貴州某水庫壩前邊坡穩(wěn)定性分析

孫世永?。◤V州南沙開發(fā)區(qū)建設(shè)科學(xué)技術(shù)委員會辦公室，廣東 廣州 511455）

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貴州某水庫壩前邊坡穩(wěn)定性分析

孫世永（廣州南沙開發(fā)區(qū)建設(shè)科學(xué)技術(shù)委員會辦公室，廣東 廣州 511455）

基于貴州某水庫左岸滑坡變形破壞特征與現(xiàn)場調(diào)研、勘探成果，探討分析了該滑坡的成因機制，并對該滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值分析。結(jié)果表明：該滑坡為堆積在順向基巖面上的松散堆積體，開挖前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，而在降雨和施工影響下，坡體出現(xiàn)塑性貫通區(qū)，導(dǎo)致了邊坡的破壞失穩(wěn)。

水庫邊坡；降雨 ；穩(wěn)定性分析；Geo-slope

0　前言

水庫庫岸失穩(wěn)是伴隨水電工程建設(shè)而產(chǎn)生的一種地質(zhì)災(zāi)害，其受地質(zhì)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)面、邊坡坡角、巖性、水文地質(zhì)條件及水庫水位升降及人類工程活動的影響，一直是水電工程中遇到的一個重大難題。就已有的資料來看，一般認(rèn)為，占主導(dǎo)地位的是工程建設(shè)和水（降雨及庫水位變化）的影響，如降雨沿著裂隙下滲到坡體深部會誘發(fā)滑坡[1-2]。

本文以貴州某水庫邊坡為研究對象，通過現(xiàn)場調(diào)研并選擇該地區(qū)典型降雨過程進(jìn)行詳細(xì)的降雨入滲模型計算，對天然、開挖、降雨等工況下邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，可為該邊坡的設(shè)計及治理提供一定的理論參考。

1　滑坡的基本地質(zhì)特征

該滑坡右（東）邊界為一沖溝，滑坡后緣壁為一平臺，該邊坡為一傾角大于45°的陡坡面，滑坡體前后縱長260m，相對高差100m，左右橫寬200m。左緣基巖板出露。滑坡體上、下部自然坡度較陡，中部滑坡平臺坡度較緩，由于路基開挖改造，滑坡平臺及平臺前緣陡坎已表現(xiàn)不明顯。

滑坡體為殘坡積層，褐色碎石土，由粉質(zhì)粘土和碎石組成，粒徑5～15cm，含量30%左右，結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)性質(zhì)差?；簿鶠闉槿B系中統(tǒng)邊陽組第一段及第二段地層，由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾鈣質(zhì)砂巖及泥巖夾細(xì)等所形成的順向坡，如圖1所示，產(chǎn)狀在邊坡上部為50°/NW∠15°，中部為50°/NW∠31°，下部50°/NW∠15°。

2　滑坡穩(wěn)定性分析

2.1計算參數(shù)

根據(jù)勘察資料及有關(guān)研究的試驗結(jié)果，結(jié)合經(jīng)驗調(diào)查，提出各層巖土天然容重γ、內(nèi)聚力c、內(nèi)摩擦角φ值，如表1所示。

圖1　水庫滑坡平面示意圖

圖2　計算剖面

邊坡穩(wěn)定性分析采用剛體極限平衡法，巖土體參數(shù)的取值見表1，因?qū)嶋H鉆孔多為干孔，未揭露真正的地下水水位，故計算分析時覆蓋層巖土容重取天然容重。《勘探報告》中給出裂隙含水層滲透系數(shù)0.028～0.098 m/d，風(fēng)化裂隙開啟性差，多為閉合型或被泥質(zhì)、巖屑充填，賦水性差，涌水量小，本次計算飽和狀態(tài)下裂隙巖體的滲透系數(shù)取為0.0864m/d。

巖土主要物理力學(xué)指標(biāo)　表1

所采用的基質(zhì)吸力曲線和滲透系數(shù)曲線如圖3、圖4所示。

圖3　滑體土基質(zhì)吸力曲線

圖4　滑體土滲透系數(shù)曲線

2.2計算工況

由于邊坡失穩(wěn)是在連續(xù)降雨后發(fā)生的，推測降雨是導(dǎo)致滑坡發(fā)生的主導(dǎo)因素，所以分析時主要考慮開挖前后的兩種工況，即自然工況、降雨工況。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笳?959～2010年的資料統(tǒng)計，年平均降水日數(shù)（日降水量≥0.1mm）154.5d，日降水量≥25.0mm天數(shù)為33.7d，暴雨日（日降水量≥50.0mm）4.4d，根據(jù)上述資料在模擬降雨影響時降雨強度為20mm/d。

3　穩(wěn)定性分析

根據(jù)極限平衡分析結(jié)果（見表2），計算結(jié)果表明，該處邊坡在天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為1.330，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

