重慶市向陽水庫滑坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

李紅星，周寶龍

摘要：為研究近壩庫岸滑坡堆積體對(duì)水庫建筑物及附近居民安全的影響，采用基于極限平衡理論的傳遞系數(shù)法，查明重慶市向陽水庫工程滑坡堆積體的穩(wěn)定邊界條件，對(duì)自重、自重+度汛水位由386 m降至367.24 m、自重+度汛水位由386 m降至367.24 m并疊加暴雨等3種工況下滑坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：該滑坡在3種工況下處于基本穩(wěn)定、欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查情況一致，建議采取工程治理措施。

關(guān)鍵詞：滑坡穩(wěn)定性； 堆積體； 傳遞系數(shù)法； 度汛水位變化

中圖法分類號(hào)：TV221.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.03.007

文章編號(hào)：1006-0081（2024）03-0042-05

0引言

滑坡是巖土體沿著貫通面所發(fā)生的滑移現(xiàn)象，是一種具有普遍性和多發(fā)性的地質(zhì)災(zāi)害［1-2］。國內(nèi)外滑坡穩(wěn)定分析計(jì)算方法包括剛體極限平衡法和有限單元法等，其中剛體極限平衡分析法包括摩根斯頓-普賴斯法（Morgenstem-Price）、傳遞系數(shù)法等［3］。劉帥等［4］采用傳遞系數(shù)法對(duì)烏東德水電站近壩庫段大村滑坡群穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究。丁剛等［5］根據(jù)塊體影響對(duì)象不同進(jìn)行分區(qū)，采用三維剛體極限平衡法對(duì)烏東德水電站泄洪洞出口環(huán)境邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，提出塊體失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估方法。蘇愛軍等［6］發(fā)展了滑坡穩(wěn)定分析的剛體極限平衡分析方法，引入準(zhǔn)超載法概念，將不利荷載分項(xiàng)系數(shù)統(tǒng)一為安全系數(shù)，建立了改進(jìn)傳遞系數(shù)法，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的穩(wěn)定系數(shù)設(shè)計(jì)和基于荷載分項(xiàng)系數(shù)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的統(tǒng)一。楊校輝等［7］基于G-A模型，考慮坡面傾角、非飽和區(qū)及飽和區(qū)內(nèi)滲流的影響，建立持續(xù)降雨作用下堆積體邊坡的入滲模型，結(jié)合不平衡推力法，研究了折線型滑裂面堆積體邊坡在持續(xù)降雨作用下的穩(wěn)定性。

傳遞系數(shù)法［8］是一種非嚴(yán)格條分法，假設(shè)條塊間的相互作用力方向平行于上一條塊的底滑面，條塊之間只傳導(dǎo)推力。向陽水庫1號(hào)滑坡堆積體厚度較薄且差異不大，整體位于基巖順向坡上，滑面較為平滑順直，選擇剛體極限平衡理論分析更為合適。

本文根據(jù)向陽水庫工程1號(hào)滑坡堆積體地質(zhì)資料，采用傳遞系數(shù)法，研究其在自重、自重+度汛水位由386 m降至367.24 m、自重+度汛水位由386 m降至367.24 m并疊加暴雨的3種不同工況下的穩(wěn)定性，并根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果確定滑坡治理措施。

1工程概況及滑坡體基本地質(zhì)特征

向陽水庫工程位于重慶市云陽縣江口鎮(zhèn)，是重慶市規(guī)劃的重點(diǎn)水源工程之一，是一座以城鄉(xiāng)供水和農(nóng)業(yè)灌溉為主，結(jié)合防洪，兼顧發(fā)電的水利工程，水庫正常蓄水位456.00 m，總庫容為1.08億m3。水庫大壩左岸北側(cè)為基巖順向坡，曾發(fā)生多次滑坡，其中1號(hào)滑坡堆積體距離下方導(dǎo)流洞進(jìn)口明渠和施工便道較近，若失穩(wěn)將威脅下部建筑物的安全。

1號(hào)滑坡堆積體位于帆水河口左岸順向坡東側(cè)山體的腰部和坡腳范圍（圖1），前后緣薄，中間厚，整體厚度6～9 m，體積約27萬m3。斜坡走向55°～80°，傾向NW，斜坡地形前緩后陡，上部坡度近30°，中、下部坡度20°～25°。堆積體邊界基本以NW向沖溝及南北走向的陡坡腳為界，前緣高程約346～350 m，后緣高程約435～450 m。南北長約270 m，東西寬120～200 m，面積0.39 km2，厚度6～9 m，中間厚，前后部薄，體積27萬m3。前緣臨近帆水河，后緣臨近Y018鄉(xiāng)道，道寬一般5 m左右?；露逊e體物質(zhì)大部分為碎塊石夾土，少部分為土夾碎塊石，土石比為3∶7～4∶6，整體呈松散至稍密狀，局部中密狀，物質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻性較差，滲透系數(shù)為1.73×10-4～8.88×10-3 cm/s，以中等透水性為主。下伏基巖地層為三疊系中統(tǒng)巴東組第三段第3亞段泥質(zhì)灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀一般340°～360°∠28°～30°?；露逊e體范圍內(nèi)分布有若干民房和部分農(nóng)田，底部為一處鐵廠，前緣有人工修建擋土墻緊鄰帆水河河道。

