基于傳遞系數法的岸坡穩定性分析
——以某電站庫區涉水邊坡為例

王 震

（大石橋市財政事務中心，遼寧 大石橋 115100）

某水電站庫區為河流侵蝕堆積及構造剝蝕地貌，地形北高南低，且由于該地區暴雨洪水頻繁發生，水位經常急劇上升和下降，造成庫區岸坡穩定性欠佳，給電站的安全運行構成極大威脅。為此，本文采用傳遞系數法對該庫區的典型岸坡進行穩定性分析。沈堯亮和侯殿英等［1］通過理論研究，分析了傳遞系數法的原型與衍生過程。周海清等［2］通過實際案例推導了滑面指標反算方法，該法通過驗證可用于實際工程。袁興平等［3］通過實例證明了在實際工程運用中剩余下滑力的差異及其對設計計算造成影響。通過文獻綜述，不難發現傳遞系數法在我國工程領域已獲得了快速發展，應用廣泛，且可靠性較高。

1 岸坡地質條件

本研究岸坡對象工程區出露地層以區域性微—中變質地槽型沉積建造為主，以三疊系最發育，分布最廣。

1.1 工程區沿河出露主要地層

三疊系上統圖姆溝組下段（T3t1）的板巖，巖層產狀N 45°W/SW∠75°。第四系整個流域均有分布，沿河以沖洪積堆積為主，兩岸緩坡地帶以坡、殘積堆積為主，洪積堆積主要分布在各支溝溝口。由于區域變質作用，巖層受強烈擠壓、變形，巖體中節理、片理、板理非常發育，巖體破碎，區內構造格架以北西向為主。第四系以來區內新構造運動表現十分強烈，整個區域基本處于強烈抬升而遭受剝蝕的構造環境，表現為間歇抬升。區內抬升總體表現為東部抬升速度相對西部較快。河谷河流階地不發育，洪積臺地發育，階面高出河水面5～20m。在地貌上表現為斷層槽谷、斷層陡坎、埡口及地表水系與斷層的同步偏轉。此外，強震主要集中分布在地質塊體的活動邊界斷裂的某些特殊的構造部位成叢、成段出現。

1.2 工程區地質為巖體風化、卸荷

巖體受構造因素及地形的影響，風化、卸荷分帶較明顯。強風化巖體結構部分遭破壞，巖體顏色多為淺黃色，裂隙發育，間距0.15～0.2m，裂面普遍銹染，錘擊聲啞，巖體為層狀碎裂結構。弱風化巖體裂隙較發育，裂隙間距0.3～0.5m，大部分裂面有輕微鐵銹渲染，錘擊聲略啞，巖體為層狀鑲嵌狀結構。新鮮巖體結構未發生變化，裂面新鮮，錘擊聲清脆。河床強風化帶垂直厚1～2m，弱風化帶厚4～5m；岸坡強、弱風化帶垂直厚度分別為3～4m和6～8m。巖體的卸荷作用主要表現為裂隙數量的增加和裂隙開度的增大，并沿主要結構面卸荷松弛。強卸荷巖體松馳，隱微裂隙和次生裂隙顯現，構造裂隙普遍張開，且多處見有寬度大于2cm的陡傾角卸荷裂隙，常充填巖屑及次生泥，裂面普遍嚴重銹染。弱卸荷巖體較松馳，部分隱微裂隙顯現，構造裂隙輕微張開，長大裂面普遍嚴重銹染，一般裂面有輕微銹染，可見寬度達0.5～1cm的陡傾角集中卸荷裂隙，局部充填有巖屑及次生泥。兩岸強、弱卸荷帶水平厚度分別為3～4m和10～15m。

1.3 區域內基巖裂隙水和第四系松散堆積層孔隙潛水

1.3.1 第四系松散堆積層孔隙潛水

主要埋藏于河床、沖洪積臺地中。地下水主要受大氣降水與河水補給控制，與河水、溝水聯系密切，受季節變化較明顯。

1.3.2 基巖裂隙水

主要埋藏于基巖裂隙及斷層破碎帶中，其埋藏及補給、運移、排泄條件復雜，含水裂隙（帶）之間水力聯系差，主要接受大氣降水補給，以下降泉形式排泄于溝谷或河流。該河段河水水質類型為重碳酸硫酸鈣型水，對岸坡穩定有一定影響。

