兔江橋左岸邊坡穩定性分析及防治建議

摘" 要：庫岸邊坡對水庫的安全運營影響巨大，一旦失穩會造成巨大的生命財產損失。以云南省蘭坪縣兔江橋左岸庫岸邊坡為研究對象，使用Geostudio軟件進行地質建模，采用摩根斯坦法計算不同的水庫蓄水量在不同工況下對兔江橋邊坡穩定系數的影響。研究表明，現庫水位和設計正常蓄水位在各工況下穩定系數均未達到抗滑穩定安全系數。建議及時疏散周圍居民，延長監測周期、進行邊坡加固，并注意暴雨對邊坡的影響。

關鍵詞：邊坡工程；穩定性分析；邊坡防治；滑坡建模；Geostudio軟件；摩根斯坦法

中圖分類號：TU433" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）11-0115-04

Abstract： The slope of the reservoir bank has a great impact on the safe operation of the reservoir， once the instability will cause huge loss of life and property. Taking the left bank slope of Tujiang Bridge in Lanping County， Yunnan Province as the research object， the geological modeling is carried out using Geostudio software， and the influence of different reservoir water storage capacity on the slope stability coefficient of Tujiang Bridge under different working conditions is calculated by Morgenstern-Price method. The study shows that the stability coefficient of the current reservoir water level and the designed normal storage water level does not reach the safety factor of anti-sliding stability under various working conditions. It is suggested that the surrounding residents should be evacuated in time， the monitoring period should be extended， the slope should be strengthened， and the influence of rainstorm on the slope should be paid attention to.

Keywords： slope engineering; stability analysis; slope prevention and control; landslide modeling; Geostudio software; Morgenstern-Price method

邊坡滑動是一種地質災害，嚴重時會對下游數百萬人的生命和財產造成威脅，因此邊坡安全是國家投資保護的重要方面。目前已有多項研究探討了邊坡的安全問題[1-3]。顧玉明等[4]通過設定不同滲透系數比值，研究了降雨條件下土體邊坡的滲流場和穩定性變化情況，結果表面土體各向異性滲透對邊坡穩定性的影響程度小于黏聚力和內摩擦角，而大于重度。章瑞環等[5]針對多級均質黃土邊坡穩定性分析，進一步采用優化方法來確定整體破壞模式下與局部破壞模式下所對應的邊坡穩定安全系數極小值，以確定邊坡的最小安全系數及臨界滑移面。凌道盛等[6]通過側向剪力系數和側向剪力分布函數對條間力進行假定，再利用滑體整體力矩平衡條件確定側向剪力系數η1，η2，η3，η4對二維Morgenstern-Price法進行了三維拓展。

本文依托蘭坪白族普米族自治縣人民政府委托華東勘測設計研究院有限公司對蘭坪縣兔江橋左岸變形邊坡專項地質勘察項目，對該邊坡進行了穩定性分析和穩定系數的計算。基于地質建模結果和穩定系數計算結果給出了邊坡防治建議，可為類似邊坡的分析和防治提供參考。

1" 邊坡地質條件

1.1" 地形地貌

兔江橋左岸變形邊坡（以下稱“變形邊坡”）緊臨苗尾水電站水庫，同為瀾滄江苗尾水電站庫岸邊坡，距苗尾水電站大壩河道約44 km。坡頂高程約1 850 m，水庫蓄水前江水面高程多在1 385～1 390 m，坡高約470 m，整體地形坡度在35°左右。

1.2" 地層巖性

根據前期地質資料和現場實地勘察，該庫段邊坡主要地層有中侏羅統花開左組地層和第四系松散堆積層。根據巖土成因和性質分為4類，由新至老分述如下。

1.2.1" 第四系（Q）

公路堆渣（Q4s）：人工堆積碎石土，多為道路開挖棄渣，主要堆積在道路外側，厚度1～3 m。礫石含量30%～50%不等，粒徑以2～5 cm為主，碎石含量占5%～10%，粒徑以6～15 cm為主，少量塊石，其余為黏土及砂充填其間隙，稍密～中密。

沖洪積漂、卵（礫）石（Q4al+pl）：瀾滄江階地堆積物，雜色，漂、卵石含量45%～65%不等，粒徑多為10～40 cm，少量大于40 cm，成分主要為強～中風化片麻巖、變質石英砂巖、板巖。

崩坡積碎（塊）石混合土（Qcol+dl）：雜色，塊石含量占5%～10%，粒徑以20～40 cm為主，碎石含量占10%～15%，粒徑多在5～15 cm，礫石含量占30%～50%，粒徑以2～6 cm為主，母巖成分以青灰色、紫紅色的砂、板巖為主，其間充填粉質黏土，土黃色，稍濕，硬塑。

1.2.2" 中侏羅統花開左組（J2h）

砂巖、板巖：紫紅色、深灰色、灰色、灰綠色板巖、鈣質泥巖，間夾變質粉砂巖及細砂巖，板巖呈板狀結構，正常巖層產狀為N0°～10°E，SE∠65°～80°，傾倒變形發育地段巖層傾角變緩為10°～65°。

