不同滑動破壞模式下的邊坡穩定性分析

林 雁

（安徽開放大學，合肥 230022）

我國地域廣闊，土地面積大，地質地貌豐富，天氣變化多端。因此，一些丘陵地區不穩定的邊坡滑動或崩塌破壞時常發生，特別是大規模的邊坡巖和土體的破壞能引起一系列的重大影響，對國家和人民生命財產造成巨大損失。所以，邊坡穩定問題一直是巖土工程領域關注的重點。

水電站右岸壩肩自然邊坡高陡，在1 220 m高程以上地形較緩的斜坡表面分布有數米厚的崩坡積物，纜機邊坡巖體風化卸荷較強烈。在對壩頂以上邊坡平硐及地表詳細調查的基礎上，本次計算采用3DSLOPE軟件[1]進行右岸開挖邊坡的整體穩定性分析[2-5]，并就最不利的可能滑動面及滑動組合模式來進行邊坡的穩定性計算，為工程實踐提供理論依據。

1 穩定分析軟件3D-SLOPE

3D-SLOPE[5]是基于Spencer法[6-7]的邊坡三維剛體極限平衡分析可視化軟件。有機地結合三維地層信息系統和極限平衡分析法，不僅豐富了極限平衡分析法的表現形式，還能夠拓寬三維地層信息系統的專業分析功能，體現了高層次的巖土工程信息化設計與施工。3D-SLOPE程序通過三維地層模型的建立，擬合函數計算是通過使滑體內每個條塊經歷中的滑裂面、不同地層、水位面的高程值和相應的物性參數來確定的，使計算過程能夠大范圍地簡化，計算效率得到很大提高。在實際分析中可結合工程經驗確定可能的滑裂面和滑體范圍，對工程上可能的多個滑動方向進行計算，自動搜索潛在最危險滑面及主滑方向，同時軟件還能考慮自重、水壓力、地震作用等多種荷載及其組合。

2 工程實例

2.1 工程概況

壩址區兩岸山體雄厚，谷坡陡峻，基巖裸露，地應力較高，巖體卸荷及風化強烈，自然坡度一般40°～65°，相對高差一般在600 m以上。基巖主要巖性為澄江期花崗巖類。兩岸1 250 m高程以上分布有一定厚度的崩坡積層。壩址區巖脈、擠壓破碎帶、斷層和節理裂隙發育。

由于邊坡具有“兩高一強烈”（高地應力、高地震烈度、卸荷風化強烈）的顯著特點，且中、陡傾角的順坡向節理裂隙較為發育，因此，邊坡穩定問題較為突出。

2.2 計算分析

2.2.1 邊坡整體穩定控制性結構面

經分析，影響邊坡整體穩定控制性結構面的不利組合見表1。

表1 右岸邊坡整體穩定控制結構面組合

2.2.2 計算參數

邊坡巖體強度，特別是巖體結構面強度對邊坡穩定性計算結果有著重要影響，本次計算參數詳見表2和表3。

表2 巖體力學參數

表3 結構面力學參數

2.2.3 滑動模式

滑動模式一：該滑動模式主要以陡傾坡內的γL5花崗細晶脈巖脈為后緣拉裂面，以卸荷裂隙XL9-15及斷層f208為底滑面，上游側邊界為斷層f202，由這些結構面組合形成的滑塊主要位于剖面LPI-I到LPIX-IX下游200 m，以及EL1 170～1 360高程之間。

滑動模式二：該滑動模式主要以陡傾坡內的γL5花崗細晶脈巖脈為后緣拉裂面，以卸荷裂隙XL9-15及斷層f208為底滑面，上游側邊界為巖脈β209，由這些結構面組合形成的滑塊主要位于剖面LPIII-III到LPIX-IX下游160 m，以及EL1 170～1 340高程之間。

滑動模式三：該滑動模式主要以陡傾坡內的γL5花崗細晶脈巖脈為后緣拉裂面，以卸荷裂隙XL9-15及斷層f208為底滑面，上游側邊界為巖脈β219，由這些結構面組合形成的滑塊主要位于剖面LPIV-IV到LPIX-IX下游120 m，以及EL1 180～1 320高程之間。

3 滑動破壞穩定性分析

3.1 滑動模式一

滑塊的空間位置、滑裂面的空間展布及滑塊的三維可視化圖形分別如圖1—圖3所示。

圖1 塊體在邊坡上的位置示意圖

圖2 塊體三維可視化圖

圖3 塊體滑裂面構成示意圖

根據三維極限平衡分析，得到該滑動模式在不同工況下的穩定性安全系數，見表4。

表4 滑動模式一的穩定性安全系數

對于壩頂以上邊坡完全開挖后沿XL9-15及斷層f208組合滑面滑動的整體滑移模式，在正常工況下其安全系數為1.265、降雨工況下的安全系數為1.216、地震工況下安全系數降低到了1.103。3種工況下的安全系數值均滿足規范要求。

邊坡實施錨索加固后，邊坡在正常工況下的安全系數為1.344，降雨工況下的安全系數為1.294，8度地震條件下的安全系數為1.172，開挖邊坡安全系數有一定的提高，為0.08左右，但由于該滑動模式的滑坡總方量較大，故錨索加固后滑塊的安全系數提高幅度不大。

3.2 滑動模式二

根據三維極限平衡分析，得到該滑動模式在不同工況下的穩定性安全系數，見表5。

表5 滑動模式二的穩定性安全系數

對于壩頂以上邊坡完全開挖后沿XL9-15及斷層f208組合滑面滑動的整體滑移模式，在正常工況下其安全系數為1.317、降雨工況下的安全系數為1.269，地震工況下安全系數降低到了1.156。安全系數值均能滿足規范要求。

邊坡實施錨索加固后，邊坡在正常工況下的安全系數為1.423，降雨工況下的安全系數為1.372，8度地震條件下的安全系數為1.247，挖邊坡安全系數有一定的提高，為0.11左右。

3.3 滑動模式三

根據三維極限平衡分析，得到該滑動模式在不同工況下的穩定性安全系數，見表6。

表6 滑動模式三的穩定性安全系數

對于壩頂以上邊坡完全開挖后沿XL9-15及斷層f208組合滑面滑動的整體滑移模式，在正常工況下其安全系數為1.386、降雨工況下的安全系數為1.337，地震工況下安全系數降低到了1.228。

邊坡實施錨索加固后，邊坡在正常工況下的安全系數為1.529、降雨工況下的安全系數為1.477，8度地震條件下的安全系數為1.350，3種工況下的安全系數值均能滿足規范要求，錨固邊坡安全系數有一定的提高，為0.14左右。

4 結論

采用三維極限平衡分析方法對邊坡穩定性進行分析，得到如下結論：

（1）邊坡可能發生3種滑動破壞模式，其方量在87.2～19.3萬方之間，以γL5為后緣拉裂面，斷層f202，巖脈β209（f205），β219（f221）等為上游側裂面。

（2）邊坡開挖后滑動模式一、二和三在正常工況下的安全系數分別為1.265，1.317、1.386，在降雨工況下的安全系數分別為1.216、1.269、1.337，在地震工況下的安全系數分別為1.103、1.156、1.228。計算結果表明開挖后這3種滑動模式的穩定性均滿足施工期及運行期穩定性要求。錨索支護后，3種滑動模式在正常工況下的安全系數對比支護前分別提高0.08，0.11，0.14。故錨索支護后，滑動模式一、二和三穩定性得到了進一步的提高。