金塘沖電站老鴉山Ⅰ號滑坡穩定性分析

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

金塘沖電站老鴉山Ⅰ號滑坡穩定性分析

趙凱 黃玉清 肖震林

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

文章根據極限平衡理論，運用反分析法對老鴉山Ⅰ號滑坡進行穩定性分析，并用理正巖土工程軟件，對該滑坡在自然工況、正常蓄水工況及水位驟降工況進行等Fs法穩定性復核計算，以分析論證滑坡穩定性。

極限平衡理論滑坡穩定性分析剩余下滑力

1 工程概況

擬建的金塘沖電站位于資水下游桃江縣馬跡塘鎮竹山村河段，是資水干流梯級開發規劃中的第9個梯級。水庫正常蓄水位擬定78.0m，總庫容2.49× 108m3，設計最大壩高33.5m，壩頂高程82.0m，河床式電站裝機約200MW，是一座以防洪為主，兼顧電、航運、灌溉、旅游等綜合效益的大型水利樞紐工程。老鴉山滑坡位于庫區右岸、敷溪入資江口下游約700m處，沿S308自上而下依次分布3處滑坡體（原敷溪口滑坡）。湖南省水利水電勘測設計研究總院曾于20世紀80年代針對敷溪口滑坡開展過專門的研究論證工作，圍繞三處滑坡體布置平硐達30余處，為分析論證滑坡體穩定性提供了翔實的基礎資料。滑坡體經過多年發展、變形及人為工程影響（如下部S308省道的施工），其邊坡穩定條件及穩定狀況發生了變化。本文針對位于最上游的Ⅰ號滑坡體進行穩定性分析。

2 老鴉山Ⅰ號滑坡基本地質條件

老鴉山Ⅰ號滑坡位于庫區右岸老鴉山2號和3號沖溝之間，平面上呈縱長式簸箕形，具雙溝同源地貌特點。該滑坡位于金塘沖上壩址（鲇魚洲壩址）上游約2.0km，滑坡失穩后對水庫運行影響較大。根據前期勘察資料，滑坡體物質組成為Qdel之含碎塊石粘土、含泥碎塊石，滑坡體順河向（NW向）前緣寬140.0m，橫河向（SN向）長370.0m，后緣高程220.0 m，滑面前緣出口高程71.0m，滑體鉛直厚度10.0～ 37.0m，體積70.0×104m3（S308公路開挖時已削坡減載，實際體積偏小）。根據平硐PD13揭露，滑動面由粘性強的紫色泥和壓碎的巖屑、巖塊組成，滑床巖性為板溪群馬底驛組（Ptlm）紫色中厚層砂質板巖與變質粉砂巖（具不明顯紫灰色砂質條帶和紫紅色泥質條帶），產狀為N40～60°W·SW∠30～40°，平硐PD31揭露滑動面為紫色泥和巖塊、巖屑，滑床巖層產狀N40～75°W·SW∠20～36°，巖層均傾向山體內，反向坡。把滑坡簡化為平面剛體運動，并依據水科院經驗公式，其涌浪高度分別為：對岸A點涌浪高度為0.22 m，壩前涌浪高度為0.1m。滑坡平面分布見圖1。

3 極限平衡理論等Fs法穩定計算

3.1 估算滑帶抗剪強度參數

根據地質測繪及前期勘探試驗成果建立計算模型，滑帶橫向基本呈穩定的新月形態，縱向為不規則圓弧形條帶。根據滑帶縱向方向的變化趨勢，并采用折線型滑面等Fs法（等K法）對Ⅰ號滑坡穩定性進行復核。此次采用反分析計算，假定目前滑坡處于極限平衡狀態，穩定系數為1.0，水下折減系數取0.2，得出Ⅰ號滑坡滑動面（帶）處于極限平衡狀態時的綜合抗剪強度參數為：f=0.31，c=35.24kPa。