1.3" 地質構造

場地區內無活動區域斷裂分布，岸坡范圍內構造不發育，未發現大規模斷層通過，未發現較大規模的順坡向不利結構面組合。層面節理產狀N∠10°～30°E，SE∠40°～85°，裂面粗糙，一般無填充物，延伸長度大于10 m。張剪產生的節理產狀近EW，N/S∠80°～90°，發育間距30～50 cm，閉合～微張，斷續延伸。

1.4" 水文地質

地表水為沖溝流水，流量受季節性降雨影響大。地下水類型主要為堆積物孔隙水和基巖裂隙水。堆積物孔隙水賦存于岸坡崩坡積碎石土層中，基巖裂隙水賦存于巖體結構面中，主要受大氣降水補給，向瀾滄江及兩側支溝排泄。山體地下水總體低平，地表未見地下水出露點。

1.5" 巖土體物理力學性質

勘察期間，在滑坡周界處布置了探槽及豎井，在揭露的滑帶內采取了6組原狀滑帶土樣，委托云南省地質礦產勘查開發局中心實驗室滇西測試所進行了土的常規物理試驗及天然快剪試驗、飽和快剪試驗和反復直剪試驗，試驗成果見表1。

2" 邊坡特征及成因分析

2.1" 邊坡特征

變形之后對邊坡裂縫的分布特征、性狀進行了現場實地調查，如圖1所示。變形邊坡的后緣及上、下游側均發現有裂縫，順河向分布范圍主要位于兔江橋左岸橋頭上游側40～200 m范圍，后緣最高的裂縫分布在上部還建公路上，高程約為1 490 m左右，局部橫向裂縫變形量較大，錯距明顯。上游側縱向弧形裂縫分布較多，但裂縫未完全貫通，變形底界面清晰，擦痕明顯。下游側縱向裂縫分布較少，分布不連續。變形邊坡內部各高程也分布有一定數量的橫縱裂縫。邊坡前緣（靠江側）庫位水以上未發現明顯的剪切裂縫和鼓脹張開裂縫。

通過對變形邊坡地表裂縫分布特征的調查，結合表觀、深部位移監測數據，確定目前邊坡變形區域如圖2所示，變形區后緣高程約1 490 m，前緣高程約1 390 m，順河向長約160 m，變形深度預計約10～30 m，變形區域面積約15 593 m2，按平行斷面法計算其方量約21.4萬m3。

2.2" 邊坡成因分析

結合邊坡地形地質條件、邊坡變形特征、水庫蓄水過程及降雨量綜合分析認為：

1）變形邊坡區域位于崩塌堆積體靠上游側厚度較大部位，地形上處于山梁之間，凹形地形及較厚堆積體的結構分布不利于斜坡穩定，且堆積土層力學參數遇水降低，易產生沿物質界面的滑動失穩。

2）斜坡中部多條道路的開挖，形成高陡的內側邊坡，內側高陡邊坡的應力重分布導致地表局部出現細微裂縫，為雨水入滲土體提供通道。

3）2020年之前，庫水位維持在1 403 m高程長達3年，期間庫水位短暫達到1 408 m正常蓄水位，邊坡未發生變形。2020年雨季長時間強降雨疊加庫水位抬升至1 407 m，附近邊坡發生變形。經分析認為，水庫蓄水導致邊坡水面以下土體泡水飽和，降低了土體強度，局部形成塌岸，前緣坡體處于臨界穩定狀態；2020年8—10月份的強降雨導致雨水沿裂縫下滲，土層抗剪強度急劇降低，土體容重增加，坡體前緣破壞并失去支撐，同時為上部坡體的變形破壞提供了空間，新的變形向坡內發展，上部滑體開始剪切、錯動，導致邊坡產生淺層變形滑動。

因此，強降雨和水庫蓄水是邊坡產生變形破壞的主要原因。

3" 邊坡穩定性分析

3.1" 穩定性分析計算參數

邊坡穩定性計算是指根據露天礦的實際條件，計算一定穩定系數所需的邊坡角，在穩定狀態的時候，阻止土塊滑動的抗滑力必須大于土塊的滑動力，這個比值叫土坡穩定安全系數Fs。

式中：Tf為抗滑力，Ts為滑動力，β為坡角，?為無黏性土的內摩擦角。

對均質無黏性土來說，只要坡角小于土的內摩擦角，無論坡的高度為多少，邊坡材料的重量如何，土坡總是穩定的。

暴雨條件下考慮土體的飽和強度和飽和參數，滑面貫通工況采用土體的反復剪參數。地震工況計算采用規范推薦的擬靜力法，變形體邊坡抗震設防標準采用50年超越概率10%設計，相應基巖地震動峰值加速度為0.15 g，擬靜力計算時，地震效應折減系數為0.25。根據中華人民共和國國家標準GB/T 32864—2016《滑坡防治工程勘查規范》規定，結合水電水利工程邊坡設計規范，確定邊坡的抗滑穩定安全系數為：短暫狀況及偶然情況Fs≥1.05，持久狀況Fs≥1.15。