2滑坡體形態(tài)特征

1號(hào)滑坡堆積體前緣和后緣及西側(cè)緣邊界明顯，東側(cè)緣與部分崩坡積層相連，邊界不甚清晰，穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)不需要考慮側(cè)向約束。從主滑剖面1-1來看（圖2），滑體后部主要順3301號(hào)剪切帶滑移破壞，前部滑面與基巖間有微切層現(xiàn)象，Y018鄉(xiāng)道沿線可見部分蠕動(dòng)變形拉裂縫（圖3）。鉆孔揭露滑坡堆積物厚度約7.4～9.0 m，結(jié)合3301號(hào)剪切帶規(guī)模及特征分析，基覆面滑帶土厚度估計(jì)為1～2 m，主要為黏土（圖4），黏性較強(qiáng)，可塑至硬塑狀，抗剪性能較差，具弱至微透水性。

滑床為巴東組第三段3亞段地層，3301號(hào)剪切帶分布于滑床后部滑面附近，前部則向基巖深部延伸分布?；鶐r以裂隙性透水為主，一般在深度9.0～25.0 m范圍內(nèi)、山脊部位地表以下60～90 m范圍內(nèi)，巖體的透水性主要屬中等至強(qiáng)透水，深部巖體則屬弱至微透水。

3滑坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

3.1計(jì)算工況及模型

通過現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察得到滑坡邊界特征，其局部存在拉裂變形，需對(duì)該滑坡體進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算。通過鉆孔查明滑坡底界基覆面附近的黏土為軟弱帶，若產(chǎn)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害，沿此軟弱帶滑動(dòng)的可能性最大［9］。1號(hào)滑坡堆積體穩(wěn)定性計(jì)算條分如圖5所示。工程建設(shè)期度汛水位將淹沒滑坡體坡腳至中部范圍，度汛水位隨氣候存在波動(dòng)變化（366.83～387.21 m），考慮滑坡體本身自重，結(jié)合度汛水位變化和外部極端降雨入滲等誘發(fā)因素，按如下3種工況進(jìn)行分析計(jì)算：① 自重（天然狀態(tài)）；② 自重+度汛水位386 m降至367.24 m；③ 自重+度汛水位386 m降至367.24 m+暴雨。

3.2計(jì)算方法

該滑坡滑面為近直線型滑動(dòng)面，穩(wěn)定性系數(shù)Ks按照GB 50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》規(guī)定的公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

Ks=∑n-1i=1Ri∏n-1j=iψj+Rn∑n-1i=1Ti∏n-1j=iψj+Tn

其中：

ψj=cos（θi-θi+1）-sin（θi-θi+1）tanφi+1

∏n-1j=iψj=ψjψj+1……ψn-1

Ri=Nitanφi+CiLi

式中：Ks為穩(wěn)定系數(shù)；θi為第i塊段滑動(dòng)面與水平面的夾角，（°）；Ri為作用于第i塊段的抗滑力，kN／m；Ni為第i塊段滑動(dòng)面的法向分力，kN／m；φi為第i塊段土的內(nèi)摩擦角，（°）；Ci為第i塊段土的黏聚力，kPa；Li為第i塊段滑動(dòng)面長度，m；Ti為作用于第i塊段滑動(dòng)面上的滑動(dòng)分力，kN／m，當(dāng)出現(xiàn)與滑動(dòng)方向相反的滑動(dòng)分力時(shí)，Ti應(yīng)取負(fù)值；ψj為第i塊段的剩余下滑動(dòng)力傳遞至i+1塊段時(shí)的傳遞系數(shù)。

剩余推力可依據(jù)GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中公式規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)滑動(dòng)面為折線時(shí)，剩余下滑推力可按下列公式計(jì)算：

Fn=Fn-1ψ+γtGnt-Gnntanφn-Cnln

ψ=cos（βn-1-βn）-sin（βn-1-βn）tanφn

式中：Fn、Fn-1分別為第n塊、第n-1塊滑體的剩余下滑力，kN／m；ψ為傳遞系數(shù)；γt為滑坡推力安全系數(shù)；Gnt、Gnn分別為第n塊滑體自重沿滑動(dòng)面、垂直滑動(dòng)面的分力，kN／m；φn為第n塊滑體沿滑動(dòng)面土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值，（°）；Cn為第n塊滑體沿滑動(dòng)面土的黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；ln為第n塊滑體沿滑動(dòng)面的長度，m；βn，βn-1分別為第n塊，第n-1塊滑體滑動(dòng)面與水平面的夾角。

3.3計(jì)算參數(shù)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)土工試驗(yàn)成果，結(jié)合部分地區(qū)同類巖土體以往經(jīng)驗(yàn)值（表1）進(jìn)行反演分析［10］，當(dāng)C值取20 kPa，φ值至少取12°及以上才能滿足穩(wěn)定性系數(shù)Ks>1的要求。從1號(hào)滑坡堆積體滑帶土體的物質(zhì)組成、顆粒級(jí)配及物理性質(zhì)等方面看，φ取12°與土工試驗(yàn)成果的抗剪強(qiáng)度較為吻合，滑帶土和滑坡堆積碎塊石夾土計(jì)算參數(shù)建議值見表2。

