在水库蓄水条件下的渗流特性和变形特性及滑波发展趋势。CHEN等 10 对XinHua边坡以卫星系统、无人机等多种手段进行监测，分析XinHua边坡蓄水后的响应和变形特征，认为导致滑坡的最主要因素是前期的水库蓄水和水位波动。HE等 I采用物理模拟试验的方式探究有无水库蓄水两种条件下，滑坡变形特征和破坏模式的差异，认为水库蓄水缩短了滑坡发生的时间，减小了边坡的抗剪能力。CHENG等 12 基于某边坡变形监测数据，建立了边坡的变形统计回归模型，分析得出蓄水过程中边坡变形是坡脚有效应力降低和岩土体软化引起的流变变形。此外，胡孝洪等 13、程晓平等 14崔洁 15 也针对库水位变化、变化速率等因素对库岸边坡的失稳机制进行了研究。尽管目前对库岸堆积体的相应研究较多，但对于高原高寒山区河流两岸广泛分布的此类复杂的大型堆积体研究仍较少。本文将在前人研究的基础之上，结合地质资料和物理试验结果，以数值模拟结合离心试验的方式，对水库蓄水后RS堆积体的响应情况进行研究，探究RS堆积体具体的变形特征和破坏机制，以便为类似工程提供参考。1堆积体工程地质特性1.1堆积体概况研究区地处青藏高原东南部，与云贵高原接壤，属三江（金沙江、澜沧江、怒江)流域峡谷区，区内澜沧江由北向南汇流，总体流向约为S10E，河流深切，两岸山高坡陡，天然落差较大，总体形态呈不对称“V”形。拟建的RM水电站位于澜沧江上游河段，处于西藏自治区芒康县境内，RM水电站上游的RS堆积体位于澜沧江左岸，距RM水电站坝址约5.4km（沿河道距离），堆积体前缘临江，高程2655m，后缘高程32 0 0 m，局部沿冲沟向上延伸至3300m高程。堆积体顺河向长约1.4km，垂直河158水利水电技术（中英文）第54卷2023年第8 期罗博，等/水库蓄水诱发大型岸坡堆积体失稳破坏机理研究：以澜沧江RS库区堆积体为例图例0200mQQ第四系河床冲积砂卵砾石dl+cal第四系0S6700620087OSL05926002700275028002850290029503000第四系坡积碎石土澜3050310031503200325033003350colQ第四系崩塌堆积碎块石及大块石ZKRO1ZKR02ZKR03ZKRO4RVR11幢系中统ZKR06ZKR20PDR03ZKR22T2Z三叠系中统英安岩PDRO1ZKR21R2R2ZKR07colZKRIOPOROPQZKRO5R3堆积体分界线dt+colQZKR11OZKRIO正常蓄水位线2 8 9 5maltdltcotR4ZKR09QZKR08R33ZKR15布置钻孔及编号ZKR132KR23R5之KR12dltcattPDRO4平及编号ZKR16PDRO5ZKR15R48RJRKRI剖面线及编号KIRT4江3400地形等高线高程标注R5图1RS堆积体工程地质平面Fig.1Engineering geological plan of RS deposit向宽约7 0 0 m，自然坡度32 37，下边界临江发育且靠近河床部位局部岸坡稍陡，倾角在40 左右，堆积体整体厚度为10 10 0 m，估算方量约47 0 0 万m(见图1）。1.2堆积体物质结构组成RS堆积体以下基岩部分为三叠系中统竹卡组英安岩，堆积体自身物质组成主要有三个部分见图2(a）。（1)处于堆积体下部位置，高程大约为2 7 0 0 2810m之间的砂卵砾石层见图3（a）和图3（b），该层颗粒粒径集中在6 10 cm之间，个别可达2 0 cm以上，透水性好，且几乎不含小于1cm的细颗粒组分，扁平面呈近水平定向排列，有较好成层性，卵砾石之间呈点接触互相支撑。（2)处于堆积体上部位置的主要为崩坡积碎石土层见图3（c）和图3（d），其分布在高程2 7 8 0 图例1003300一碎石土层三叠系竹卡组英安岩强风化线一砂卵砾石屋一细颗粒富集层3200第四系崩坡积碎石土夹块石弱风化线80第四系崩坡积碎石土夹细粒土水位线3100第四系河床冲积砂卵砾石基覆界线6030002895m正常蓄水位2900402.800Qdl-colQal+di+col2.70020T初始水位2 6 52 m2Z2600N50E.SEZ1402.5000100200300 40050060070080090010001001010.10.010.001平距/m粒径/mm(a)工程地质面(b）各土层颗粒级配曲线图2 