巴東滑坡穩定性及影響因素敏感性分析

趙志強,聶守智,何 偉

(西安理工大學 巖土工程所,陜西 西安 710048)

0 引 言

三峽庫區沿岸地形地質條件復雜,各種地質災害頻發,給沿岸居民帶來極大的危害。巴東滑坡體位于巴東縣境內的長江北岸,上距巴東縣城3 km,下距三峽工程壩址61 km,是長江三峽水利樞紐庫區近壩庫段內的大型滑坡之一。三峽水庫進行正常運行蓄水(水位175 m)后,受水位的抬升,三峽沿岸邊坡的穩定性將會大幅度的降低,有可能激發和加劇滑坡的失穩,從而危及到當地居民生命財產的安全以及下游三峽水庫,并造成公路被毀、航道淤塞、交通中斷,影響水庫庫容等災害。因此,對巴東滑坡的穩定性及敏感性進行分析評價具有很重要的意義。

1 滑坡概況及穩態發展趨勢

巴東滑坡平面上呈長條形,滑坡體與周圍界線明顯,滑坡平面圖見圖1。地層由殘坡積層、滑坡堆積層、崩積層及巴東組第三段泥灰巖夾灰綠色泥質灰巖組成。表層為粉質粘土夾碎石、塊石,下部為基巖蠕變形成的半解體巖體。滑移面總體呈一斜傾長江的斜面,上陡下緩?；瑤翞榉圪|粘土夾小碎石,具有線型擦痕,粘土片狀礦物呈定向排列,說明該滑坡具有滑動跡象?；矠榛鶐r,主要為巴東組第三段泥灰巖夾灰綠色泥質灰巖?；麦w內地下水為松散介質孔隙水。

圖1 巴東滑坡體平面簡圖

三峽水庫正常蓄水前,滑坡整體穩定性較好。但是在三峽水庫正常蓄水后,巴東滑坡體近1/3部分被庫水淹沒。滑坡體外部條件將發生改變,表部松散物受庫水的侵蝕、沖刷、浪蝕等作用,易發生淺層或局部的坍滑,滑體前緣的支撐條件將被削弱,且地下水位抬高,滑體內巖土體含水率增高,庫水以下的滑體物質將處于飽和狀態,滑坡體及滑移面土體強度將明顯降低,因此,三峽水庫蓄水后,滑坡體的穩定條件將大為降低,滑坡體穩定性將向不利的方向發展,并最終可能發生滑坡。

2 滑坡體穩定性計算及分析

為進行滑坡穩定性分析,布置了1條剖面即 1-1′剖面(見圖2)。

本文擬采用不平衡推力法[1]計算滑坡穩定性。該方法適用于滑面為任意形狀的滑坡,且考慮滑坡體中的動水壓力、浮托力、地震等動荷載及各個滑塊不同抗剪強度參數的影響。該方法比較適合巴東滑坡的各種情況。計算參數見表1。計算采用的工況及穩定性計算結果見表2。

圖2 巴東滑坡體穩定性計算1-1′剖面

表1 巴東滑坡體穩定計算參數

表2 巴東滑坡穩定計算成果

從表2可看出:1-1′剖面僅在工況一自重情況下基本穩定,其余均不穩定。隨著水位的抬升,邊坡穩定狀況將不斷的降低,淹沒狀況最不穩定,最容易失穩。

3 滑坡穩定性影響因素分析

滑坡穩定性受多種因素[2～8]影響,主要包括:地下水入滲,滑坡排水率,滑移面c、φ值,滑坡體重度γ值、地震作用、單位加固力F以及加固角等因素。本文選用不平衡推力法進行計算,僅從滑移面 c、φ值,滑坡體重度 γ值、地震作用、單位加固力F以及加固角等4個主要方面進行分析。

3.1 滑坡穩態對滑移面c、φ值的敏感性

本文選取工況四進行滑移面 c、φ值的敏感性計算?；路€定系數Fs值與滑移面c、φ值關系曲線見圖3、圖4。

圖3 1-1′剖面 Fs值與c值關系曲線

圖4 1-1′剖面Fs值與φ值關系曲線

從穩定系數Fs值與c、φ值關系曲線可以看出,隨著c、φ值的增大,1-1′剖面滑坡穩定性系數均有所提高,穩定系數Fs值與c值、φ值呈線性關系。c值與φ值比較,c值對穩定系數Fs值影響較小,φ值對穩定系數Fs值影響較大。

