瑞典條分法在邊坡穩定中的應用

李 濤 胡曉東 王 偉

（1中水北方勘測設計研究有限責任公司；2河南省水利勘測設計研究有限公司3河南省山水水利工程有限公司）

0 前言

滑坡是中國地質災害中主要災害類型，據有文獻記錄以來大小滑坡不計其數，滑坡穩定性評價是地質災害防止工作中的重要研究對象。陸渾灌區總干渠段填方壩下側多為村莊房屋，突發滑坡易造成重大財產損失，甚至人員傷亡，所以對于沿線填方壩穩定性的分析勢在必行。

1 滑坡地質環境條件

1.1 滑坡概況

陸渾水庫位于河南省洛陽市嵩縣田湖鎮伊河上，總庫容13.20億m3。總干渠于1972年設計施工，1975年通水。干渠建成運行至今，灌溉效益顯著，對農業豐收發揮了積極作用。

陸渾灌區總干渠潘溝渠坡塌滑段位于嵩縣田湖鎮盧屯村西南約1 km，位于總干渠樁號K6+300～K6+377處。干渠左岸土質填方渠堤背水坡，邊坡高26 m，設有二級平臺，沿坡下現有約300戶村舍。邊坡曾于2012年6月20日通水過程中發生過塌滑，隨后進行了應急處理，處理措施為清除塌滑體，堤頂下清除深度約5 m后重新回填壓實，對背水坡進行回填培厚加固處理。2012年8月20日背水坡又出現裂縫，存在滑動的可能性。

1.2 地形地貌

陸渾灌區總干渠潘溝滑坡段位于樁號K6+300～K6+377，在地貌單元上屬于山前伊河Ⅲ級階地。潘溝堤填方段上下游兩側原地貌均為溝谷，中間為一較單薄小山梁，渠道右岸為山體，山體基巖風化嚴重，巖石較破碎；左岸屬土質填方渠堤。現狀填方渠堤堤頂長77 m，寬6.70 m 左右，高程296.28 m。渠道迎水面采用混凝土護砌，高寬比1：1.75；背水坡高寬比為1:1.50。

1.3 地層巖性

工程場區出露的地層巖性主要為下元古界上熊耳群（Pxl3t1）安山玢巖、下第三系（E）粘土巖及第四系上更新統松散堆積層。各層描述如下。

1.3.1 下元古界上熊耳群（Pxl3t1）

深灰色安山玢巖，隱晶質—斑狀結構，斑晶多為長石；杏仁狀構造，杏仁直徑5～15 mm，杏仁中充填物有石英、方解石等。安山玢巖具有“硬、脆、裂、碎”的特點，巖石堅硬，節理裂隙較發育。厚度＞200 m。廣泛出露于干渠右岸。

1.3.2 下第三系（E）

粘土巖（E）：棕紅色為主，主要由黏土質構成，泥質膠結，成巖作用較差。局部為鈣質膠結，膠結較好，含少量灰白、灰綠色團塊，遇水易軟化。主要出露于總干渠潘溝壩上游1公里處。

泥灰巖：灰白色為主，成巖較差，局部泥鈣質膠結較好，見較多鈣質團塊。

1.3.3 上更新統（Q3al）

黃土狀重粉質壤土（Q3al）：褐黃色，多呈硬塑～堅硬狀，含針狀孔隙較多，垂直裂隙較發育，含少量白色鈣質網紋、鈣質結核及黑色鐵錳質薄膜，土質不均。分布在左岸渠堤上下游。