2 計算條件

項目所在區域岸坡以土質岸坡為主，穩定性較差。土體主要為河流沖洪積堆積層，厚度大于10m，地面表層有厚度0.3m的壤土，含少量礫石，壤土為褐黃色，硬塑狀，含較多的植物根系。下部為粗粒土漂塊卵礫石夾砂層，粒徑一般10～20cm，大者0.6～1.5m，成分主要為花崗巖、閃長巖、板巖、砂巖，磨圓度較好，分選性差。漂塊卵礫石夾砂層中的細粒含量為17.1%，不均勻系數為85.45，曲率系數為6.05，屬于級配不均勻的漂卵礫石土。天然干密度2.23g/cm3。土體結構松散，局部架空，人工擾動較多。局部岸坡段受人類活動的磨蝕，導致岸坡崩塌，形成的陡坎高達2～6m，根據現場地質勘察成果，選擇覆蓋層較厚和常年浸水前緣土壤進行穩定性計算，如圖1。

圖1 邊坡穩定計算斷面及相關水位

2.1 計算參數選取

通過對該區域工程地質和水文地質條件進行分析，并根據研究岸坡的現狀，驗證反演分析得到的c和φ值。計算時以項目所在區域已發生的滑坡作為依據，即已知滑坡的穩定性系數，參數取值區間0.95 ～1，可通過反算得到該區域范圍內滑帶土的抗剪強度參數c，φ。存在c和φ兩個未知參數，首先，確定c值驗算范圍，并在該范圍內選擇一系列黏聚力值ci，通過反算得到對應的內摩擦角值φi。在不同參數組合中選擇最優值，作為本滑坡案例的穩定性計算參數。計算如式（1）：

式中 Si為無量綱變量，Si中最小值對應的ci和φi為最優的滑帶土抗剪強度參數，其中ci為最優的滑帶土對應的黏聚力 （kPa），φi為最優的滑帶土對應的內摩擦角（°）；ηc，ηφ分別為黏聚力和內摩擦角對邊坡穩定性影響系數，ηc∶ηφ=1∶3。μc為黏聚力均值（kPa）；σc為黏聚力方差（kPa）；μφ為內摩擦角均值（°）；σφ為內摩擦角方差（°）。

同時，結合該岸坡地理環境及當前狀態，并參考類似工程的經驗資料，充分考慮滑坡引起的地下水，如表1。

表1 庫區邊坡穩定性計算相關參數取值

2.2 計算工況及荷載組合

考慮到該水電站工程區岸坡地質構造及河水、暴雨對岸坡的影響，勘察期（即枯水期）水位262.3m，50年設計洪水位284.6m，選取50年暴雨條件和飽和參數計算滑動面。此外，由于工程區地震烈度為7°，則本次邊坡穩定性計算需考慮地震荷載。根據上述條件，選取4種典型工況進行岸坡穩定性計算如表2。

表2 不同工況荷載組合及穩定系數取值

2.3 計算結果

本次穩定計算選取了覆蓋層較厚的兩個典型斷面（如圖1），采用傳遞系數法［4-5］計算邊坡穩定系數結果如表3。結果包含了表3中設置的4種工況。

表3 不同工況下兩段邊坡穩定計算成果

從表4的穩定性計算結果可看出，水電站庫區天然岸坡的電流穩定系數均大于臨界安全系數1并處于穩定狀態，即水電站岸坡在工況1時是穩定的。在工況2，3，4條件下，岸坡的安全系數均小于1，說明此時岸坡若不采取加固措施將發生失穩和滑移。同時，由于本段岸坡覆蓋層較厚，松散土體的穩定性將直接影響岸坡穩定和安全，進而影響到該工程水電站等其他水工建筑物的穩定性。

3 結語

以某水電站庫區內的天然岸坡為例，介紹了該工程區的工程地質和水文地質條件，采用傳遞系數法計算了該水電站庫區內兩段天然岸坡的穩定性大小。

（1）枯水期，兩段岸坡的穩定系數均大于1.15；在考慮不利的運行工況時，岸坡對象的安全系數低于1，說明邊坡需要采取加固措施才能保持自身的穩定。

（2） 該電站庫區岸坡對象的穩定性受水和地震作用的影響十分顯著，應注重岸坡的穩定問題。

（3）在后期工程建設過程中，應采取必要的邊坡加固措施，預防滑坡等自然災害的發生，從而保證庫岸穩定及水電站的安全運行。