RS堆积体各土层概况Fig.2General situation of each soil layer of RS deposit159水利水电技术（中英文）第54卷2023年第8 期罗博，等/水库蓄水诱发大型岸坡堆积体失稳破坏机理研究：以澜沧江RS库区堆积体为例(a)碎石土层平碉(c）砂卵砾石层平(e）细颗粒富集层平码(b)碎石土层坡表(d)砂卵砾石层坡表(f)细颗粒富集层坡表图3揭露RS堆积体各土层结构特征Fig.3Reveals the structural characteristics of each soil layer of RS deposit3170m之间，主要由碎块石层和碎块石土层构成，此碎石土层主要由粒径约5 50 cm的碎块石构成，碎块石基本为棱角状，无分选，该层细颗粒含量约占5%10%(3)除上述两层外，碎石土处于堆积体中部，也就是在卵砾石层与上覆崩坡积层接触面处沉积一层细颗粒含量较高的碎块石土（以下称其为细颗粒富集层)见图3（e）和图3（f)，其中碎块石呈棱角状，粒径约5 2 0 cm，个别可达50 cm以上，含量约6 0%70%；该层颗粒粒径小于0.1cm的细颗粒含量较高，为2 0%左右，该层属于泥质胶结，密实度较好，分选性较差，无成层性。在RS堆积体现场各平采集多组土样后，对采集土样的大粒径进行现场初筛，将剩余土样带回实验室进行筛分，得到多组土样颗分结果，取各组土样平均值并绘制RS堆积体各土层颗粒级配曲线如图2(b)所示。2堆积体蓄水变形数值模拟研究2.1堆积体三维有限差分模型构建为了探究水库蓄水过程中，RS堆积体的破坏情况和变形机制，采用Rhino+FLAC3D软件建立RS堆积体三维有限差分模型。模型如图4所示，分为基岩、细颗粒富集层、砂卵砾石层和碎石土层，模型X方向长度为132 6.5m，Y 方向宽度为17 7 7.4m，Z方向高度为1333.2 m，模型除上表面自由外，其余各面均采用法向约束。堆积体模型计算采用Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性本构模型，视为各向同性介质，流体在模型中的流动在满足Darcy定律和Biot方程。模拟中利用FLAC3D内置Fish函数实现对模型表面孔压的实时控制，模拟水位上升过程，同时对模型进行流固耦合计算得到模型的渗流场和应力场。本次水位上升速度设为1m/d，选用典型剖面Y=1200m进行分析。基岩细颗粒富集层砂卵砾石层碎石土层BA澜Y=1200m剖面图4RS堆积体三维数值计算模型Fig.4Three-dimensional numerical calculation modelof RS deposit本次数值计算采用的参数为现场勘察资料和前人研究成果 16 ，以及对堆积体的物理力学试验结合相160水利水电技术（中英文）第54卷2023年第8 期罗博，等/水库蓄水诱发大型岸坡堆积体失稳破坏机理研究：以澜沧江RS库区堆积体为例表1RS堆积体数值模型计算参数Table 1Calculation parameters of RS deposit numerical model天然容重饱和容重内摩擦角饱和内摩擦黏聚力饱和黏聚变形模量渗透系数材料泊松比/kN m3/kNm3）角/（）/kPa力/kPa/MPa/cmsl碎石土层22.023.034.530.5105400.2010-1细颗粒富集层21.022.533.029.55025300.2210-4砂卵砾石层21.522.535.531.52010350.2110-3基岩26.564.015090000.17关规范 17 和工程经验综合考虑选取，具体取值如表1所列。2.2堆积体有限差分模型计算结果经过FLAC3D数值计算，对水库蓄水过程中模型的不平衡力进行了监测，其不平衡力演化过程曲线如图5所示。经过不断的迭代计算，系统的不平衡力不断缩小，直至达到平衡。由于水位的上升将会引起系统应力场的变化，所以监测曲线局部存在波动。但是总的来说，模型的不平衡力演化过程曲线最终达到了收敛，这说明堆积体边坡在水库蓄水过程中的稳定性较好。图6 显示了堆积体在初始水位2 6 52 m和正常蓄水位2 8 9 5m的孔隙水压力分布情况，可以看出堆积体水位按1m/d上升至2 8 9 5m后，边坡内部地下水位在一定程度上滞后于库水位的上升，表现为浸润线向坡外弯曲。