3.2" 穩定性分析

在Geostudio的SLOPE/W軟件中，可以進行巖土邊坡穩定性分析。該軟件使用極限平衡理論，可以內置多種滑移面搜索方法、孔隙水壓力條件、土體強度本構以及加固組件和荷載工況等，對簡單或復雜的邊坡進行穩定性分析。

摩根斯坦-普拉斯法（Morgenstern-Pricemethod）是一種用于邊坡穩定分析的極限平衡法。這種方法的核心理念在于假定相鄰條間的作用力，并確定條間合力的作用位置。這種方法對于均質或各向同性的半無限空間和有洞穴的巖石邊坡的穩定性分析都很有用，但對于復雜的地質條件或非線性強度準則可能無法得出準確的結果。經實地考察，本文認為該方法可用于兔江橋滑坡穩定性系數計算。

3.3" 滑坡模型模擬

本次邊坡穩定分析計算采用I-I'工程地質縱剖面作為典型計算剖面，Geostudio模型如圖3所示。

根據土工試驗的滑帶土參數，對邊坡I-I'縱剖面不同庫水位進行天然、暴雨、地震和底滑面貫通4個工況下的穩定性計算，計算結果見表2。

根據變形邊坡的穩定性計算成果分析如下。

1）通過水庫蓄水前后邊坡穩定系數對比可知，水庫蓄水前自然邊坡處于穩定狀態，水庫蓄水后庫水位雍高致使邊坡的水文地質條件發生改變，前緣巖土體泡水軟化致使邊坡的穩定系數降低。

2）變形邊坡在現庫水位條件各工況下穩定系數均未達到規范要求的抗滑穩定安全系數（天然工況應小于1.15，短暫和偶然工況應小于1.05）。

3）計算模型預測水庫蓄水至設計正常蓄水位1 408 m，由于變形邊坡前緣的巖土體泡水面積增加，塌岸將進一步向坡內發展，邊坡的穩定系數進一步降低，各工況下邊坡的穩定系數均未達到規范要求。

4）在1 403 m和1 408 m庫水位條件下邊坡在暴雨工況時，變形邊坡巖土體處于飽水狀態，其物理力學性質下降，下滑力增加，致使邊坡穩定系數降低，處于欠穩定狀態。

5）若變形持續發展，底滑面將連續貫通，滑帶土力學參數持續降低，邊坡將發生滑動破壞，形成滑坡。

4" 邊坡處理建議

根據穩定性分析成果，結合現場實際情況，變形邊坡處理基本原則為：確保變形邊坡附近居民安全，盡可能降低邊坡失穩對交通、基礎設施等的影響。

對變形邊坡處理方案的建議如下：考慮到邊坡失穩主要影響目前變形體周界外附近的2戶居民安全、道路安全通行以及坡面上的基礎設施和農作物。建議對變形邊坡周界外附近的2戶居民進行搬遷，對地表裂縫進行密實封閉，防止雨水沿裂縫下滲，變形邊界附近設立警戒，提醒當地居民及過往人員防范滑坡災害風險。

崩塌堆積體現狀整體基本穩定，局部穩定性差，但考慮到堆積體邊坡上分布有較多居民點，建議對崩塌堆積體邊坡進行監測，持續關注邊坡穩定情況。

建議在變形邊坡范圍內設立表觀變形監測點，持續監測邊坡變形情況。考慮到現有深部監測周期較短，部分監測孔的深部剪切變形特征不明顯，建議適當延長深部變形監測周期。變形邊坡目前整體處于蠕動變形階段，具備進行工程措施處理的時機，建議及時對變形邊坡進行工程處理，處理方案建議如下。

1）堆渣壓坡方案。目前變形邊坡面積約15 593 m2，方量約21.4萬m3，其變形范圍均在覆蓋層內，屬于覆蓋層淺表層變形，推測其變形最深處約20～30 m，可采用堆渣壓腳方案，提高邊坡穩定系數。

2）加固處理方案。變形邊坡前緣及中部底滑面深度約20～30 m，變形底界面以下為強風化的砂、板巖，可在變形邊坡的中部及前緣布置抗滑樁，設計樁長需深入變形底界面以下至弱風化基巖，以提高邊坡穩定系數。

5" 結束語

穩定性計算表明，變形邊坡在產生變形后，在1 403 m庫水位各工況下的穩定系數均未達到規范要求。后期水庫正常運行，庫水位反復抬升，各工況下邊坡穩定系數將進一步降低，邊坡變形加劇，底滑面連續貫通后，邊坡可能發生滑動破壞。

極端情況下邊坡整體快速失穩造成涌浪和堵江的可能性小，對兔江橋影響小；變形邊坡失穩主要威脅目前變形體周界外附近的2戶居民安全、道路安全通行以及坡面上的基礎設施和農作物。

目前變形邊坡處于蠕動變形階段，具備對其進行加固處理的時機。

參考文獻：

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