坡腳淹沒引起的災害 ——2020年巖土注冊考試下午知識19題討論

翻看2020年巖土注冊考試的考題，見到一道考題，涉及一個不得不說的問題，在這里提出供同行們討論。

2020年下午知識19題：

某邊坡工程，暴雨過程中，坡體重度增加，假定潛在滑裂面浸水后強度不變，但未出現滑動，坡腳雨水匯集，淹沒部分邊坡。暴雨前到暴雨過程中（坡腳未被淹沒）到坡腳匯水淹沒，邊坡的安全系數的變化為下列哪個選項？

(A) 先變大后變小                  (B) 先變小后變大

(C) 一直在變小                    (D) 先變小然后不變

我發現幾本材料，其選項都是B。解釋說：“坡腳未被淹沒時，滑體自重增加，下滑力增加，安全系數減??；部分邊坡被淹沒時，由于土坡下部浸水，滑體有效自重減小，潛在滑動面抗剪強度不變，安全系數增加”。

這種僅僅從重度來考慮的思想是很狹窄、片面和有害的。首先介紹一個工程案例：

1961年3月6日下午6點半左右，位于湖南省安化縣資水河谷的總庫容為35.7億立米柘溪水庫工程尚未竣工，還有一些工人在壩面的溢洪道上和兩岸施工，但水庫已經蓄水，水位在距正常高水位約20m的高程。經歷了連續8天降雨后，湖面上波浪不驚，十分平靜。18時40分,隨著一聲悶響，庫水驟然掀起狂濤巨浪，水墻壁立，20m高的涌浪沖過尚未建完的壩頂，漫過壩面，席卷了壩頂上的臨時擋水建筑物和左右岸施工現場，將在大壩中段溢洪道和兩岸施工的工人沖向下游谷底，造成傷亡88人的特別重大傷亡事故，其中64人淹溺死亡，24人受傷。

驚魂稍定，人們發現上游庫區右岸，距壩址1.5公里處的塘巖光地段發生了大滑坡，滑坡體體積達165萬立方米?；碌陌偃f方土石以高達25米/秒的速度滑入水深50余米的庫內，壩前水位迅速上升了4m，激起的涌浪造成庫水漫頂，使毫無提防的人們遭到滅頂之災。

事后分析其原因是：1961年3月，庫區已經連續降雨8天，與此同時水庫初次蓄水到148m高程，淹沒了庫區岸坡的下部，見圖1。

圖1 庫區塘巖光滑坡縱橫斷面圖

事后分析認為，造成庫區的岸坡抗滑穩定性急劇下降主要原因如下：

（1）由于降雨和浸水使板巖的含黏土夾層泥化，抗剪強度和抗滑力降低；

（2）降雨產生了巖坡的滲流，其滲透力增加了滑動力；

（3）柘溪水庫庫區的地址條件十分復雜，在庫區右岸的塘巖光地段是含黏土夾層的板巖，坡的節理傾向與岸坡坡向一致，向著庫區；并且受到斷層節理的切割，滑坡發生在兩個斷層和層間錯動之間，降雨與飽和使其無法得到兩側巖體的牽制也是可能的原因。

圖2 岸坡滑動原因示意圖

但是最主要的原因還在于庫區初次蓄水，使岸坡部分浸水淹沒。這種岸坡前的堆積體可用圓弧滑動面條分法分析，以最簡單的瑞典圓弧條分法為例，見式（1）。水庫蓄水前，岸坡的堆積體與含黏土夾層的板巖的穩定，很大程度靠坡下部堆積土體的自重支撐，與上部巖土體比較，對于圓弧滑動面，這部分土的圓心角q_i很小，甚至可為負值或0。自重產生的滑動力（荷載bh_ig_isinq_i較小或負值，而抗滑力（抗力）bh_ig_icosq_itanj_i較大，可維持著坡體的平衡。一旦僅在庫水位上升將其部分淹沒，它們的自重從天然重度g變為浮重度g ￠，抗滑力急劇減小，引起滑坡。

(1)

在《碾壓式土石壩設計規范》(DL/T5395-2007)中規定的壩坡穩定分析工況有：(1)施工期及竣工時上下游坡, (2)穩定滲流期上下游坡, (3)水位降落上游坡, (4)正常運用＋地震上下游坡。其他情況都可以理解，只是為什么“穩定滲流期上游坡”也要進行穩定分析。因為這是水是向坡內滲流，滲透力指向坡內，產生抗滑力，比任何情況下都安全。但是在其條文說明中指出：“上游壩坡在庫水位為高水位情況下雖不會滑動，但在庫水位為中間某一水位（正常高和死水位之間）時，由于上部為濕重度，下部為浮重度，存在比正常蓄水位或空庫時穩定安全系數低的情況。該水位一般稱為不利水位，對均質壩該水位約為壩高的1/3，因此對上游坡也應進行按期分析。”

圖3 水位在1/3壩高的均質壩上游壩面穩定性

可見，即使是浸水后土的強度指標不變（一般粗粒硬質巖屑的j值變化不大），其邊坡穩定安全系數也會由于部分浸水而滑動。初次蓄水而引發的次生災害：庫區滑坡和誘發地震、在上個世紀水利界成為普遍的共識。由于各縱斷面的壩高，庫區的岸坡位于不同的高程，所以在水庫初次蓄水的不同水位都可誘發滑坡，包括引起初次滑動和引起古滑坡的再次滑動。三峽水庫蓄水引起的一系列庫區滑坡此起彼伏，就是這個原因。

不知此題的命題者的“標準”答案是什么，但我見到的解答都是選項B。這種只從重度的認識是很片面的，也是容易誤導年輕的巖土工程技術人員，導致他們在以后的工程實踐中犯錯誤。