在堆积体模型达到初始应力平衡后，对堆积体模型产生的位移计算结果清零，图7 为水库蓄水后，堆积体的总位移增量。可以发现正常蓄水位2 8 9 5m时堆积体的位移变化主要集中在上游侧中上部位置，最大位移增量为43.6 cm，方向指向库区；典型剖面1.00.8NorOl/业0.60.40.200.10.20.30.40.50.6时步/10 5图5模型不平衡力演化过程曲线Fig.5Evolution curve of unbalance force of the modelY=1200m的总位移云图也显示位移增量主要集中在堆积体中上部位置，和三维总位移云图相吻合；位移增量值从坡表到坡内逐渐减小，呈向基覆界面发展趋势。分析认为这是由于堆积体中上部，尤其是中部细颗粒富集层对水较为敏感，库水对其的弱化作用明孔隙水压力/Pa孔隙水压力/Pa4.40281064.40281064.25001064.25001064.0000 x1064.0000 x1063.75001003.75001063.50001063.50001063.25001063.25001063.0000 x1063.00001062.75001062.75001062.50001062.50001062.25001062.25001062.00001062.00001061.75001061.75001061.50001061.50001061.25001061.2500 x1061.00001061.0000 x106750001057.5000 x10s5.00001055.00001052.50001052.50001050.00000.0000(a)初始水位2 6 52 m(b)正常蓄水位2 8 9 5m图6 堆积体孔隙水压力变化云图Fig.6Cloud map of pore water pressure variation in deposit161水利水电技术（中英文）第54卷2023年第8 期罗博，等/水库蓄水诱发大型岸坡堆积体失稳破坏机理研究：以澜沧江RS库区堆积体为例总位移/m总位移/m4.364410-14.250010-13.655810-14.0000 x10-13.500010-13.750010-13.250010-13.500010-13.000010-13.250010-12.750010-13.0000 x10-12.500010-12.750010-12.2500 x10-12.500010-12.000010-12.250010-11.7500 x10-12.0000 x10-11.500010-11.7500 x10-11.250010-11.500010-11.000010-11.250010-17500010-21.000010-15.000010-27500010-22.5000 x10-25.000010-20.00002.500010-20.0000(a)三维总位移(b)典型面总位移图7堆积体2 8 9 5m水位总位移云图Fig.7Cloud map of total displacement of water level at 2 895 m of deposit显，蓄水后其物理力学参数降低；反观堆积体下部的砂卵砾石层几乎不含细粒，加之库水的反压作用，所以其位移无明显增加。此外，由于堆积体基覆界面几何形态和堆积体厚度的差异，堆积体其他位置也零星有一定位移增量产生。为了更好地了解蓄水过程中堆积体位移的变化规律，在堆积体模型上游侧和下游侧分别设置了位移监测点A、B见图4），监测结果如图8 所示。可以发现，位移方向同样指向坡外，水库蓄水大约16 0 d左右，即库水位上升至2 8 12 m左右，堆积体变形陡增，推测与堆积体上部碎石土层渗透系数较大，库水人渗快，土层抗剪强度迅速降低有关。蓄水完成后最终位移约为32 cm，主要位于堆积体上游侧，这也与上文位移云图的结果相吻合。3530A25W/20位1510B5050100150200250时间/d图8监测点处位移随时间变化曲线Fig.8Displacement curve with time at the monitoring point3堆积体满库水位离心模型试验3.1离心模型试验设计为了进一步探究RS堆积体各土层被库水充分浸湿软化后可能的变形破坏特征与破坏模式，选取RS堆积体典型部面R2建立二维离心模型进行试验分析。