庫區(qū)邊坡滑坡變形特性及成因機(jī)理研究

蔣業(yè)龍，肖可洋

(1.安徽省引江濟(jì)淮集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 231500；2.江西省水投建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330000)

我國一直以來都是一個(gè)多山地的國家，庫區(qū)滑坡也較多，但滑坡容易變形，會(huì)給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成不可避免的損失，為此庫區(qū)滑坡變形成為我國水利工程的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，近年來，許多專家學(xué)者針對(duì)以上因素開展相關(guān)研究。

丁心香[1]依據(jù)工程實(shí)況，從施工地質(zhì)情況、邊坡變形情況以及穩(wěn)定性進(jìn)行分析邊坡狀態(tài)，以此研究邊坡破環(huán)原因及特征，并在此基礎(chǔ)上提出相關(guān)解決方案。王東等人[2]基于推力法理論，提出邊坡參數(shù)反演法，并應(yīng)用于工程實(shí)際，結(jié)果表明通過該方法可以準(zhǔn)確算出巖體的內(nèi)摩擦角，并且減少工作量，具有廣泛應(yīng)用性。鄢鏡等人[3]針對(duì)復(fù)雜地形下邊坡變形特征進(jìn)行穩(wěn)定性分析，提出相應(yīng)的加固邊坡方法，并對(duì)加固后的邊坡進(jìn)行試驗(yàn)復(fù)核。周英博等人[4]結(jié)合工程實(shí)例研究在極限荷載作用下滑坡的穩(wěn)定性，通過數(shù)值模擬的方法建立模型，從基礎(chǔ)位移和塑性區(qū)入手研究邊坡荷載狀態(tài)以及對(duì)周邊的擾動(dòng)影響。曾琇舒[5]基于數(shù)值模擬對(duì)邊坡土壤基礎(chǔ)力學(xué)性能進(jìn)行研究，并對(duì)模擬降雨情況下邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以此探究邊坡失穩(wěn)的臨界狀態(tài)，同時(shí)提出解決方法?；蒈奫6]基于室內(nèi)試驗(yàn)揭示剪切速率對(duì)邊坡軟土層的破壞情況，以此開展在不同速率下邊坡軟土層的破壞機(jī)理，研究表明，邊坡軟土層的強(qiáng)度會(huì)隨著剪切速率增加呈現(xiàn)凹性變化。

本研究以庫區(qū)邊坡為研究對(duì)象，對(duì)庫區(qū)邊坡滑坡變形特性及成因進(jìn)行分析，確定該滑坡面面臨的問題，提出治理措施，為邊坡治理提供參考。

1 工程概況

庫區(qū)邊坡位于盆地境內(nèi)，靠近長江流域，空氣質(zhì)量較好，氣候溫和濕潤，但夏季多雨冬季多霧。降雨時(shí)間主要集中在夏季，冬季降雨較少，屬于典型的覆蓋層滑坡。邊坡總體地貌為河谷地貌，也屬于大斜坡地貌，整體地勢較高，由東西向、北東向褶皺為主要邊坡構(gòu)成，斷裂不發(fā)育。庫區(qū)內(nèi)地下水主要為孔隙水，分為松散巖孔隙水和基巖孔隙水，松散巖孔隙水主要在滑坡堆積物中，分布較為分散，埋深一般在6m左右，基巖孔隙水主要在遠(yuǎn)古砂巖風(fēng)化裂隙內(nèi)。滑坡平面位置如圖1所示。

圖1 滑坡平面示意圖

由圖1可知，滑坡平面整體呈現(xiàn)類似梯形狀態(tài)，剖面呈順向自然斜坡，斜坡向西北方向發(fā)展，且滑坡邊界前、后有滑坡群?；虑昂笙鄬?duì)高差超過100m，邊坡長度超過300m，寬度則超過250m，坡度在25°左右，滑坡土體為砂質(zhì)頁巖，土體厚度在1m左右，波動(dòng)范圍為0.5m，巖體厚度超過2m，平均厚度達(dá)到7m?；轮饕扇斯ざ逊e、山體滑落等因素導(dǎo)致，其中人工堆積土壤成分較為復(fù)雜，多分布于滑坡表層，分布厚度一般低于1.4m。山體滑落物多為碎塊石，且附帶少量黏土，該土層厚度超過1m，最厚可達(dá)3.1m。

通過勘探可以發(fā)現(xiàn)，該滑坡為三級(jí)軟弱土壤層巖質(zhì)滑坡。由于滑坡土體較薄，厚度在0.5～3.5m不等，且?guī)r體形狀較為一致，坡度也維持在24°左右，自上而下Ⅰ級(jí)滑坡位于3m左右深的表層土壤面，高程400m；Ⅱ級(jí)滑坡位于5m左右深的巖質(zhì)土壤面，區(qū)域較為陡峭，高程在363m；Ⅲ級(jí)滑坡位于9m左右深的砂質(zhì)頁巖層，該區(qū)域接近居民區(qū)，高程358m。

2 滑坡變形特征及成因分析

2.1 滑坡變形特征分析

根據(jù)現(xiàn)場情況，滑坡變形主要分為順向滑動(dòng)變形和滑坡表層土壤發(fā)生坍塌而產(chǎn)生的變形。其中滑坡的滑動(dòng)變形主要在分割線2-2的水池處以及7-7剖面房屋處，前者為巖體露出變形，錯(cuò)動(dòng)距離為0.15m；后者為臨空巖體滑動(dòng)產(chǎn)生的坍塌變形，主要由于天氣情況導(dǎo)致，土層主要分布于坡滑后緣，后緣較陡，容易受到地貌情況發(fā)生改變，因此在天氣較為惡劣的情況下，該土層容易發(fā)生坍塌[7-8]。

