基于強(qiáng)度折減法的兵團(tuán)第四師某水庫(kù)庫(kù)壩區(qū)滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

邱 曼

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)地質(zhì)勘查測(cè)繪中心，新疆 烏魯木齊 830002）

兵團(tuán)第四師位于我國(guó)西北地區(qū)易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的新疆伊犁地區(qū)。由于獨(dú)特的黃土沉積環(huán)境和濕潤(rùn)氣候背景，加之開(kāi)挖坡體等人類(lèi)工程活動(dòng)的日趨頻繁，對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響很大，往往造成滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，給人類(lèi)生產(chǎn)生活造成極大危害。本文以兵團(tuán)第四師某水庫(kù)庫(kù)壩區(qū)滑坡為研究對(duì)象，采用地形測(cè)量、地面測(cè)繪與調(diào)查、井（槽）探、鉆探、巖土試驗(yàn)等手段，查明滑坡地質(zhì)環(huán)境條件、特征及成因，采用強(qiáng)度折減法對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，以期為下一步地質(zhì)災(zāi)害勘查設(shè)計(jì)及施工提供參考。

1 滑坡地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 氣象水文

滑坡地處昭蘇盆地西北部，年平均溫度3.5℃，年平均蒸發(fā)量1039.7mm，年平均降水量496.1mm，具有典型大陸性氣候特點(diǎn)，區(qū)內(nèi)常年性流水為小也爾門(mén)提溝，年均徑流量553×104m3，主要集中在4～9月。

1.2 地形地貌

區(qū)內(nèi)地貌由北向南呈階梯狀分布，分別為構(gòu)造剝蝕低山丘陵地貌和山前沖洪積平原地貌。構(gòu)造剝蝕低山丘陵地貌分布于滑坡北側(cè)，山勢(shì)較陡峻，坡度10°～30°，山體基巖裸露，沖溝發(fā)育，坡體上部多分布有殘積土，地形起伏，溝梁相間，地表植被稀疏。山前沖洪積平原地貌分布于低山丘陵區(qū)以南，地形平緩。

1.3 地層巖性

區(qū)內(nèi)出露地層主要有新生界新近系和第四系，巖性分述如下：新近系中—上新統(tǒng)為灰綠色、黃褐色、黃棕色、棕紅色泥巖，呈互層狀，以泥巖為主，局部夾薄層砂巖和礫巖；第四系中更新統(tǒng)冰水沉積層為砂礫石，灰白色、稍密—中密，稍濕，磨圓差，分選差，填充粉土，厚0.7～6m；第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積層為黃土狀粉土、局部含礫，土黃色—棕紅色、灰褐色，稍密—中密，稍濕，夾薄層砂礫石透鏡體，厚1.5～14m；第四系全新統(tǒng)沖洪積層為卵礫石，黃褐色、灰白色，稍密—中密，厚3.5～6.5m；第四系全新統(tǒng)滑坡堆積體為黃土狀粉土、粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化泥巖，土黃色—棕紅色、灰褐色，稍密—中密，稍濕，夾薄層砂礫石透鏡體，厚5～12m。第四系全新統(tǒng)人工填土為黃土狀粉土，土黃色、灰褐色，稍密，稍濕，含少量砂礫石，厚1～4m。

1.4 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)主要為賦存于第四系松散土中的孔隙水和上層滯水。地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水和庫(kù)水入滲，通過(guò)黃土裂隙向溝壑排泄，其徑流途徑較短，就地在滑坡所在斜坡的低洼處以泉水或滲水形式排泄于溝谷[1]。

1.5 人類(lèi)工程活動(dòng)

區(qū)內(nèi)人類(lèi)工程活動(dòng)主要為水庫(kù)施工建設(shè)。地表多覆蓋第四系風(fēng)積黃土與第三系泥巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，加之須開(kāi)挖斜坡修建各類(lèi)水利設(shè)施及施工道路，勢(shì)必形成不穩(wěn)定邊坡，極易產(chǎn)生山體滑坡。

