庫岸邊坡滑坡發(fā)生變形機制及穩(wěn)定性分析

龍秀梅

(昌圖縣鎮(zhèn)村振興發(fā)展服務中心，遼寧 鐵嶺 112500)

0 引 言

對于邊坡工程已有眾多學者通過不同的方法開展研究。殷躍平[1]以三峽庫區(qū)邊坡為研究對象，通過有限元軟件建立三維數(shù)值模擬，獲得了邊坡的變形過程。基于此，進一步研究了邊坡失穩(wěn)模式。蔣秀玲等[2]同樣以三峽庫區(qū)邊坡為研究對象，通過ABAQUS軟件建立庫岸邊坡模型，分析了庫區(qū)水位變動下庫岸邊坡的變形機制，深入研究了了庫區(qū)水位變動對滑坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律。王思敬等[3]基于某邊坡工程，通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的方法，分析了地震作用下邊坡的動力響應。吳江鵬等[4]以某土質(zhì)邊坡為研究對象，模擬降雨下土質(zhì)邊坡的開挖過程，獲得了降雨作用下邊坡開挖過程中的受力變形規(guī)律。劉新喜等[5]基于某庫岸邊坡工程，對邊坡變形進行現(xiàn)場監(jiān)測，獲得了邊坡的變形規(guī)律，分析了庫水位下降對邊坡穩(wěn)定性的影響。周翠英等[6]以某邊坡工程為背景，通過有限元軟件建立邊坡模型，分析了邊坡變形破壞過程。

文章以某水庫工程為背景，對降雨后庫岸邊坡發(fā)生滑坡進行勘察，并通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測，分析分析了滑坡規(guī)律。

1 工程概況

某水庫工程建成后，為該地區(qū)提供用水保證，同時也為該地區(qū)提供電力保障。水庫位于山區(qū)，山勢陡峻，山體雄厚，兩側(cè)山體海拔高程為1300-1750m，河谷深度為90-450m，水庫兩側(cè)山體對稱性好，山體狹窄，所處區(qū)域呈凹形，水庫兩岸邊坡坡度較陡，基巖裸露。該地區(qū)夏季雨量較充沛，冬季積雪，雨水和融雪都會滲入地層，補給地下水。

2 滑坡基本特征及其誘因的初步判斷

2.1 滑坡過程

2016年6月，水庫導流洞洞口左側(cè)坡體因持續(xù)大暴雨而發(fā)生變形，導流埋涵段底板發(fā)生隆起現(xiàn)象，且出現(xiàn)裂縫。隨著埋涵段的基坑施工，庫岸邊坡變形加速，埋涵段混凝土底板裂縫進一步發(fā)展。截止2016年7月份，底板混凝土裂縫最大寬度達到1.45m，錯距達到0.9m。

2.2 變形破壞特征

由現(xiàn)場勘查報告可知，邊坡前緣為河床，邊坡左右側(cè)分別為沖溝和小山梁，滑坡位于沖溝內(nèi)，滑坡上部為環(huán)狀，呈上陡中緩下陡趨勢，主滑面方向245°，滑坡坡度為16°-24°。邊坡中部與后緣呈15°坡度，邊坡中部與前緣呈14°坡度，滑坡體剪出口長度為298m，前后緣高超為78m，滑坡厚度范圍為11.5-17.5m。滑坡坡面存在多處沉降和裂縫，裂縫寬度超過0.5m。綜上所述，滑坡體有向河床傾斜的趨勢，在前緣剪出口部位有地層變形趨勢的反傾。

2.3 滑坡體綜合勘察

探明滑坡體具體工程地質(zhì)狀況以便后期治理滑坡，在滑坡體布設5條勘探剖面，4個鉆孔。根據(jù)勘察結(jié)果可知，滑坡體主要由泥巖和碎石土組成。滑坡體上層碎石土平均厚度達到14m，且滲透性較強。泥質(zhì)砂巖和角礫泥巖地層位于碎石土下方，本土層主要位于滑坡體后半部分，土層最大厚度超過8m。滑坡體前緣主要為泥巖，最大厚度超過16m。該層土透水性差，這是因為泥巖致密。對地下水的勘察結(jié)果表明，導流洞處出現(xiàn)地下水滲出現(xiàn)象，此處主要為泥巖和碎石土。

根據(jù)勘察資料可判斷滑坡體為古滑坡復活，滑坡主要有降雨導致，且坡底道路和前齒槽施工也有一定程度的影響。

3 滑坡的發(fā)生機制分析

該水庫工況所處地區(qū)夏季雨水豐沛、冬季長期下雪，雨水和融雪都會滲入地層，補給地下水。另外，滑坡體的主要組成泥巖遇水極易發(fā)生軟化。因此，地下水的充足和泥巖遇水軟化的特性，是水庫邊坡發(fā)生滑坡的主要原因。從滑坡體所處地區(qū)的地形地貌來看，滑坡體周邊環(huán)繞一圈較高的山體，在邊坡中后區(qū)域?qū)⒒麦w包圍，形成凹形地勢，邊坡前緣地勢高差下。滑坡體特殊的地勢導致沖溝和周邊山體雨水匯聚。當夏季降雨較多時，滑坡體地層會滲入大量的雨水。同時滑坡體地表為滲透性好的碎石土，故雨水會逐漸滲入泥巖地層。泥巖遇水軟化導致邊坡巖石力學性能變差，在古風化殼與泥巖交界面逐漸形成滑動面。當滑坡后緣因受拉產(chǎn)生裂縫，會促進地表水滲入地層，加速了滑坡產(chǎn)生。

