河口村水庫工程龜頭山古滑坡體穩定性研究

□褚青來（河南省河口村水庫建設管理局）

□叢曉明（建設綜合勘察研究設計院有限公司）

1.前言

壩址區位于河口村以上，嚇魂灘與河口灘之間，長約2.5km。河谷呈兩端南北向、中間近東西向的反“S”形展布。兩岸谷坡比較完整，在反“S”形兩轉彎處，左岸有老斷溝、右岸有余鐵溝以懸谷形式與主河道相交。老斷溝與主河道交匯處高程210m，余鐵溝與主河道交匯口處高程220m。河床水面高程168～178m，縱坡比降4‰。

壩址區河谷為U型峽谷，谷坡覆蓋層較薄，大部分基巖裸露。谷底寬度100～180m，在正常蓄水位283m時，河谷寬度440～650m。由于組成河谷的巖層軟硬相間，使兩岸谷坡陡緩不同，呈臺階狀。

龜頭山滑坡體位于庫區的正常蓄水位影響范圍內，水庫建成運行后，庫水位的變動對坡體的安全性勢必存在影響，基于穩定分析理論，對幾種運行工況下坡體的安全性進行了計算分析，對水庫安全運行有技術支持。

2.地質概況

龜頭山山體在穩定分析區內被兩個構造斷裂所切割。北部岸邊為F11逆掩斷層，出露高程在180～230m之間，走向NW300°～310°，傾向SW，傾角20°～27°，切割于山體的中下部。南部為五廟坡斷層帶（F6、F7、F8），走向NW270°～280°、傾向SW、傾角45°～87°。由于兩條斷層（F11與（F6、F7、F8））的傾角不同，約在高程108m處相交，形成兩斷層間山體呈一不規則的三角楔形體。

龜頭山古滑坡堆積物（delQ3）：巖性為破碎松動巖體、巖塊及碎石，局部鈣質膠結，厚10～40m，分布高程260～300m。古崩塌堆積物(colQ3)：巖性為巨型鮞狀灰巖巖塊及碎石，局部鈣質膠結，分布高程220m以上。沁河余鐵溝古河道堆積物(al+dlQ31)：底部為卵石及粉砂，上部為坡積巖塊、碎石及壤土，厚約30m，分布高程245m以上。Ⅲ級階地堆積物(al+dlQ31)：砂卵石、碎石夾粘性土。全新統（Q4）：坡積、洪積巖塊、碎石及壤土（dl+plQ4）。Ⅱ級階地堆積物（alQ41）：下部為砂卵石夾粘性土，上部為壤土。Ⅰ級階地堆積物（alQ42）：下部為砂卵石層，上部為壤土。河床堆積物（alQ43）：巖性為含漂石砂卵石層夾粘性土及砂壤土，最大厚度47.97m。

3.分析原理

Janbu法是一種既滿足力和力矩平衡條件，又可用于任何形狀的滑動面的較精確的方法，其特點是假定條塊間水平作用力的位置。因而每個條塊都滿足全部靜力平衡條件和極限平衡條件，滑動體的整體力矩平衡條件也得到滿足。

計算中，考慮最復雜的情況：即計算塊體為多地層，同時有地震力和地下水作用，從而比一般的計算公式考慮更為全面。從滑體中取出任意條塊i進行分析，圖1為其受力條件。

圖中，條塊的側面分別有法向力Pi、Pi+1和切向力Hi、Hi+1，hi、hi+1為法向力到滑面底的距離。則根據圖1有以下推導：

由∑Fx=0,得

由極限平衡條件，設穩定系數為Fs，則有

圖1 Janbu法條塊作用力分析圖

從而可得到

對條塊側面的法向力P，顯然

(6)代入(5)得到

其中mi=(1+tgφitgθiFs)cos2θi。

由于ΔH未知，對滑面中點取矩∑Mi=0，則得到

4.計算分析工況

根據現場踏勘及理論分析選擇沿滑坡體潛在可能滑動方向上的代表性剖面即二壩線剖面，進行滑坡體穩定計算。根據二壩線工程地質剖面圖和滑坡體分布位置，選取左岸邊坡建立滑坡體極限平衡分析的模型，如圖2所示。

圖2 二壩線工程地質剖面圖

地質報告中提供的古滑坡體物理力學參數如表1所示。

根據工程設計要求，選取以下工況對古滑坡體穩定性進行極限平衡分析：工況一：正常蓄水位275m；工況二：正常蓄水位275m＋地震。

5.結果分析

計算結果表明：自然狀態下，滑坡體處于穩定狀態；當在自然狀態下考慮地震作用時，滑坡體的穩定性大大降低，穩定性系數為0.840＜1.0，趨于失穩；蓄水過程中由于水對坡體的以上不利作用，隨著蓄水位的升高，滑坡體浸水面積的增加和孔隙水壓力的升高，滑坡體穩定性是逐漸降低的。正常蓄水位275m+地震工況下滑坡體的穩定性大大降低，趨于失穩，其穩定性系數比自然狀態＋地震工況下的穩定系數更低，說明蓄水改變了坡體的滲流場，使得庫水波動影響范圍內坡體浸潤線抬升，孔隙水壓力升高，不利于邊坡的穩定，加之地震作用產生了超孔隙水壓力，更加不利于邊坡的穩定，使其處于不穩定狀態；在正常蓄水位275m驟降至267m工況下，由于庫水驟降產生了順坡向的動水壓力，從而增大了下滑力，對邊坡穩定性尤為不利，驟降幅度越大越不利于邊坡的穩定。計算結果如圖3所示。

表1 古滑坡體物理力學參數建議值表

圖3 計算典型結果

6.結論

計算結果表明在蓄水前及正常蓄水情況下，古滑坡是穩定的，在考慮地震作用時，滑坡體的穩定性大大降低，穩定性系數為0.840＜1.0，滑坡已經失穩。因此，龜頭山古滑坡考慮到安全性的需要，在特殊情況下穩定性受到影響，應進行加固處理，確保水庫的安全運行。

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