2 滑坡地質(zhì)特征及成因分析

2.1 滑坡規(guī)模、形態(tài)及變形活動(dòng)特征

滑坡滑動(dòng)面上陡下緩，近似圓弧形，長(zhǎng)約270m，滑坡壁坡度較陡，在60°～80°之間，高度20～30m，屬中型復(fù)合式土質(zhì)滑坡?；麦w兩側(cè)、前緣和鼓丘上已產(chǎn)生性質(zhì)不同的拉張裂縫、擠壓裂縫和剪切裂縫，斜坡面發(fā)現(xiàn)大量表層裂縫、半坡前緣鼓脹，中上部變形嚴(yán)重，形成3處二級(jí)平臺(tái)和鼓脹現(xiàn)象。整個(gè)滑坡滑動(dòng)向西偏南，滑坡前緣由于水庫(kù)蓄水、坡腳浸水等已發(fā)生局部滑動(dòng)，后期蓄水會(huì)加速滑坡體整體變形滑移，南側(cè)泄洪渠施工開(kāi)挖處也已發(fā)生滑動(dòng)，其余部分在降雨等不利因素影響下，也有滑坡風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 滑坡結(jié)構(gòu)特征

滑坡體主要為基巖上覆蓋層，覆蓋層主要是粉土、粉質(zhì)粘土和卵礫石，在河床邊上和山頂上為礫質(zhì)土，基巖為泥砂巖互層。該區(qū)多數(shù)區(qū)域覆蓋層厚度0～15m，滑動(dòng)層在覆蓋層和基巖層內(nèi)都會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，滑體厚度0～12.8m?；嬷饕挥诟采w層和基巖接觸帶?；矠槟鄮r，后部較陡，約40°，中部和前部趨緩，約15°～25°。

2.3 滑坡主要成因分析

（1）巖土體性質(zhì)與結(jié)構(gòu)：滑坡體結(jié)構(gòu)疏松、垂直裂隙發(fā)育、透水性較好，雨水易入滲至下部基巖頂面，在相對(duì)隔水的基巖層表面易形成匯水區(qū)，使底部黃土飽水軟化，同時(shí)泥巖上部遇水微膨脹、泥化、強(qiáng)度降低，易在黃土和基巖接觸帶處形成相對(duì)軟弱的外傾層間滑動(dòng)帶。

（2）地下水：滑坡堆積體內(nèi)裂縫發(fā)育，為雨水、地表水入滲提供了條件[2]。黃土下伏的泥巖為隔水層，地下水長(zhǎng)期在上述兩種地層接觸面以上富集，導(dǎo)致接觸面以上一定厚度的黃土飽和，自重增加，強(qiáng)度降低，基巖表面膨脹、軟化形成泥化層，抗滑能力明顯降低，上覆黃土體沿接觸面易發(fā)生滑動(dòng)。

（3）人類(lèi)工程活動(dòng)：水庫(kù)工程建設(shè)開(kāi)挖斜坡，削坡位置泥巖裸露，無(wú)防水措施，在雨水浸泡下，易泥化、軟化，抗剪強(qiáng)度降低，邊坡的開(kāi)挖，也改變了邊坡原有的應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)斜坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響；水庫(kù)蓄水后，滑坡坡腳在庫(kù)水的浸泡下飽和軟化，在蓄水位波動(dòng)時(shí)會(huì)降低滑坡穩(wěn)定性，隨著水位上下多次變化，會(huì)使滑帶土抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生累進(jìn)性折減。

3 滑坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

強(qiáng)度折減法能夠分析從邊坡起始狀態(tài)到破壞狀態(tài)的變形過(guò)程，其是通過(guò)對(duì)土體剪切強(qiáng)度的逐步減小直至某點(diǎn)計(jì)算不再收斂，則將該點(diǎn)定為處于破壞狀態(tài)，最大強(qiáng)度折減率即為最小安全系數(shù)[3-9]。用于該法中的土體材料模型有摩爾—庫(kù)倫、德魯克—普拉格、修正摩爾—庫(kù)倫，分析過(guò)程中，本構(gòu)參數(shù)除了粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ和膨脹角是可變的，其他均不變。和土體單元相關(guān)的參數(shù)（粘聚力、內(nèi)摩擦角、膨脹角）是逐漸減小的，邊坡破壞安全系數(shù)（Fs）表達(dá)式如下：

