金塘沖電站老鴉山Ⅰ號(hào)滑坡穩(wěn)定性分析

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院長(zhǎng)沙市410007）

金塘沖電站老鴉山Ⅰ號(hào)滑坡穩(wěn)定性分析

趙凱 黃玉清 肖震林

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院長(zhǎng)沙市410007）

文章根據(jù)極限平衡理論，運(yùn)用反分析法對(duì)老鴉山Ⅰ號(hào)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并用理正巖土工程軟件，對(duì)該滑坡在自然工況、正常蓄水工況及水位驟降工況進(jìn)行等Fs法穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算，以分析論證滑坡穩(wěn)定性。

極限平衡理論滑坡穩(wěn)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(zhèn)竹山村河段，是資水干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)規(guī)劃中的第9個(gè)梯級(jí)。水庫(kù)正常蓄水位擬定78.0m，總庫(kù)容2.49× 108m3，設(shè)計(jì)最大壩高33.5m，壩頂高程82.0m，河床式電站裝機(jī)約200MW，是一座以防洪為主，兼顧電、航運(yùn)、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(kù)區(qū)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(cè)設(shè)計(jì)研究總院曾于20世紀(jì)80年代針對(duì)敷溪口滑坡開(kāi)展過(guò)專門(mén)的研究論證工作，圍繞三處滑坡體布置平硐達(dá)30余處，為分析論證滑坡體穩(wěn)定性提供了翔實(shí)的基礎(chǔ)資料。滑坡體經(jīng)過(guò)多年發(fā)展、變形及人為工程影響（如下部S308省道的施工），其邊坡穩(wěn)定條件及穩(wěn)定狀況發(fā)生了變化。本文針對(duì)位于最上游的Ⅰ號(hào)滑坡體進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

2 老鴉山Ⅰ號(hào)滑坡基本地質(zhì)條件

老鴉山Ⅰ號(hào)滑坡位于庫(kù)區(qū)右岸老鴉山2號(hào)和3號(hào)沖溝之間，平面上呈縱長(zhǎng)式簸箕形，具雙溝同源地貌特點(diǎn)。該滑坡位于金塘沖上壩址（鲇魚(yú)洲壩址）上游約2.0km，滑坡失穩(wěn)后對(duì)水庫(kù)運(yùn)行影響較大。根據(jù)前期勘察資料，滑坡體物質(zhì)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(zhǎng)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(kāi)挖時(shí)已削坡減載，實(shí)際體積偏小）。根據(jù)平硐PD13揭露，滑動(dòng)面由粘性強(qiáng)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(zhì)板巖與變質(zhì)粉砂巖（具不明顯紫灰色砂質(zhì)條帶和紫紅色泥質(zhì)條帶），產(chǎn)狀為N40～60°W·SW∠30～40°，平硐PD31揭露滑動(dòng)面為紫色泥和巖塊、巖屑，滑床巖層產(chǎn)狀N40～75°W·SW∠20～36°，巖層均傾向山體內(nèi)，反向坡。把滑坡簡(jiǎn)化為平面剛體運(yùn)動(dòng)，并依據(jù)水科院經(jīng)驗(yàn)公式，其涌浪高度分別為：對(duì)岸A點(diǎn)涌浪高度為0.22 m，壩前涌浪高度為0.1m。滑坡平面分布見(jiàn)圖1。

3 極限平衡理論等Fs法穩(wěn)定計(jì)算

3.1 估算滑帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪及前期勘探試驗(yàn)成果建立計(jì)算模型，滑帶橫向基本呈穩(wěn)定的新月形態(tài)，縱向?yàn)椴灰?guī)則圓弧形條帶。根據(jù)滑帶縱向方向的變化趨勢(shì)，并采用折線型滑面等Fs法（等K法）對(duì)Ⅰ號(hào)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)核。此次采用反分析計(jì)算，假定目前滑坡處于極限平衡狀態(tài)，穩(wěn)定系數(shù)為1.0，水下折減系數(shù)取0.2，得出Ⅰ號(hào)滑坡滑動(dòng)面（帶）處于極限平衡狀態(tài)時(shí)的綜合抗剪強(qiáng)度參數(shù)為：f=0.31，c=35.24kPa。

圖1 老鴉山Ⅰ號(hào)滑坡平面圖

根據(jù)《水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》（DL/T5337-2006）確定其邊坡級(jí)別，最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取值：基本組合（正常運(yùn)用）為（1.25～ 1.15），特殊組合Ⅰ（非正常運(yùn)用）為（1.15～1.05），特殊組合Ⅱ（非常運(yùn)用）為1.05。根據(jù)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(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄E，參考本次滑坡反分析計(jì)算參數(shù)，并類比同類工程經(jīng)驗(yàn)，提出本滑坡巖土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)建議值，見(jiàn)表1。

3.2 等Fs法計(jì)算滑坡穩(wěn)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(shè)就是把土體視為理性剛塑性材料，在整個(gè)破壞過(guò)程中土體不產(chǎn)生變形，一旦達(dá)到極限平衡狀態(tài)，即沿某破裂面（或滑動(dòng)面）產(chǎn)生剪切變形或滑動(dòng)破壞。而等Fs法計(jì)算則是假定滑坡體處于極限平衡狀態(tài)以確定其物理力學(xué)參數(shù)，考慮其沿特定滑動(dòng)面產(chǎn)生塑性破壞或滑移，計(jì)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(jì)至最后一塊，根據(jù)最終剩余下滑力來(lái)判定其穩(wěn)定狀態(tài)。

表1 Ⅰ號(hào)滑坡穩(wěn)定性計(jì)算物理力學(xué)參數(shù)建議值表

（2）根據(jù)《水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)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(wěn)定系數(shù)；