考虑到先前数值模拟中堆积体在水位上升过程中堆积体中上部位移较大，但堆积体并未有明显失稳，推测这是由于库水并未完全渗人堆积体岩土体，其强度损失尚未达到发生失稳的地步。而本次试验考虑的是RM水电站首次蓄水运行的不利情况，所以离心机试验拟采用固定水位2 8 9 5m进行，这样的好处是土体被浸泡的时间更长，能更好地体现出库水对堆积体的劣化作用。对比传统的物理模拟试验，离心模型试验能够再现堆积体所处的重力场，通过增加离心加速度的方式来增加模型土体的自重应力，以达到模型岩土体的变化相似于实际岩土体的目的，试验结果更加符合实际情况 18 。按照模型试验相似理论，当模型土体的离心加速度达到实际加速度的n倍时（n为相似比），模型岩土体就与实际岩土体的变化过程和变形特征相似 19 ，具体的实际岩土体与模型岩土体的相似关系如表2 所列。本次离心模型试验采用成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点试验室的TLJ-500型号离心机见图9（a。本次离心模型试验比例尺为1：10 0 0，土样按照堆积体实际组成物质进行相似材料配制，试验原料选用细粒土等效替代土体成分，考虑实际用料情况，模型堆积物整体采用1：2 0 比例按颗分曲线缩小，通过 2 mm、2 1mm、1 0.5mm、162水利水电技术（中英文）第54卷2023年第8 期罗博，等/水库蓄水诱发大型岸坡堆积体失稳破坏机理研究：以澜沧江RS库区堆积体为例表2 RS堆积体离心模型相似比设计Table 2Design of RS deposit by centrifugal model similarity ratio相似比长度应力密度位移质量含水量内摩擦角黏聚力渗透系数原型3n1n111n模型11111碎石土层细颖粒富集层砂卵砾石层基岩(a)TLJ-500离心机(b)RS堆积体离心模型图9离心试验设备及模型Fig.9Centrifugal test equipment and model0.5mm共4个粒径组分控制模型堆积物的级配与原样土类似，其中中部细颗粒富集层采用纯黏土配制。对不同级配的各组土样进行物理力学试验，选择力学参数与现场最为接近的土样作为最终试验土样，试验土样的力学参数和具体配比如表3和表4所列。表3RS堆积体离心模型参数Table 3Parameters of RS deposit centrifugation model土层密度/kgm-3内摩擦角/）黏聚力/kPa上部碎石土层2.2034.510中部细颗粒富集层2.103350下部砂卵砾石层2.1535.520表4RS堆积体离心模型各土层颗粒配比Table 4 Particle ratio in each soil layer of RS depositcentrifugal model不同粒径组含量/%项目521mm2 1 mm1 0.5 mm0.5 mm上部碎石土层30101050中部细颗粒富集层000100下部砂卵砾石层50301010试验所采用的模型箱尺寸为长宽高=1.2 m1.0m1.2m，剖面形态如图9(b）所示。试验待注水至满库状态后，即设置离心机加载运行方案，拟采用逐级加载的方式，从0 g开始逐渐、逐级加载，每100s加载10 g并恒载10 0 s，加载至50 g后恒载400s，离心机运行过程中随时观察并记录堆积体模型的变化情况3.2堆积体离心模型试验现象随着模型箱内蓄水达到正常蓄水位，离心机开始工作，离心加速度逐级增加。当离心加速度达到10 g恒载时，模型上部碎石土层距离水位大约8 cm处开始出现一条明显的横向拉张裂缝L1（见图10 中图片A），堆积体表层伴随有部分颗粒滚落人水。随着离心加速度继续增加，达到2 0 g时，可以观察到堆积体模型上部碎石土层中产生的拉张裂缝L1继续发展，并且以L1裂缝为分界线，L1以下，中部细颗粒富集层及以上的部分土体开始蠕滑，并且这部分土体有整体跨滑出堆积体的趋势（见图10 中图片B）。试验进行第550 s左右，此时离心加速度已达到30 g，拉张裂缝L1在上部碎石土层中横向全部贯通（见图10 中图片C）。