2.2 滑坡成因分析

從地貌分析，滑坡為斜坡地帶，坡度較緩，一般在23°左右，局部地區(qū)較為陡峭，滑坡前端臨空，為滑坡提供了一定的成形條件。從地質(zhì)構(gòu)造情況分析，滑坡內(nèi)部巖層為順向坡，傾角為23°左右，也較緩。滑床巖層為頁巖層，其透水性差，可以起到隔水的作用，在降雨情況下容易形成軟弱帶?；轮饕苫氖瘔K以及巖體構(gòu)成，常年雨水較為充足，使得滑坡地帶容易形成地下水。

3 穩(wěn)定性分析

根據(jù)滑坡坡變形特征及成因分析，滑坡主要由于巖體面層滑動(dòng)，主要是由于該面層屬于光滑面，滑體厚度小﹐容易受到周邊環(huán)境影響，導(dǎo)致該滑面易產(chǎn)生下滑?；虑岸伺R空，會(huì)產(chǎn)生明顯錯(cuò)動(dòng)，滑動(dòng)屬于牽引式的滑動(dòng)面。

3.1 模型方法和數(shù)值選取

對(duì)于滑面的穩(wěn)定性分析，采用傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡穩(wěn)定性能力，其計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 計(jì)算模型示意圖

其中下推力計(jì)算公式為：

Pi=Pi-1φi+FstTi-Ri

(1)

式中，i—水力梯度；Pi—滑坡壓力值，kPa；φi—i條塊滑動(dòng)面的內(nèi)摩擦角，(°)；Fst—滑坡安全系數(shù)；Ti—i條塊滑動(dòng)面的下滑分力，kPa；Ri—i塊抗滑力，kPa，；Ni—i條塊滑動(dòng)面法向分力，kPa；Wi—i條塊自重+荷載，kPa；θi—i條塊底部傾角，(°)。

根據(jù)實(shí)際概況，設(shè)置2種工況，工況1為自重+地表荷載；工況2為工況1的基礎(chǔ)上加上大暴雨，以此進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算。得到得滑坡土壤物理參數(shù)見表1。

表1 滑坡土壤物理參數(shù)

并且通過開展大型剪切試驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)分析得出滑坡巖層強(qiáng)度參數(shù)。其中各種巖層采用反算指標(biāo)，其他層面通過剪切試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)法確定。其中類別主要為：①砂巖；②砂巖和頁巖接錯(cuò)面；③炭巖和頁巖層；④炭巖和砂巖層面，具體情況見表2。

表2 巖層剪切面參數(shù)

3.2 穩(wěn)定性分析

根據(jù)計(jì)算方法選取剖面1-1、2-2以及7-7進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 滑坡穩(wěn)定性結(jié)果

由表3可知，1-1和2-2剖面在工況1的情況下，其穩(wěn)定系數(shù)大于1.15，但7-7剖面比標(biāo)準(zhǔn)安全系數(shù)稍大，處于穩(wěn)定狀態(tài)。而在暴雨影響后，工況2的剖面處于不穩(wěn)定～基本穩(wěn)定之間，對(duì)比工況1可以發(fā)現(xiàn)2-2剖面受暴雨影響較為明顯，從穩(wěn)定狀態(tài)直接變成不穩(wěn)定狀態(tài)，與監(jiān)測結(jié)果一致。

4 邊坡治理措施

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，滑坡可以判定為處于基本穩(wěn)定與不穩(wěn)定狀態(tài)之間，需進(jìn)行加固治理，結(jié)合實(shí)際施工條件，采用抗滑樁進(jìn)行加固治理，滑坡本身土體較薄且陡峭，降雨是導(dǎo)致滑坡的主要成因，為防止坍塌需設(shè)置截排水系統(tǒng)，滑坡治理工程在2020年10月份完成，在邊坡治理實(shí)施前對(duì)滑坡位移進(jìn)行了監(jiān)測，滑坡面上總共布置了4個(gè)GPS監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)平面位置如圖1所示，滑坡體位移情況如圖3所示，在滑坡體治理前，滑坡水平位移發(fā)生劇增，增長幅度達(dá)到100%，其中GPS22監(jiān)測站的水平位移變化最大，GPS24監(jiān)測站的水平位移變化最小，滑坡左側(cè)變化幅度較右側(cè)要大。在2020年10月之后，滑坡的位移變形基本保持不變，說明滑坡治理方案實(shí)施效果較好，滑坡水平位移得到有效控制。

圖3 滑坡體位移圖

5 結(jié)論

本文以某庫區(qū)邊坡為研究對(duì)象，基于傳遞系數(shù)法建立計(jì)算模型，對(duì)滑坡面進(jìn)行穩(wěn)定性分析，結(jié)果表明：在降雨條件下，面層下巖層的強(qiáng)度明顯減弱，滑坡水平位移發(fā)生劇增，增長幅度達(dá)到100%，且滑坡左側(cè)變化幅度較右側(cè)要大；滑坡變形情況與降雨程度相關(guān)，降雨量的增加導(dǎo)致滑坡位移變形出現(xiàn)明顯增加，在暴雨影響下滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。在坡頂設(shè)置截排水系統(tǒng)減小雨水對(duì)坡體的影響，同時(shí)在滑坡面上布置抗滑樁提高邊坡穩(wěn)定性，可使滑坡的位移變形得到有效控制，治理方案效果較好。建議在水庫運(yùn)行過程中，加強(qiáng)自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，確保水庫運(yùn)行安全，避免滑坡災(zāi)害發(fā)生。