另一方面，導流洞埋涵段的開挖會導致古滑坡被挖出部分喪失阻滑作用，減小抗滑力，從而影響古滑坡的切腳。導流洞埋涵段的開挖會破壞滑坡體的平衡狀態(tài)。這也是滑坡形成的原因之一。

4 滑坡體物理力學特性及穩(wěn)定性分析

4.1 滑坡體特征及力學性質(zhì)

將探槽和鉆孔取出的巖石原狀樣進行室內(nèi)試驗，得到巖石的物理力學性質(zhì)。根據(jù)試驗結(jié)果，建議滑體巖石飽和狀態(tài)抗剪強度值圖表1所示。

表1 飽和狀態(tài)抗剪強度值

根據(jù)地勘報告，滑坡體滑面主要為泥巖，局部為混合碎石土(古風化殼和含礫泥巖混合)。對泥巖試樣開展不排水反復直剪試驗，根據(jù)試驗結(jié)果可知，其殘余黏聚力為13.01-24.98kPa，平均值約為18.2kPa，殘余內(nèi)摩擦角為15.9°-17.9°，平均值約為14.6°。圖1給出了滑坡底滑面鉆孔試樣。

為深入研究滑坡各部分物理力學參數(shù)，為模擬真實地層構(gòu)造，在滑床泥巖和泥巖底滑面間放置一層起潤滑作用的泥膜。對其進行不排水直剪試驗，根據(jù)試驗結(jié)果可知，其殘余黏聚力為11.98-12.56kPa，殘余內(nèi)摩擦角為12.0°-12.5°。綜合上述不排水試驗結(jié)果，滑帶土黏聚力為11.98-12.56kPa，內(nèi)摩擦角為12.0°-12.5°。根據(jù)勘探結(jié)果可知，在泥巖層下方分布滑坡體有古風化殼條帶狀，圖5給出了古風化殼勘察現(xiàn)場圖。

對鉆孔原狀巖石試樣開展室內(nèi)試驗，試驗結(jié)果建議安山巖黏聚力為36kPa，內(nèi)摩擦角為30.5°。綜上所述，表1給出了滑坡各部分物理力學參數(shù)。

表2 滑坡各部分物理力學參數(shù)

4.2 滑坡體穩(wěn)定性數(shù)值分析

根據(jù)研究區(qū)鉆孔資料，以邊坡鉆孔揭露的地層為依托建立計算模型，模型圖如圖2所示，對X、Y方向設置水平向的約束，對z方向的底部設置固定約束。本節(jié)邊坡三維模型共劃分網(wǎng)格單元111459個，節(jié)點165726個。

(a)鉆孔深度6m

(b)鉆孔深度16m

(c)鉆孔深度14.6m

(d)鉆孔深度22.7m

圖2 三維模型圖

通過有限元軟件計算，可以很明顯的確定出邊坡潛在滑動面的位置，即邊坡發(fā)生滑動破壞的剪切帶或位移突變的地方，如圖3所示。可見，現(xiàn)狀邊坡的潛在滑動面自開挖坡頂后方一定距離處剪入，以接近較大半徑圓弧的形狀斜向下延申，滑坡體厚度較大，從圖中的網(wǎng)格劃分的土層分布清晰可見潛在滑體的范圍及滑動方向。同時，軟件計算結(jié)果得到該邊坡的安全系數(shù)為0.901。

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T32864-2016)2.4.6條確定評價標準，見表3。可見，坡體穩(wěn)定性狀態(tài)為不穩(wěn)定，存在進一步向下滑動的極大可能。

表3 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)分級

(a)邊坡剪應變增量云圖

(b)塑性區(qū)圖

4.3 滑坡體現(xiàn)狀的變形監(jiān)測

因為導流洞埋涵段開挖(即滑坡體前緣開挖)，滑坡體發(fā)生蠕滑，此施工期監(jiān)測顯示混凝土墊層產(chǎn)生裂縫。2016年7月份導流洞邊坡發(fā)生失穩(wěn)，滑坡體周邊巖體受拉產(chǎn)生裂縫，進一步導致示混凝土墊層裂縫發(fā)展。

(a)樁號0+162

(b)樁號0+171

圖4給出了導流洞兩個樁號處裂縫變形隨時間的變化曲線。從圖中可以看出，滑坡體在主滑方向移動達到5cm(圖中水平錯距)，累計移動超過1.1m。混凝土墊層沿洞軸線移動達到8cm(圖中垂直錯距)，累計移動超過1..47m。因此，滑坡體主要沿主滑方向移動，且滑坡體處于蠕滑狀態(tài)。

5 結(jié) 論

以某水庫工程為背景，對降雨后庫岸邊坡發(fā)生滑坡進行勘察，并通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測，分析分析了滑坡規(guī)律。主要獲得一下規(guī)律：

1)滑坡體地表為滲透性好的碎石土，雨會滲入遇水會軟化泥巖地層，在古風化殼與泥巖交界面逐漸形成滑動面。當滑坡后緣因受拉產(chǎn)生裂縫，會促進地表水滲入地層，加速了滑坡產(chǎn)生。另外，導流洞埋涵段的開挖會導致古滑坡被挖出部分喪失阻滑作用，減小抗滑力，從而破壞滑坡體的平衡狀態(tài)，促進滑坡的發(fā)生。

2)數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，，庫岸邊坡的潛在滑動面自開挖坡頂后方一定距離處剪入，以接近較大半徑圓弧的形狀斜向下延申，滑坡體厚度較大，該庫岸邊坡的安全系數(shù)為0.901。此外，滑坡體主要沿主滑方向移動，且滑坡體處于蠕滑狀態(tài)。