小浪底東苗家滑坡體原始狀態(tài)穩(wěn)定性分析

李　晨， 胡江春， 劉曉陽， 郭乃勝， 林國華

(中原工學院， 鄭州 450007)

小浪底東苗家滑坡體原始狀態(tài)穩(wěn)定性分析

李晨， 胡江春， 劉曉陽， 郭乃勝， 林國華

(中原工學院， 鄭州 450007)

摘要：針對東苗家滑坡體的地質條件，根據(jù)其滑坡體變形特征及多種復雜變形組合破壞形式，選用Sarma法對東苗家滑坡體在原始狀態(tài)的穩(wěn)定性進行分析和評價。結果表明：東苗家滑坡體在自然狀態(tài)下基本處于穩(wěn)定狀態(tài)；在Ⅶ度地震烈度條件下，該滑坡體將會失穩(wěn)；地下水位的變化對滑坡體穩(wěn)定性具有一定影響，但不起主要作用。

關鍵詞：東苗家滑坡體； Sarma法； 自然狀態(tài)； 地震因素； 地下水位變化

受河流沖刷、雨水浸泡、地下水活動、地震及人工切坡等影響，水電、能源以及露天采礦等領域的滑坡體不斷發(fā)生。其中，庫岸區(qū)滑坡既威脅城鎮(zhèn)和居民安全，又影響鐵路、公路與航運交通，還涉及國家文物的保護及大中型水利工程的安全等[1-2]。在我國許多大中型水電站施工和運行過程中，水庫庫岸滑坡穩(wěn)定性是有關各方極為關注的問題。相關研究者對滑坡體穩(wěn)定性的分析、評價、加固以及治理方法提出了有效見解[3-6]。

東苗家滑坡體位于小浪底水庫大壩下游約2 km處，其滑坡體穩(wěn)定性直接影響了小浪底工程泄水建筑物、4#公路及東苗家移民新村的安全。本文從小浪底水庫東苗家滑坡體的地質條件出發(fā)，考慮其滑坡體的變形特征以及由多種復雜變形組合的破壞形式，選用Sarma法對東苗家滑坡體原始狀態(tài)的穩(wěn)定性進行分析及評價，旨在更加有效地評估東苗家滑坡體的長期穩(wěn)定性。

1東苗家滑坡體基本特征及成因機制

1.1滑坡體地貌形態(tài)特征

東苗家滑坡體位于小浪底水庫大壩下游約2 km的黃河右岸基巖斜坡區(qū)，狂口背斜東北翼的傾覆端，并臨近背斜軸部。其正常巖體為單斜地層，巖層傾向NE，傾角6~10°，為典型的順向坡，總體積約5×106m3。其前緣凸入黃河約60 m，坡腳高程135 m左右；后部為一東西向山梁，梁頂高程281.1 m。該山梁西南側發(fā)育出一條陡峻的環(huán)形深切溝，溝底高程190 m左右?；麦w后緣位于山梁北側黃河四級階地前緣，高程250~270 m?；麦w西側為一較寬沖溝，東側為一小沖溝。

滑坡體所在區(qū)域巖體主要由層狀鈣、硅質砂巖、細砂巖、泥質粉砂巖和粘土巖組成。其巖體結構特征為巖層分布軟硬相間。從平面看(見圖1)，滑坡體呈舌形，東西寬平均約350 m，南北長約400 m。從剖面看(見圖2)，滑坡體平均厚度約35 m，其前部呈斜坡狀，平均坡度30°左右；滑坡體中后部表現(xiàn)為多級臺階式地形。4#公路橫貫其中，高程210~214 m。

1.2滑坡體成因機制分析

東苗家滑坡體發(fā)育于臨河順向基巖岸坡中，其變形破壞主要受三方面因素影響。

(1)軟硬相間的順向坡地層和層間泥化夾層發(fā)育形成的易滑地層組合。東苗家一帶岸坡主要為砂巖、粘土巖組成的基巖順向坡。這類軟硬相間的地層沿軟巖夾層普遍發(fā)育有泥化夾層。泥化夾層在飽和狀態(tài)下抗剪強度很低，易構成潛在滑移面。因此，巖體易沿泥化層失穩(wěn)滑動而形成易滑地層組合。

圖1　東苗家滑坡區(qū)地形平面圖

圖2　東苗家滑坡3-3剖面圖

(2)河谷下切構成了岸坡臨空條件。中更新世末、晚更新世初為黃河河谷急劇下切階段，形成了相對較陡的基巖岸坡，對順向坡進一步構成了切割臨空條件。

(3)F1斷層(見圖2)和陡傾角節(jié)理構成了滑坡體后部切割分離面。規(guī)模較大的F1斷層橫貫滑坡體后部，構成了滑坡體后緣切割分離面。受F1斷層影響，斷層帶附近地層變陡，其北側巖層傾角達45~58°，從而為巖層的順層滑移提供了推動力。

除此之外，降雨及地下水作用、地震活動等也對岸坡的變形破壞造成了影響?；w兩側的沖溝切割也使滑坡體周圍易形成有利于滑動變形的地質邊界條件。

2滑坡體穩(wěn)定性分析

2.1計算方法的選擇

通過Sarma法對滑坡穩(wěn)定性驗算，基于剛體極限平衡理論，即邊坡巖體除非是沿一個理想的平面或弧面滑動，才可作為一個完整的剛體運動；否則，巖體必須先破裂成多塊相對滑動的塊體，才可能發(fā)生滑動，亦即在滑動前滑面上的剪力不但要平衡，而且還要在滑體內部發(fā)生剪切[7-8]。東苗家滑坡體為一種復雜的多種變形組合破壞形式。其前部以塌滑為主，中部以平面滑動為主，后緣則以拉裂變形為主，并在整體滑動變形中有多層及多級分塊滑動。根據(jù)東苗家滑坡體的變形機制，考慮F1斷層和后緣裂縫，采用Sarma法計算其穩(wěn)定性是合適的。