式中：τ——壩坡的剪切強(qiáng)度因子；

τf——滑動(dòng)面上的剪切應(yīng)力；

SRF——強(qiáng)度折減系數(shù)。

3.1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算模型選取

本次有限元計(jì)算針對(duì)滑坡剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，滑坡坡高近60m。巖土體材料分為粉土、砂礫石、泥巖三部分，本構(gòu)模型采用摩爾—庫(kù)倫。模型坡腳延伸取90m，坡頂延伸取120m，坡體基礎(chǔ)深度取120m。模型網(wǎng)格采用四邊形為主、三角形為輔的混合網(wǎng)格，共剖分6個(gè)單元，10650個(gè)節(jié)點(diǎn)。

3.2 滑坡計(jì)算參數(shù)選取

以試驗(yàn)值和經(jīng)驗(yàn)值相結(jié)合的方式確定滑坡土層計(jì)算參數(shù)，計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 滑坡土層計(jì)算參數(shù)表

3.3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算工況選取

計(jì)算工況分5種。工況1——現(xiàn)狀工況；工況2——正常蓄水工況；工況3——暴雨（正常蓄水）工況；工況4——地震（正常蓄水）工況；工況5——水位驟降16.7m工況。

3.4 計(jì)算結(jié)果及評(píng)價(jià)

依據(jù)自然資源部《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T32864-2016）滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分表，見(jiàn)表2，評(píng)價(jià)確定滑坡穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分表

表3 滑坡剖面穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

數(shù)值分析的滑坡各工況等效剪切應(yīng)變和水平方向位移結(jié)果如圖1～圖10所示。

圖1 現(xiàn)狀邊坡等效剪切應(yīng)變

圖2 現(xiàn)狀邊坡水平方向位移結(jié)果

圖3 正常蓄水等效剪切應(yīng)變

圖4 正常蓄水水平方向位移結(jié)果

圖5 地震工況等效剪切應(yīng)變

圖6 地震工況水平方向位移結(jié)果

圖7 暴雨工況等效剪切應(yīng)變

圖8 地震工況水平方向位移結(jié)果

圖9 水位驟降工況等效剪切應(yīng)變

圖10 水位驟降工況水平方向位移結(jié)果

（1）現(xiàn)狀邊坡工況

（2）正常蓄水（1840m）工況

（3）地震（正常蓄水）工況

（4）暴雨（正常蓄水）工況

（5）水位驟降16.7m（1840m降至1823.3m）工況

計(jì)算結(jié)果表明：滑坡在現(xiàn)狀工況和正常蓄水工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，地震（正常蓄水）工況下為不穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨（正常蓄水）工況下為欠穩(wěn)定狀態(tài)，水位驟降（驟降16.7m）工況下為不穩(wěn)定狀態(tài)，預(yù)測(cè)在發(fā)生強(qiáng)烈地震、強(qiáng)降雨或有擾動(dòng)坡腳的人類(lèi)工程活動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。

4 結(jié)論

（1）影響滑坡穩(wěn)定的因素有不利的地形、地層巖性、水文地質(zhì)條件等，水庫(kù)蓄水后浸潤(rùn)坡腳和地下水抬升是誘發(fā)滑坡滑動(dòng)的主控因素。

（2）根據(jù)滑坡現(xiàn)今活動(dòng)特征，結(jié)合穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為：滑坡現(xiàn)狀及正常蓄水后處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，預(yù)測(cè)發(fā)生強(qiáng)烈地震、暴雨或水庫(kù)驟降水時(shí)滑坡發(fā)生較大規(guī)?；瑒?dòng)的可能性大?，F(xiàn)狀邊坡、正常蓄水及驟降水時(shí)滑坡的滑動(dòng)最有可能是上部滑體發(fā)生淺表層滑移，地震及暴雨工況下最有可能是滑坡整個(gè)后緣貫通，整體沿滑面滑移。

（3）滑坡一旦發(fā)生，滑坡產(chǎn)生的涌浪將對(duì)大壩造成威脅，間接威脅溝口居民生命財(cái)產(chǎn)安全，并且滑坡滑動(dòng)后，可能引發(fā)滑坡體東側(cè)坡體失穩(wěn)，造成更大危害。

（4）根據(jù)滑坡穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢(shì)，建議對(duì)滑坡體局部削方減載，滑坡周界修建截排水溝，滑坡體中下部做抗滑樁支護(hù)，坡腳做止水帷幕，對(duì)受庫(kù)水影響的坡面做防護(hù)工程，夯填滑坡體裂縫，防止雨水滲入。