依據(jù)DZ/T 0218-2006《滑坡防治工程勘查規(guī)范》對(duì)該滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，滑坡的穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

3.4穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

根據(jù)該滑坡的防治工程級(jí)別及安全系數(shù)類型，參考相應(yīng)規(guī)范，確定設(shè)計(jì)安全系數(shù)在不同工況下分別為1.20和1.15。在3種不同的工況下，剩余推力和下滑力在滑體中部均相對(duì)較大，而在前、后緣相對(duì)較小，度汛水位變動(dòng)和在暴雨條件下對(duì)滑體前部下滑力及抗滑力影響較大。3種工況下，采用傳遞系數(shù)法計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)Ks分別為1.08、1.01和0.99（表4）。

在工況1條件下，滑坡體的穩(wěn)定性系數(shù)為1.08，在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡體中、下部均存在變形拉裂現(xiàn)象，說明滑坡體受重力影響仍具有向下滑移的趨勢(shì)。在工況2條件下，滑坡體的穩(wěn)定性系數(shù)為1.01，度汛水位從386 m下降至367.24 m高程時(shí)，主要影響滑坡體中、下部，對(duì)滑坡體坡腳具有一定的拉力，中、下部有朝下位移的趨勢(shì)，度汛水位386 m高程以上滑床對(duì)堆積體仍產(chǎn)生一定的摩擦力。中、下部滑帶土在度汛水位上升過程中趨于飽和狀，土體物理力學(xué)性能逐漸降低，度汛水位下降時(shí)土體物理力學(xué)性能逐漸趨于恢復(fù)，土體含水量逐漸降低，但未能及時(shí)恢復(fù)到原始狀態(tài)，土體物理力學(xué)參數(shù)均有所下降，致使穩(wěn)定性系數(shù)有所下降但未達(dá)到失穩(wěn)狀態(tài)，整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。度汛水位下降對(duì)滑坡體中、下部表部碎石土影響稍大，可能產(chǎn)生局部失穩(wěn)滑塌現(xiàn)象。在工況3條件下，滑坡體的穩(wěn)定性系數(shù)為0.99，整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，原因是暴雨時(shí)滑坡體范圍降雨入滲量增大，地下水位抬高，滑坡體含水量增大并趨于飽和，滑帶黏性土黏聚力降低，滑坡體與滑床之間的摩擦系數(shù)降低，使整個(gè)滑坡體物理力學(xué)性能降低而逐漸失穩(wěn)。

綜合上述3種工況下的計(jì)算結(jié)果可以判斷，向陽水庫1號(hào)滑坡堆積體在自身重力作用下基本穩(wěn)定，滑坡體前緣受度汛水位變化的影響較大，可能產(chǎn)生局部滑塌，在施工期度汛洪水的水位變動(dòng)及暴雨的影響下出現(xiàn)整體性滑移失穩(wěn)的可能性較大。計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查情況基本一致，建議采取工程處理措施。

4結(jié)語

重慶市向陽水庫1號(hào)滑坡堆積體主要分布于基巖順向坡范圍的中部至坡腳一帶，滑體上部物質(zhì)主要為碎塊石夾土，結(jié)構(gòu)均勻性較差，下部滑帶為黏性土。坡體表面巖土體較松散，降雨時(shí)易入滲，大氣降水和施工期水位變動(dòng)因素的疊加可能誘發(fā)滑坡。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，1號(hào)滑坡堆積體在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在度汛水位變動(dòng)或強(qiáng)降雨條件下，滑坡體可能產(chǎn)生局部變形開裂或整體滑移進(jìn)而產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)滑體附近導(dǎo)流洞進(jìn)口明渠和下方施工道路可能產(chǎn)生威脅，建議采取相應(yīng)措施進(jìn)行治理。

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（編輯：高小雲(yún)）

Analysis and evaluation of landslide stability of Xiangyang Reservoir in Chongqing City

LI Hongxing，ZHOU Baolong

（Three Gorges Geotechnical Consultants Co.，Ltd.，（Wuhan），Wuhan 430074，China）

Abstract：?To study the influence of reservoir bank landslide deposit near the dam on the safety of reservoir buildings and residents nearby，we used the transfer coefficient method based on the limit equilibrium theory，identified stable boundary conditions of the landslide deposit of Xiangyang Reservoir in Chongqing City.The stability of the landslide deposit was analyzed and evaluated under three working conditions，namely，the dead-weight，dead-weight + flood control water level from 386 m to 367.24 m，dead-weight + the flood control water level from 386 m to 367.24 m accompanied by rainstorm.The result showed that the landslide was basically in stable，under-stable and unstable state in three different conditions，respectively.The results were consistent with the actual investigation and engineering measures were recommended.

Key words：?landslide stability； deposit； transfer coefficient method； water level changes during flood season