第 1 章 绪论
1.1 选题依据和研究意义
由于我国地质和水文条件复杂，导致地质灾害频发，而岸坡失稳形成的滑坡则是其中一类严重的地质灾害。岸坡长期处于水位变动状态，易造成岸坡失稳进而产生滑坡，对水利水电工程的建设与运行有着极大的威胁。因此，人们对于库岸边坡的稳定性越来越重视。
库水位升降是触发库岸边坡地质灾害频发的主要因素，由其引发的边坡失稳问题将会直接影响水利水电工程项目的建设及运行。而库岸边坡失稳形成滑坡是由多种因素造成的，一是由于边坡范围内的岩土体自身的物理力学性质及地质构造条件，二是水位升降导致边坡渗流场的变化是产生滑坡的主要因素。由于库岸水位变动，其水文地质条件逐渐变化，库岸范围内岩土体的物理力学性质也随即变化，体现在岩土体抗剪强度的降低，库岸边坡易发生失稳破坏，特别在水位骤降时，坡内浸润线滞后于库水位，坡体内产生朝坡外方向的渗透力导致下滑力突增，进而诱发滑坡，此时岸坡失稳破坏具有突发性。由于岸坡边界条件的复杂性，岩土体物质结构以及变形特征的特殊性，使得人们难以掌握水位升降时边坡的渗流场和稳定性变化规律（王学武 等，2006；许强 等，2009；何文，2012）。例如，1961 年 3 月，湖南柘溪水库上游 1.5km 处发生的滑坡形成涌浪，损毁下游大量建筑，致四十多人死亡；在 1963 年 10 月，意大利 Vajont 水库上游形成土石方量约 2.7～3.0×108m3的超巨型滑坡，形成的涌浪不仅损毁了拦河大坝，还导致下游居民近 3000 人死亡；在 2003 年 7 月，湖北省秭归县千将坪村发生土石方量约 2.4×107m3的滑坡，致 15 人死亡、9 人失踪；在 2018 年 10 月，在西藏昌都市江达县与四川甘孜州白玉县交界处，发生山体滑坡，滑体滑入金沙江干流河道形成堰塞湖，造成部分道路、住房、耕地受损，威胁上下游居民的安全。由上述国内外滑坡实例可知，受水位影响这类滑坡的主要危害在几个方面：①大量的滑体滑入河道，形成堰塞湖，且在持续性的降雨、河水冲刷等不利条件下，导致堰塞湖水位升高或堰塞湖决堤，极大威胁上、下游居民的安全；②滑坡威胁在建或拟建水利水电工程的安全；③滑体滑入河道形成的涌浪威胁下游居民安全。此外，也有可能引发崩塌等次生灾害。
综上可知，库岸边坡失稳引起的滑坡频发，极大的威胁人类生命财产安全。因此研究水位下降对岸坡渗流场变化和稳定性的影响，分析岸坡稳定性影响因素，对滑坡预测和水利水电工程的建设与运行具有重要的意义。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 边坡稳定性评价方法
边坡稳定性评价是边坡稳定性研究的重要内容，由边坡稳定性安全评价和边坡破坏机理研究这两部分组成；边坡稳定性安全评价是通过稳定安全系数来体现边坡稳定性；而边坡破坏机理研究则主要研究边坡在外部因素影响下的破坏情况。极限平衡法和数值分析法广泛应用于当前的边坡稳定性研究中。
（1）极限平衡分析法
极限平衡法最早出现在 20 世纪 20 年代或更早。在 1927 年，Fellenius 提出了计算土坡稳定性的瑞典条分法，经后人的不断完善，极限平衡分析法已被广泛应用于岩土工程领域（苏爱军，2008）。常用的极限平衡法的比较见表 1-1（樊晓一 等，2004）。
以上条分法是以极限平衡理论为基础，它们的优点是考虑了边界条件的复杂性，如岩土体的不连续性、各向异性、非均质性等条件。在不具有应力应变图像下，也可得到边坡的稳定性结论。这些条分法都明确规定了力的作用点及其方向，将超静定问题转变为静定问题，其得到的条间力需满足两个要求：一是层间界面应满足土体破坏准则；二是条间不能出现拉应力（陈祖煌，2002）。根据对条分法的大量研究可知，只需满足这些条分法的应用条件和上述两项要求，各类方法计算出的安全系数差异不大。此外，极限平衡法也有其局限性，它没有考虑土体自身应力，条间力或底部反力并不是实际状态下的作用力，土体的变形量也不能确定，只能得出假定条件下的边坡稳定安全系数（钱家欢 等，
1996；时卫民 等，2004）。