加载至40 g，拉张裂缝L1已发展成为一小型临空面，小型临空面的出现加快了在其之下，中部细颗粒富集层及之上的这部分土体滑动的趋势（见图10中图片D）。当离心加速度增加到50 g时，滑动面下部已贯穿至中部细颗粒富集层，堆积体部分土体沿滑动面整体滑出，临空面上部也不断有土体跌落（见图10中图片E）。随时间增长，滑动范围继续扩张，除上163水利水电技术（中英文）第54卷2023年第8 期罗博，等/水库蓄水诱发大型岸坡堆积体失稳破坏机理研究：以以澜沧江RS库区堆积体为例横向拉张裂缝L红裂缝发育出现小型临空面出现跨滑趋势AB重力作用下上部土体继续跌落L1至细颗粒富集层土体基本完全滑出L1上部土体跌落有基岩出露形成了圆弧滑动面细颗粒富集层上部开始滑出DEF图10RS堆积体模型失稳破坏过程Fig.10Failure process of RS deposit model部碎石土层顶部仍有少部分土体残留外，模型中部大量基岩出露，滑动面上部土体基本全部跌落人水，水体因此浑浊（见图10 中图片F）。但堆积体下部砂卵砾石层仍然基本完整，未发生明显破坏3.3堆积体失稳过程分析（1)满库状态下，由于水体人渗，堆积体处在水位以下的土体吸水收缩，其孔隙水压力增大，重度随之增大，导致其与上部干燥区形成了显著差异，湿润区土体因此整体下挫，进而形成了堆积体上部的横向拉张裂缝L1。此外，堆积体基覆界面的形态对此也有一定影响，L1正好处于陡缓相接位置，为L1的形成提供了几何条件，L1的形成为堆积体后期的失稳破坏提供了上边界条件。（2）随着离心加速度的不断增加，堆积体中部的横向拉张裂缝L1不断发育，拉裂缝L1以上的土体由于重力作用发生跌落，拉张裂缝L1以下的土体继续向下变形滑动，下部砂卵砾石层在此期间逐渐固结紧密，库水反压坡脚，产生了指向坡内的正应力，对堆积体下部砂卵砾石层的滑出具有一定阻碍作用，因此砂卵砾石层在整个破坏过程中趋于稳定（3）细颗粒富集层水敏感性强，随着试验的继续进行，渗人细颗粒富集层的库水越来越多，产生了向上的浮托力，同时库水也与土颗粒发生软化崩解作用，细颗粒富集层的强度不断被削弱，最终与上部拉张裂缝贯通，滑坡体在重力作用下滑出，堆积体边坡失稳，呈“推移式滑坡”特征。4 讨 论分析前文的数值试验和离心试验结果可以发现：数值试验中堆积体在水位上升过程中基本处于稳定状态，而离心试验中堆积体边坡最终发生了失稳破坏，其原因是数值试验中库水在堆积体中上部土体的入渗深度较浅，库水的劣化作用并未完全发挥；而离心试验中库水位固定为2 8 9 5m，库水的人渗时间长，人渗深度深。但数值试验和离心试验中堆积体的变形破坏形式和范围基本一致，变形均集中在堆积体中上部，主要集中在碎石土层中基覆界面陡缓相接位置和细颗粒富集层附近，这种情况产生的原因是库水人渗164水利水电技术（中英文）第54卷2023年第8 期罗博，等/水库蓄水诱发大型岸坡堆积体失稳破坏机理研究：以澜沧江RS库区堆积体为例后岩土体有效应力的降低、库水和细颗粒发生的软化崩解以及库水入渗后产生的浮托力。两种试验中，堆积体中下部砂卵砾石层并未发生较大变形，其原因主要是因为该层几乎不含细粒，水敏感性差，且排列稳定；并且随着水位的上升，库水对堆积体下部的静水压力也越来越大，这对砂卵砾石层的变形起阻碍作用。已有的研究 2 0 一般认为，因为静水压力和指向坡内的渗透压力，水位上升对于边坡的稳定是有利的；但是不能忽略的是库水对边坡岩土体的强度弱化作用依然存在，并且库水渗人潜在滑带后对滑坡体产生的浮托力也不能忽略，这些对边坡稳定又是不利的。要确定谁的影响更大，就要针对实际工程具体进行分析。就本文中的RS堆积体而言，水位上升至2895m后对堆积体边坡有利的静水压力主要集中在堆积体下部，而堆积体中上部可能发生失稳的滑坡体受到的反压作用并不大，相反堆积体中上部两土层受库水的弱化作用却比较明显，尤其是中部的细颗粒富集层受到库水的影响更大，并且库水人渗至一定程度后产生的浮托力对堆积体边坡的稳定尤为不利，因此RS堆积体在水库蓄水后易发生失稳。RS堆积体的失稳是一个渐进的过程，堆积体的上部变形区位于基覆界面的陡缓相接处，重力作用下易发生拉裂，而库水对岩土体的重度改变加快了这一过程；中部细颗粒富集层是堆积体边坡的抗滑段，却受库水的影响最大，加上“浮托减重效应”的存在，堆积体边坡的抗滑力降低，细颗粒富集层同基覆界面一起形成了堆积体失稳的滑裂面，在重力作用下滑坡体被推出堆积体边坡，为典型的推移式滑动。