水庫工程左岸滑坡在路塹開挖工況條件下，計算結(jié)果如圖6所示，滑動面上段滑體的穩(wěn)定系數(shù)為1.189，大于邊坡安全系數(shù)1.15～1.10，邊坡在該種工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)。而在持續(xù)降雨的影響的條件下降雨滲流情況如圖7所示，穩(wěn)定分析結(jié)果如圖8所示，降雨后的穩(wěn)定系數(shù)減小為0.987，小于最小安全穩(wěn)定系數(shù)，所以在該工況下邊坡坡面已發(fā)生了較大規(guī)模的跨塌，邊坡土體發(fā)生明顯的變形開裂。

圖5　開挖前穩(wěn)定性

圖6　開挖后穩(wěn)定性

圖7　開挖后地下水滲流

圖8　開挖后降雨影響下的穩(wěn)定性

邊坡穩(wěn)定系數(shù)　表2

4　穩(wěn)定性評價

由上述計算結(jié)果可見該邊坡在開挖前無論是天然工況下還是在降雨條件下邊坡穩(wěn)定系數(shù)都大于規(guī)范要求，說明位于順層基巖面上邊坡是穩(wěn)定的。

由于路塹開挖施工對原邊坡進(jìn)行消坡、放坡等施工，經(jīng)計算開挖后的邊坡穩(wěn)定系數(shù)大于規(guī)范要求，處于穩(wěn)定狀態(tài)。但由于施工的影響對原坡面的植被予以破壞，在持續(xù)降雨條件下，降雨雨水由地表滲入坡體增加對邊坡穩(wěn)定極為不利的孔隙水壓力。入滲的水充填于裂隙的空隙，使地下水位以上的非飽和裂隙逐漸飽和，當(dāng)下滲水達(dá)到地下水位后，使地下水位開始上升，比降增大，排向河道的滲流量也加大（如圖7所示）。

另外降雨期間，沿著邊坡節(jié)理裂隙入滲的雨水會增加邊坡巖體含水飽和度，減小非飽和區(qū)域，使得邊坡土體容重增大，降低巖體抗剪強度[3]，從而影響了邊坡的穩(wěn)定性。

邊坡處于飽和狀態(tài)之前，降雨強度對邊坡穩(wěn)定性影響很大，開挖后的邊坡在未降雨前安全系數(shù)為1.189；伴隨著降雨的影響邊坡安全系數(shù)減為0.987。根據(jù)文獻(xiàn)[4]的分析結(jié)果可知，隨著降雨強度的增大邊坡滲流穩(wěn)定后，邊坡處于飽和狀態(tài)后，多余的降雨量會形成地表徑流排泄，滲入邊坡巖體的部分不會繼續(xù)增加，飽和后的巖體邊坡，降雨強度對坡體穩(wěn)定性影響有限，而降雨對非飽和邊坡穩(wěn)定性影響極大。

5　結(jié)語

①勘察結(jié)果表明，滑坡體為殘坡積層，結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)性質(zhì)差，為堆積在順向基巖面上的松散堆積體，是致使該處覆蓋層存在潛在滑動內(nèi)因。

②降雨前坡體為非飽和狀態(tài)，由于施工對原坡面的植被予以破壞，降雨期間雨水沿著邊坡節(jié)理裂隙入滲坡體增加了邊坡巖體的含水飽和度，減小非飽和區(qū)域，使得邊坡土體容重增大，降低巖體抗剪強度影響了邊坡的穩(wěn)定性。

綜上所述，水庫左岸公路沿線滑坡災(zāi)害主要因較為不利的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及未采取防護(hù)措施的人類工程活動（主要是筑路開挖）和降雨等因素產(chǎn)生。

為防止施工導(dǎo)致坡后土體進(jìn)一步變形，因此有必要對該邊坡土體進(jìn)行預(yù)防性加固，然后重新設(shè)計，以獲得合理的外形適應(yīng)邊坡土體性狀。

[1]RAHIMI A，RANARDJO H，LEONG E C.Effect of antecedent rainfall patterns on rainfall-induced slope failure[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2011，137（5）：483-491.

[2]陳麗霞，殷坤龍，劉禮領(lǐng)，等.江西省滑坡與降雨關(guān)系研究[J].巖土力學(xué)，2008，29（4）：1114-1120.

[3]汪斌.庫水作用下滑坡流固耦合作用及變形研究[J].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），2008.

[4]唐棟，李典慶，等.考慮前期降雨過程的邊坡穩(wěn)定性分析[J].巖土力學(xué)，2013，34（11）：3239-3248.

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1007-7359(2016)03-0138-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.050

孫世永（1980-），男，山東臨邑人，畢業(yè)于中國科學(xué)院大學(xué)，博士；講師，主要從事邊坡穩(wěn)定性與軟土加固相關(guān)研究工作。