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第 2 章 渗流理论及水对边坡稳定性的影响
2.1 渗流基本理论
渗流指的是地下水在岩土体孔隙中的运动模式，根据水头、水力坡降、渗流速度随时间的变化规律，由此可分为非饱和渗流和饱和渗流。渗流场是假想水流在渗流作用下占据的空间区域。对于渗流问题，关注的焦点主要集中在渗流力计算、渗流速度、浸润线位置等方面。
2.1.1 达西定律
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2.2 水对边坡稳定性影响
众所周知，岸坡地下水和坡外水位的变化对岸坡稳定性有着极大的影响，据统计 90%以上的库岸失稳形成的滑坡是与库水位变化有着直接的联系。Jomes（1941 年～1953 年）等调查了 Roosevelt 湖附近的滑坡，发现这些滑坡中的 30%是在蓄水阶段发生的，49%的滑坡是发生在水位快速下降时。中村浩之 等（1990）统计了日本发生的库区滑坡，约 60%的滑坡是在水位快速下降时发生的，40%是在水位上升时。由于库区滑坡失稳破坏大多是由水位快速下降所致，因此人们对库区滑坡稳定性影响的研究主要集中在水位快速下降情况下。水位动态变化对滑坡稳定性的影响主要在两个方面：○1 地下水会降低滑坡体的物理力学性质，弱化滑坡体的抗剪强度；○2 库水的作用下会改变坡内孔隙水压力，产生动水压力。同时，库水还会对坡体形成冲刷以及产生软化泥化作用。
2.2.1 水对滑坡岩土体性质的影响
土体的抗剪强度一般是由抗剪强度指标粘聚力和内摩擦力来表示的，当滑坡地下水活动频繁时，其产生的润滑作用会减小坡内岩土体粘聚力和摩阻力，逐渐弱化坡内岩土体的抗剪强度，从而引发滑坡。
（1）软化、泥化作用
人们依据岩土体的含水量的大小，将岩土体划分为干燥状态、非饱和状态以及饱和状态。软化作用指的是滑坡岩土体在水的作用下其抗剪强度降低，通常定义软化系数来表示岩土体的强度。在水位升降的动态变化过程之中，水对滑坡岩土体的软化作用会降低其稳定性。大量的实验研究证明，长时间浸泡在水中的岩土体抗剪强度普遍降低，同时，还发现吸水性越强（如滑坡滑带土中有较多吸水易胀的矿物成分），岩土体抗剪强度减低的程度越大。此外，研究还发现水对岩土体的粘聚力的影响程度是大于内摩擦角的。总之，在水的长期浸泡下，尤其是在存在结构面、软弱层和松散堆积体的滑坡岩土体中，岸坡岩土体的抗剪强度往往会降低，当岸坡的下滑力大于抗滑力时，会发生失稳破环进而引发滑坡。
（2）重度作用
随着水位的上升，岸坡地下水位也随即抬升，坡体下部被库水浸没，下部土体由非饱和状态过渡到饱和状态，此时水的浮力作用用于下部土体，其重度由天然重度变为浮重度，坡体有效重度的减小从而使其稳定性也逐渐减小，易发生失稳破坏。岸坡下部滑动面坡脚较缓时，下部滑体成为阻滑段，在水的浮力作用下抗滑力变小，虽然岸坡的下滑力在变小，但抗滑力的下降幅度更大，因此不利于岸坡的整体稳定性。
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3.1 水位降落引起的三种非稳定渗流模式 ................................. 15
3.2 无量纲分析计算模型的建立及参数选取 .............................. 16
第 4 章 树坪滑坡地质环境条件及变形特征 ................................ 45
4.1 树坪滑坡自然地理 .................................. 45
4.2 树坪滑坡区域地质环境条件 ............................... 46
第 5 章 水位下降条件下树坪滑坡稳定性影响因素分析 .................................... 58
5.1 滑坡流固耦合分析原理 ............................... 58