综上所述，推测RS堆积体蓄水失稳破坏过程如下：（1)初始水位2 6 52 m时，堆积体边坡处于稳定状态 见图1l(a)。（2)库水位开始上升，此时由于堆积体淹没区和未淹没区的重度差异，加上淹没区岩土体有效应力的降低，在重力作用下，堆积体上部（基覆界面陡缓相接处)出现了拉张裂缝见图11（b），数值试验中堆积体边坡蓄水后的位移增量主要集中在该位置和离心33003300库水位上升到一定程度，32003200淹没区重度改变，受重力固结作用出现了拉张裂缝31003.10030003.0002.9002.90028002.8002.7002652m2.70026002.600250025000100200300400500600700 80090010000100200300400500 6007008009001000平距/m平距/m(a)初始阶段(b）水位上升至一定高度330033003200拉张裂缝随水位上升进一步发育、，扩张，3200蓄水完成，拉张裂缝仍随时间进一步发展，最终和下部剪出口贯通同时_上部土体可能发生跌落3100310030003.0002.900895m290028002.800库水入渗形成浮托力27002.700水位上升，淹没细颗粒富集层，库水进一步软化崩解细颗粒富集层，26002.600库水入渗，开始弱化细颗粒富集层部分细粒被带出，形成剪出口25002.5000100200300400500600700 80090010000100200300400500600 7008009001000平距/m平距/m(c)水位进一步上升(d)堆积体发生失稳图11FRS堆积体蓄水失稳破坏过程示意Fig.11Schematic diagram of impoundment instability failure process of RS deposit165罗博，等/水库蓄水诱发大型岸坡堆积体失稳破坏机理研究：以澜沧江RS库区堆积体为例试验中拉张裂缝L1的出现可证实这一点（3)由于堆积体中部的细颗粒富集层含细粒较多，且属于泥质胶结，在库水位进一步上升被淹没之后，库水与其开始发生软化崩解，部分细粒开始流失；与此同时，由于库水位的进一步上升，堆积体上部拉张裂缝也不断发育扩张见图11（c）。此外，离心试验结果表明，拉裂缝发育到一定程度，其上部土体可能会发生跌落现象，（4)库水位上升至正常蓄水位，运行一段时间后，细颗粒富集层在库水中的位置更深，崩解速率增大 2 1。随着大量细颗粒富集层的土颗粒被库水软化崩解，库水大量入渗，对上部滑坡体产生了浮托力，减小了阻滑段的法向正应力。随时间增长，库水人渗越来越多，此浮托力也不断增大，加上作为潜在滑带的细颗粒富集层不断软化，强度不断降低，同时堆积体上部拉张裂缝也在进一步扩宽、加深，直到二者贯通，堆积体边坡最终失稳见图11（d)。5结论(1)RS堆积体边坡蓄水至正常蓄水位，待库水浸入坡体至一定程度，易在堆积体上游侧中上部位置发生局部失稳破坏。(2)数值试验和离心试验显示RS堆积体在蓄水过程中的变形主要集中在上部和中部，这两个位置分别是RS堆积体发生失稳破坏的上、下边界；使RS堆积体发生局部失稳破坏的主要因素是库水对岩土体的软化崩解、强度弱化作用和库水人渗后产生的浮托力。（3)RS 堆积体失稳的整个过程为：随水位上升，堆积体上部拉张裂缝发育并进一步扩张，滑坡体在重力作用下向下蠕滑，中部细颗粒富集层作为“阻滑段”不断被库水弱化，直至二者贯通，堆积体边坡最终失稳，RS堆积体边坡失稳呈现推移式滑坡的特征。参考文献(References):1王明华，晏鄂川。水库蓄水对库岸滑坡的影响研究 J。岩土力学，2 0 0 7，2 8(12)：2 7 2 2-2 7 2 5.WANG Minghua,YAN Echuan.Influence of reservoir impoundmenton reservoir bank landslide J.Rock and Soil Mechanics,2007,28(12):2722-2725.2李叶鑫生产建设项目工程堆积体边坡稳定性分析 D重庆：西南大学，2 0 15.LI Yexin.Stability analysis of engineeri