2.2計算剖面的選取

東苗家滑坡體3-3地質剖面位于滑坡體的中間位置(見圖1)，方向NE 10°，與滑體主滑方向基本一致。因此，可選取3-3剖面(見圖2)作為典型計算剖面。

2.3計算參數(shù)的確定

2.3.1滑面抗剪強度參數(shù)確定

東苗家滑坡體滑面抗剪強度參數(shù)由類比法確定。根據(jù)大量的壩址區(qū)構造泥化夾層抗剪強度研究成果及工程實踐經(jīng)驗，全泥型夾泥抗剪強度參數(shù)f應取0.20~0.23，c=0.005 MPa。此外，對小浪底一壩址右岸滑體內滑帶泥進行3組大型原位抗剪試驗(無側限)(見表1)，全泥型滑帶泥，f=0.18~0.24，c=0.003~0.004 MPa。

表1　一壩址右岸滑坡滑帶泥原位抗剪試驗成果表

注：φ表示內摩擦角；C表示粘聚強度。

根據(jù)以上資料，并考慮東苗家滑帶泥性狀特征，取其抗剪強度參數(shù)f=0.22，c=0.007 MPa。對滑坡前部滑塌體及中后部分塊體滑動破裂面，根據(jù)其破壞形式及物質結構特征，參照有關經(jīng)驗數(shù)據(jù)，進行參數(shù)反演分析，建議其抗剪強度參數(shù)取值如下：前部滑塌體：f=0.40，c=0.018 MPa；分塊滑動破裂面：f=0.45，c=0.020 MPa。

2.3.2滑體容重

組成滑體的各類巖土物質容重值可參照經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定如下：前緣滑塌體：γ=23 kN/m3；滑體表層黃土：γ=20 kN/m3；中后部滑體：γ=24 kN/m3。

2.3.3地震力

分別按無地震及Ⅶ度地震烈度考慮，Ⅶ度地震條件下地震水平加速度取0.1 g。

2.4計算結果

選取計算參數(shù)后，采用Sarma法對滑坡體進行計算，得到了東苗家滑坡體總體滑移情況下的安全系數(shù)。計算時，根據(jù)地表和巖體結構特征將滑坡體剖分為11個塊體，如圖3所示。計算結果見表2。

2.5結果分析

由表2結果可知：東苗家滑坡體在自然狀態(tài)下，安全系數(shù)略大于1.0，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；地震因素對滑坡體穩(wěn)定性影響顯著，在考慮Ⅶ度地震烈度條件下，安全系數(shù)小于1.0，滑坡體將處于不穩(wěn)定狀態(tài)；地下水位的抬升對滑坡體穩(wěn)定性具有一定的影響，但影響不是很明顯。地下水對滑坡體穩(wěn)定性更明顯的影響表現(xiàn)在滑面泥質夾層強度的降低。

圖3　Sarma法計算剖面圖

狀 態(tài)地震水平加速度/g安全系數(shù)自然狀態(tài)下01.0480.10.726滑面以上10m飽水01.0360.10.718滑體全部飽水01.0220.10.704

由此可知：自然條件下河水對滑坡體前緣坡腳的沖刷與滑坡體前部堆積物的緩慢蠕動變形基本保持平衡，現(xiàn)有條件下滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但穩(wěn)定系數(shù)不高，需采取必要的防護措施。

3結語

對東苗家滑坡體地質條件調查、成因機制分析以及各種狀態(tài)的穩(wěn)定性研究可知：東苗家滑坡體在自然情況下基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是，當環(huán)境條件變化后，其穩(wěn)定性會發(fā)生變化。當?shù)叵滤惶?，直至滑坡體全部飽水，滑坡體穩(wěn)定性有所降低但也基本處于穩(wěn)定，其影響不甚顯著。在Ⅶ度地震烈度條件下，東苗家滑坡體有失穩(wěn)下滑的可能性，并隨地下水位抬升其失穩(wěn)下滑的可能性增大。因此，基于長期穩(wěn)定性要求，需對東苗家滑坡體采取工程處理，防患于未然。

參考文獻：

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(責任編輯：王長通)

Stability Analysis of Xiaolangdi Dongmiaojia Landslide

in Original State

LI Chen， HU Jiang-chun, LIU Xiao-yang, GUO Nai-sheng, LIN Guo-hua

(Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 450007，China)

Abstract:Aiming at the geological conditions of Dongmiaojia landslide, according to its landslide deformation characteristics, as well as a variety of complex deformation and combination in the form of damage, Sarma method is chosen to analyze and evaluate the stability of Dongmiaojia landslide under original state. Results show that Dongmiaojia landslide in the natural state is basically in a steady state. Accordance with the provision of Seismic Design of Buildings,landslide district has a Ⅶ degrees fortification intensity and the landslide will be instability at the time of Ⅶ degrees seismic. It proves that the impact of seismic activity on landslide stability is significantly. Changes in groundwater level has a certain influence on the stability of landslide,but can not afford a major role. Conclusions has reference significance on the long-term stability evaluation of Dongmiaojia landslide.

Key words:Dongmiaojia landslide; Sarma method; natural state; earthquake factors; groundwater level changes

文章編號：1671-6906(2015)01-0079-05

作者簡介：孫俊偉(1986-)，男，河南周口人，碩士，研究方向為水處理理論與技術。

基金項目：安徽高校省級自然科學研究項目(KJ2012B016)；安徽工程大學青年科研基金項目(2013YQ39)

收稿日期：2014-04-22

中圖分類號：TV223

文獻標志碼：ADOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2015.01.019