1.3.4 填筑土（Qs）

主要由褐黃色中粉質壤土組成，夾紅黃色重粉質壤土，局部含較多鈣質結核及碎石，碎石成份為安山玢巖，分布不均。組成堤身。

1.4 水文地質條件

工程場區地下水埋藏深度較大，僅在山坡底部局部有地下水滲出，該水源為渠道通水時殘留在邊坡內的水，水量較小。

2 滑坡成因機制分析

2012 年8 月初在對現場踏勘時發現堤身在一級平臺下部3 m、3.50 m、6 m處出現裂縫，3條裂縫走向與坡面走向一致，8月16號調查時裂縫并未連通，8月24日勘察時裂縫沿坡走向方向已貫通整個坡面，長約30 m，寬10～20 cm，豎直向下延伸約65 cm，在坡面與上下游兩側自然邊坡結合部發育兩條裂縫，上部局部坡面出現凹陷，說明裂縫仍在發展。在對裂縫開挖檢查時，發現表層土土質疏松，含較多土塊，厚約0.80～1.00 m，壓實質量差，在與下部填土結合部夾有樹葉、雜草等雜物，滑動面產生在此結合面處，因此屬表層土滑動。

為了查明堤身邊坡的穩定性，有無再次滑動的可能性，布置了一“丁”字形勘察剖面，據巖芯觀察，在堤身深處存在一弧形軟弱夾層（見圖1），并利用鉆孔和豎井取樣作室內試驗，結果見表3。從表中看出，該軟弱夾層有干密度較低、高壓縮性、抗剪強度低等特點，邊坡存在沿此軟弱夾層滑動的可能性。

3 滑坡穩定性分析

3.1 軟件簡介

圖1 滑坡地質剖面圖

計 算 采 用 的 是 采 用Untitled Geostudio2007 中軟件。其原理采用極限平衡法，包括瑞典條分法、畢肖普法、江布法、摩根斯坦-普賴斯法等，能計算考慮孔隙水壓力情況下的邊坡穩定性，目前在全國許多大型水電工程中均有應用，如錦屏梯級電站的庫區邊坡，三峽庫區邊坡，大渡河部分水電邊坡等，可靠性得到充分地驗證，效果良好。本文通過此軟件以瑞典條分法對邊坡穩定性進行了分析評價，并且提出了處理意見。

3.2 瑞典條分法

瑞典條分法假定：滑面為圓柱面；滑體為剛體不考慮土條兩側的作用力；滿足力和力矩平衡；根據土條的靜力平衡條件和安全系數的定義，將整個滑動土體中各土條的作用力對圓弧滑動面圓心取力矩，由力矩平衡得安全系數的表達式為：

其中Wi=ρiHIibi。

式（1）中：Fs為安全系數，ci和ψi分別為土條滑面上的土的粘聚力和內摩擦角；bi，hi，li，αi分別為土條的寬度、中線高度、滑面長度和傾角。

3.3 計算參數的選取

根據現場勘察，堤身填土與堤基接觸處土層天然含水量高，呈軟塑狀，具高壓縮性，厚度0.60～1.80m，為了解該層土物理力學性質，取原狀土樣進行了室內物理力學試驗，試驗結果及土體單元物理力學性參數建議值見表1、表2、表3。

3.4 穩定性計算

計算條件為渠道無水，現狀邊坡，無地下水，計算抗滑穩定安全系數為1.07，計算簡圖見圖3。

據《水利水電工程邊坡設計規范》（SL386-2007）3.2 條規定，該邊坡級別為3 級，容許安全系數為1.10。根據以上估算結果分析，計算所得抗滑穩定安全系數1.07，該邊坡目前處于極限穩定狀態。

表1 堤身填土物理力學性指標統計表

表2 原狀土物理力學性指標統計表

表3 軟弱土層的物理力學性指標統計表

圖2 瑞典條分法計算示意圖

4 結果分析與建議

①以上工程實例表明，用圓弧法尋找最危險的滑動面與實際情況相吻合，在工程計算中使用是可靠的。

②用條分法估算結果，計算所得抗滑穩定安全系數1.07，該邊坡目前處于極限穩定狀態，略小于規范要求的容許安全系數，但在雨季或渠道通水滲漏土體飽和以及壩體內有滲流的情況下，是下滑力增加，則易造成邊坡失穩，引起邊坡滑動。

圖3 邊坡穩定計算簡圖

③邊坡目前處于極限平衡狀態，Fs 略小于規范要求容許安全系數，特殊工況下邊坡可能失穩。建議設計對邊坡的穩定性進行復核并采取相應的處理措施。