圖1 老鴉山Ⅰ號滑坡平面圖

根據《水電水利工程邊坡工程地質勘察技術規程》（DL/T5337-2006）確定其邊坡級別，最小抗滑穩定安全系數取值：基本組合（正常運用）為（1.25～ 1.15），特殊組合Ⅰ（非正常運用）為（1.15～1.05），特殊組合Ⅱ（非常運用）為1.05。根據滑坡體原勘探成果及平硐素描資料，并參照《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）附錄E，參考本次滑坡反分析計算參數，并類比同類工程經驗，提出本滑坡巖土體抗剪強度參數建議值，見表1。

3.2 等Fs法計算滑坡穩定性

（1）極限平衡理論為土體塑性平衡理論，其最基本的假設就是把土體視為理性剛塑性材料，在整個破壞過程中土體不產生變形，一旦達到極限平衡狀態，即沿某破裂面（或滑動面）產生剪切變形或滑動破壞。而等Fs法計算則是假定滑坡體處于極限平衡狀態以確定其物理力學參數，考慮其沿特定滑動面產生塑性破壞或滑移，計算各分塊在自重條件下的下滑力，各分塊之間下滑力傳遞并累計至最后一塊，根據最終剩余下滑力來判定其穩定狀態。

表1 Ⅰ號滑坡穩定性計算物理力學參數建議值表

（2）根據《水電水利工程邊坡工程地質勘察技術規程》（DL/T5337-2006）附錄E.4.2，按極限平衡理論分析法之等Fs法公式：

式中Ei——第i塊的剩余下滑力（kN）；

Fs——穩定系數；

Wi——第i塊的滑體重力（kN）；

θi——第i塊滑面與水平面的夾角（°）；

φi——第i塊滑面的內摩擦角（°）；

ci——第i塊滑面的粘聚力（kPa）；

Li——第i塊滑面長度（m）。

考慮到水庫蓄水后，Ⅰ號滑坡前緣位于庫水位以下，故在分析計算中考慮了自然工況、正常蓄水位工況（78.0m）及水位驟降工況（水位由80.8m驟降至70.5m）等三種不同工況，并采用理正邊坡穩定計算軟件分別計算各工況條件下滑坡體剩余下滑力。現選擇正常蓄水工況作為計算實例，具體計算過程簡述如下：

Ⅰ號滑坡正常蓄水工況滑坡剩余下滑力計算：

①基本計算參數確定。

原始條件:

滑動體重度=20.000（kN/m3），滑動體飽和重度=21.000（kN/m3），最小假定安全系數= 1.105。

考慮動水壓力和浮托力,滑體土的孔隙度=0.300。

不考慮承壓水的浮托力，不考慮坡面外的靜水壓力的作用，不考慮地震力。

坡面線段數:14,起始點標高69.000（m）。

水面線段數:10,起始點標高78.000（m）。

滑動面線段數:10,起始點標高69.000（m）。

②計算目標及過程。

根據上述參數及邊界條件，對滑坡體各滑塊按指定滑面進行下滑力及剩余推力計算，其中:

第1塊滑體:下滑力=1022.172kN；本塊剩余下滑力=0.240kN；本塊下滑力角度=62.861°。

（其它計算結果從略，下同）。

第2塊滑體:下滑力=47699.371kN；剩余下滑力=8246.860kN；下滑力角度=26.565°。

第3塊滑體:下滑力=21325.232kN；本塊剩余下滑力=5872.774kN；本塊下滑力角度=18.101°。

第4塊滑體:下滑力=7914.121kN；本塊剩余下滑力=5508.830kN；本塊下滑力角度=8.101°。

第5塊滑體:下滑力=8712.917kN；本塊剩余下滑力=7642.190kN；本塊下滑力角度=16.137°。

第6塊滑體:下滑力=9287.025kN；本塊剩余下滑力=7511.639kN；本塊下滑力角度=22.000°。

第7塊滑體：下滑力=5667.067kN；本塊剩余下滑力=3336.827kN；本塊下滑力角度=4.814°。

第8塊滑體：下滑力=3764.118kN；本塊剩余下滑力=1401.209kN；本塊下滑力角度=3.206°。

第9塊滑體：下滑力=1423.801kN；本塊剩余下滑力=744.632kN；本塊下滑力角度=1.383°。

第10塊滑體：下滑力=753.802kN；本塊剩余下滑力=-41.432kN；本塊下滑力角度=0.753°。

通過上述過程依次累積計算，其假定邊坡最小抗滑穩定安全系數Fs=1.105時，最后一塊滑體剩余下滑力為-41.432kN＜0。按上述理論及計算方法，對滑坡自然工況、正常蓄水工況及水位驟降工況分別計算，其剩余下滑力計算結果見表2，各種工況計算的數學模型見圖2。