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(nèi)摩擦角（°）；

ci——第i塊滑面的粘聚力（kPa）；

Li——第i塊滑面長(zhǎng)度（m）。

考慮到水庫(kù)蓄水后，Ⅰ號(hào)滑坡前緣位于庫(kù)水位以下，故在分析計(jì)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(wěn)定計(jì)算軟件分別計(jì)算各工況條件下滑坡體剩余下滑力。現(xiàn)選擇正常蓄水工況作為計(jì)算實(shí)例，具體計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)述如下：

Ⅰ號(hào)滑坡正常蓄水工況滑坡剩余下滑力計(jì)算：

①基本計(jì)算參數(shù)確定。

原始條件:

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

考慮動(dòng)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(shù):14,起始點(diǎn)標(biāo)高69.000（m）。

水面線段數(shù):10,起始點(diǎn)標(biāo)高78.000（m）。

滑動(dòng)面線段數(shù):10,起始點(diǎn)標(biāo)高69.000（m）。

②計(jì)算目標(biāo)及過(guò)程。

根據(jù)上述參數(shù)及邊界條件，對(duì)滑坡體各滑塊按指定滑面進(jìn)行下滑力及剩余推力計(jì)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(jì)算結(jié)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(guò)上述過(guò)程依次累積計(jì)算，其假定邊坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Fs=1.105時(shí)，最后一塊滑體剩余下滑力為-41.432kN＜0。按上述理論及計(jì)算方法，對(duì)滑坡自然工況、正常蓄水工況及水位驟降工況分別計(jì)算，其剩余下滑力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，各種工況計(jì)算的數(shù)學(xué)模型見(jiàn)圖2。

表2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算成果表

圖2 Ⅰ號(hào)滑坡計(jì)算分塊模型

（3）計(jì)算結(jié)果分析。根據(jù)滑坡體各分塊邊界條件進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，在所取的最小邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)情況下進(jìn)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(shí)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(tài)。由于該計(jì)算假定條件只能在現(xiàn)狀穩(wěn)定情況下成立，且未考慮滑坡體在地下水和地震、動(dòng)荷載等作用影響，各條塊之間應(yīng)力假定為剛性傳遞，未考慮其內(nèi)部塑性變形對(duì)能量的吸收和影響，故計(jì)算結(jié)果僅為分析論證提供理論依據(jù)。

4 現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析

本階段通過(guò)地質(zhì)測(cè)繪、觀察原勘探平硐及調(diào)查訪問(wèn)附近村民，發(fā)現(xiàn)Ⅰ號(hào)滑坡區(qū)后緣、中部未見(jiàn)明顯拉裂縫，該滑坡在近幾年亦未見(jiàn)明顯的拉裂變形，巖層產(chǎn)狀基本正常，滑坡發(fā)展變形跡象不明顯。但滑坡前緣由于公路（S308）開(kāi)挖且臨資水，坡度陡，多處發(fā)生表部破壞現(xiàn)象，目前公路邊坡可以見(jiàn)到2個(gè)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(jīng)歷了多年汛期洪水浪蝕沖刷，尤其是沿線85.0m高程開(kāi)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(dòng)荷載的影響，現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，目前山坡未發(fā)現(xiàn)明顯拉裂、位移變形跡象。且在拓寬S308公路時(shí)，對(duì)部分山坡進(jìn)行了削坡、減載處理，公路邊坡已零星出露層理相對(duì)穩(wěn)定的基巖，Ⅰ號(hào)滑坡的坡腳為寬（30.0～70.0）m的平臺(tái)壓腳，但局部巖體存在卸荷松動(dòng)變形。

5 結(jié)語(yǔ)

Ⅰ號(hào)滑坡主要是地表反傾巖層經(jīng)過(guò)蠕動(dòng)變形后傾倒拉裂，強(qiáng)風(fēng)化破碎巖塊追蹤順坡卸荷充泥裂隙產(chǎn)生重力蠕動(dòng)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(dòng)變形的重要因素。計(jì)算結(jié)果表明，Ⅰ號(hào)滑坡自然工況下取滑坡最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)1.173時(shí)的剩余下滑力為-34.1043kN，基本處于固化穩(wěn)定狀態(tài)，與我們現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)論基本吻合；工程建成后正常蓄水工況（蓄水至78m），抗滑穩(wěn)定系數(shù)取1.105時(shí)的剩余下滑力為-41.432kN，亦處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；最不利工況為水位驟降工況，最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)取1.066時(shí)的剩余下僅為-6.149 kN，處于極限平衡狀態(tài)。水庫(kù)蓄水運(yùn)行后，因水位上升及消落影響，庫(kù)水側(cè)蝕作用增強(qiáng)，公路以下松散堆積體（公路開(kāi)挖時(shí)的棄渣）可能產(chǎn)生小規(guī)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(wěn)定受邊界條件、水文地質(zhì)條件及工程地質(zhì)條件等因素影響較大，在邊坡遭受動(dòng)荷載、有重大地質(zhì)條件發(fā)生變化的情況下，尤其是在庫(kù)水位驟降工況下，其滑坡體物質(zhì)（含碎塊石粘土）含水量處于高位，土體自重增大，抗剪強(qiáng)度降低，庫(kù)水驟降時(shí)土體來(lái)不及排水固結(jié)，滑體剩余下滑力增大，亦不排除產(chǎn)生新的變形及發(fā)展的可能。建議針對(duì)該滑坡采取適當(dāng)?shù)倪吰伦冃伪O(jiān)測(cè)措施。

2017-03-18）

趙凱（1980-），男，河南淮陽(yáng)人，大學(xué)本科，工程師，目前從事水工環(huán)境、地質(zhì)勘查工作。