5.2 模型建立 ........................................ 58
第 6 章 基于正交试验的树坪滑坡影响因素敏感性分析
6.1 树坪滑坡正交试验方案与极差分析
6.1.1 正交试验介绍
滑坡稳定性受多种因素影响，通常可分为内因和外因，比如滑坡区地形地貌、岩土体物理力学性质、地下水位的变化、坡外水位下降速度以及降雨量等影响因素。对滑坡稳定性影响因素进行敏感性分析，可以得到影响滑坡稳定性的主要控制因素，从而可以使滑坡治理与监测工程更有针对性（余能 等，2013；毛新生 等，2008；苏立军 等，2016）。
滑坡稳定性影响因素敏感性分析的基本思想是：基于具体滑坡工程条件和稳定性计算方式，明确主要滑坡稳定性影响因素，根据实际情况，给出各影响因素的合理变化范围，按一定变化趋势确定各影响因素的具体变化数值，得到滑坡稳定性系数的变化值，比较基本指标值，进而确定各影响因素的敏感性大小（张万涛，2011；侯文萃 等，2016；王红肖 等，2016；吴科亮 等，2016；刘毅 等，2019）。
正交设计敏感性分析由正交设计的试验和因素敏感性分析这两部分组成。具体分析步骤如下：
（1）确定试验指标、敏感因子及其水平，选择恰当的正交表，记为 Ln(tm)，其中 L 为正交表记号，n 试验次数，t 为水平数，m 为正交表的列数；
（2）根据确定的正交表开展试验，得到各组合条件下试验指标的结果；
（3）采用极差分析法对试验得到的结果进行分析，得到敏感性结果。
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结论及展望
结论
本文通过建立均质土坡模型，分析均质土坡水位缓降、骤降以及非稳定渗流模式下渗流场以及稳定性影响因素。在以上规律性研究的基础上，针对树坪滑坡实例，基于流固耦合原理和考虑基质吸力影响的 Morgenstern-Price 法，研究库水在不同降速、极端降速叠加降雨、土体强度弱化以及不同渗透系数下滑坡渗流及稳定性变化规律。此外，采用正交试验对树坪滑坡影响因素敏感性进行分析，研究树坪滑坡稳定性影响因素对于稳定性系数的敏感程度，确定各类因素的敏感性大小。主要结论如下：
（1）缓降模式下，均质土坡坡内浸润线和孔隙水压力与坡外水位同步降落；骤降模式下，坡内浸润线和孔隙水压力不受坡外水位变化影响；非稳定渗流模式下，随着坡外水位下降，浸润线逐渐向上凸，土体渗透系数越小其上凸特征越明显；边坡内浸润线滞后于坡外水位，临近坡面的位置对滞后现象的反应更为敏感。
（2）采用解析法推导出缓降骤降下稳定性计算公式，得出缓降骤降条件下均质土坡的稳定性系数，并与有限元强度折减法及 Morgenstern-Price 法得出的稳定性系数进行对比验证，三种计算方法的结果较为一致。在此基础上，着重从水位下降比、修正的稳定性参数 λ、坡度、土体渗透系数以及水位下降速度等五个方面系统探讨了缓降、骤降以及非稳定渗流模式下边坡稳定性及其影响程度，结果表明：在骤降下随着水位下降比增大，均质土坡的相对安全系数先线性急剧下降、后趋于平稳；在缓降下随着水位下降比增大，相对安全系数先线性下降，趋于平稳后又小幅上升。当水位下降比相同时，参数 λ 与边坡相对安全系数成正相关，而坡度则与相对安全系数成负相关；在非稳定渗流下随着水位下降比的持续增大，边坡相对安全系数近似线性下降，而后变化趋缓；在水位下降比从 0 增加到 1.0 的过程中，水位下降速度与土坡的相对安全系数成负相关。水位下降比相同时，渗透系数与相对安全系数成正相关。
（3）根据树坪滑坡在 2012 年 1 月到 7 月的库水实际调度方案，模拟库水位实际的下降情况，可以得出：当库水以 0.15m/d 由 175m 降至 163m，该阶段的累积位移平稳上升，滑坡发生缓慢蠕变；当库水以 0.6m/d 由 163m 降至 145m，可以看出库水在 163m 时，出现了明显的阶跃现象，此后累计位移急剧上升，滑坡稳定性也在快速下降，这与实际的滑坡累计位移监测资料较为一致。
参考文献（略）