3.2 滑坡穩態對滑體重度 γ值的敏感性

本文選取工況一、三、四進行滑移面 c、φ值的敏感性計算。滑坡體穩定系數 Fs值與重度γ關系曲線見圖5。

圖5 1-1′剖面Fs值與γ值關系曲線

從穩定系數Fs值與重度γ值關系曲線可以看出1-1′剖面在自重條件下,隨著重度γ值的增大,滑坡穩定性系數將會小幅降低;在水位上升至145 m、175 m時,隨著重度 γ值的增大,滑坡穩定性系數將會小幅度增大;在175 m水位時,重度γ值對滑坡穩定性系數影響程度大于自重狀態和145 m水位狀態?？偟膩碚f,重度 γ值對穩定系數Fs值的影響程度較小,即重度γ值為不敏感性因素。

3.3 滑坡穩態對水平地震系數Kc的敏感性

本文選取工況四進行水平地震系數Kc的敏感性計算?；麦w穩定系數Fs值與水平地震系數Kc關系曲線見圖6。

圖6 1-1′剖面 Fs值與Kc值關系曲線

從穩定系數Fs值與水平地震系數Kc值關系曲線可以看出,隨著水平地震系數Kc值的增大,滑坡穩定系數將會急劇的降低,兩者呈反比關系,因此,水平地震系數Kc值為敏感性因素。

3.4 滑坡穩態對單位加固力F值以及加固角ω值的敏感性

據上面穩定性計算結果得知,三峽正常蓄水后,滑坡體將處于不穩定狀態,必須采取措施進行處理,因此分析滑坡影響因素時考慮單位加固力F值以及加固角ω值是非常重要(加固力與水平面夾角,順時針為負,逆時針為正)。由此,滑坡體穩定系數對單位加固力F以及加固角ω值的敏感性分析很有必要。本文選取工況五狀態進行計算。滑坡體穩定系數Fs值與單位加固力F值以及加固角ω值關系曲線見圖7。

圖7 1-1′剖面 Fs值與F、ω值關系曲線

從穩定系數Fs值與單位加固力F值以及加固角ω值關系曲線可以看出,1-1′剖面加固角 ω在-50°～49.6876°之間,隨著單位加固力F值的增大,穩定系數Fs值隨之增大,且單位加固力F值越大,加固效果越明顯。加固角 ω在49.6876°之后,隨著單位加固力 F值的增大,穩定系數 Fs值反而減小。加固角ω值與穩定系數Fs值基本上呈拋物線關系,并且隨著加固力增大,拋物線性也明顯。加固角 ω值由-50°變化到60°,穩定系數Fs值先變大,加固角 ω值在-30°～-10°達到最大,接著開始變小,并在 49.6876°處相交。由曲線可以看出加固角度為-30°～-10°?？偟膩碚f,單位加固力F值以及加固角ω值對穩定系數Fs值的影響是非常明顯的,二者為敏感性因素。

4 結論及建議

本文在地質勘察的基礎上,對巴東滑坡的穩定現狀及未來發展趨勢進行了分析與論述,在分析滑坡體的地質計算模型的基礎上采用極限平衡法對滑坡體的穩定性進行了定量評價,并在此基礎上對影響滑坡穩定性的因素進行了分析。由此可得出如下主要結論:

(1)巴東滑坡目前處于基本穩定狀態,穩定性系數1.10＜Fs＜1.25;三峽水庫蓄水穩定性系數Fs將會降低,滑坡將處于不穩定狀態。特別是到正常蓄水水位175 m及175 m后,開始下降時,穩定系數Fs=0.823＜1,滑坡處于不穩定狀態,建議采取必要采取措施進行防治。

(2)通過滑坡影響因素的敏感性分析,認為滑坡底滑面φ值、水平地震系數Kc、以及單位加固力F值以及加固角ω值等因素為敏感性因素,滑坡底滑面 c值、滑體重度 γ,為不敏感性因素。另外,經分析得知,在滑坡進行加固時,最佳加固角 ω為-30°～ -10°。

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