表2 滑坡穩定性計算成果表

圖2 Ⅰ號滑坡計算分塊模型

（3）計算結果分析。根據滑坡體各分塊邊界條件進行計算的結果，在所取的最小邊坡抗滑穩定安全系數情況下進行反算，其在三種工況下的剩余下滑力均＜0，但水位驟降工況時的剩余下滑力接近于0（僅為-6.149kN），滑坡在該工況下基本處于極限平衡狀態。由于該計算假定條件只能在現狀穩定情況下成立，且未考慮滑坡體在地下水和地震、動荷載等作用影響，各條塊之間應力假定為剛性傳遞，未考慮其內部塑性變形對能量的吸收和影響，故計算結果僅為分析論證提供理論依據。

4 現狀穩定性分析

本階段通過地質測繪、觀察原勘探平硐及調查訪問附近村民，發現Ⅰ號滑坡區后緣、中部未見明顯拉裂縫，該滑坡在近幾年亦未見明顯的拉裂變形，巖層產狀基本正常，滑坡發展變形跡象不明顯。但滑坡前緣由于公路（S308）開挖且臨資水，坡度陡，多處發生表部破壞現象，目前公路邊坡可以見到2個大小不等的松散覆蓋層滑坡，其主要破壞模式為沿松散體前緣的圓弧形淺表部破壞。另外，坡腳經歷了多年汛期洪水浪蝕沖刷，尤其是沿線85.0m高程開挖S308公路后，沿河形成高（5.0～20.0）m、坡角約60°的邊坡，加之常年有較大流量車輛動荷載的影響，現狀基本穩定，目前山坡未發現明顯拉裂、位移變形跡象。且在拓寬S308公路時，對部分山坡進行了削坡、減載處理，公路邊坡已零星出露層理相對穩定的基巖，Ⅰ號滑坡的坡腳為寬（30.0～70.0）m的平臺壓腳，但局部巖體存在卸荷松動變形。

5 結語

Ⅰ號滑坡主要是地表反傾巖層經過蠕動變形后傾倒拉裂，強風化破碎巖塊追蹤順坡卸荷充泥裂隙產生重力蠕動變形引起，另外上部覆蓋較厚的殘積土，其自重荷載作用亦是滑坡蠕動變形的重要因素。計算結果表明，Ⅰ號滑坡自然工況下取滑坡最小抗滑穩定系數1.173時的剩余下滑力為-34.1043kN，基本處于固化穩定狀態，與我們現場調查結論基本吻合；工程建成后正常蓄水工況（蓄水至78m），抗滑穩定系數取1.105時的剩余下滑力為-41.432kN，亦處于基本穩定狀態；最不利工況為水位驟降工況，最小抗滑穩定系數取1.066時的剩余下僅為-6.149 kN，處于極限平衡狀態。水庫蓄水運行后，因水位上升及消落影響，庫水側蝕作用增強，公路以下松散堆積體（公路開挖時的棄渣）可能產生小規模滑塌、坍滑變形，但牽引整體山坡滑移變形的可能性較小。

邊坡穩定受邊界條件、水文地質條件及工程地質條件等因素影響較大，在邊坡遭受動荷載、有重大地質條件發生變化的情況下，尤其是在庫水位驟降工況下，其滑坡體物質（含碎塊石粘土）含水量處于高位，土體自重增大，抗剪強度降低，庫水驟降時土體來不及排水固結，滑體剩余下滑力增大，亦不排除產生新的變形及發展的可能。建議針對該滑坡采取適當的邊坡變形監測措施。

2017-03-18）

趙凱（1980-），男，河南淮陽人，大學本科，工程師，目前從事水工環境、地質勘查工作。