庫區邊坡滑坡變形特性及成因機理研究

蔣業龍，肖可洋

(1.安徽省引江濟淮集團有限公司，安徽 合肥 231500；2.江西省水投建設集團有限公司，江西 南昌 330000)

我國一直以來都是一個多山地的國家，庫區滑坡也較多，但滑坡容易變形，會給當地生態環境造成不可避免的損失，為此庫區滑坡變形成為我國水利工程的重點關注對象，近年來，許多專家學者針對以上因素開展相關研究。

丁心香[1]依據工程實況，從施工地質情況、邊坡變形情況以及穩定性進行分析邊坡狀態，以此研究邊坡破環原因及特征，并在此基礎上提出相關解決方案。王東等人[2]基于推力法理論，提出邊坡參數反演法，并應用于工程實際，結果表明通過該方法可以準確算出巖體的內摩擦角，并且減少工作量，具有廣泛應用性。鄢鏡等人[3]針對復雜地形下邊坡變形特征進行穩定性分析，提出相應的加固邊坡方法，并對加固后的邊坡進行試驗復核。周英博等人[4]結合工程實例研究在極限荷載作用下滑坡的穩定性，通過數值模擬的方法建立模型，從基礎位移和塑性區入手研究邊坡荷載狀態以及對周邊的擾動影響。曾琇舒[5]基于數值模擬對邊坡土壤基礎力學性能進行研究，并對模擬降雨情況下邊坡的穩定性進行分析，以此探究邊坡失穩的臨界狀態，同時提出解決方法。惠軍[6]基于室內試驗揭示剪切速率對邊坡軟土層的破壞情況，以此開展在不同速率下邊坡軟土層的破壞機理，研究表明，邊坡軟土層的強度會隨著剪切速率增加呈現凹性變化。

本研究以庫區邊坡為研究對象，對庫區邊坡滑坡變形特性及成因進行分析，確定該滑坡面面臨的問題，提出治理措施，為邊坡治理提供參考。

1 工程概況

庫區邊坡位于盆地境內，靠近長江流域，空氣質量較好，氣候溫和濕潤，但夏季多雨冬季多霧。降雨時間主要集中在夏季，冬季降雨較少，屬于典型的覆蓋層滑坡。邊坡總體地貌為河谷地貌，也屬于大斜坡地貌，整體地勢較高，由東西向、北東向褶皺為主要邊坡構成，斷裂不發育。庫區內地下水主要為孔隙水，分為松散巖孔隙水和基巖孔隙水，松散巖孔隙水主要在滑坡堆積物中，分布較為分散，埋深一般在6m左右，基巖孔隙水主要在遠古砂巖風化裂隙內。滑坡平面位置如圖1所示。

圖1 滑坡平面示意圖

由圖1可知，滑坡平面整體呈現類似梯形狀態，剖面呈順向自然斜坡，斜坡向西北方向發展，且滑坡邊界前、后有滑坡群。滑坡前后相對高差超過100m，邊坡長度超過300m，寬度則超過250m，坡度在25°左右，滑坡土體為砂質頁巖，土體厚度在1m左右，波動范圍為0.5m，巖體厚度超過2m，平均厚度達到7m。滑坡主要由人工堆積、山體滑落等因素導致，其中人工堆積土壤成分較為復雜，多分布于滑坡表層，分布厚度一般低于1.4m。山體滑落物多為碎塊石，且附帶少量黏土，該土層厚度超過1m，最厚可達3.1m。

通過勘探可以發現，該滑坡為三級軟弱土壤層巖質滑坡。由于滑坡土體較薄，厚度在0.5～3.5m不等，且巖體形狀較為一致，坡度也維持在24°左右，自上而下Ⅰ級滑坡位于3m左右深的表層土壤面，高程400m；Ⅱ級滑坡位于5m左右深的巖質土壤面，區域較為陡峭，高程在363m；Ⅲ級滑坡位于9m左右深的砂質頁巖層，該區域接近居民區，高程358m。

2 滑坡變形特征及成因分析

2.1 滑坡變形特征分析

根據現場情況，滑坡變形主要分為順向滑動變形和滑坡表層土壤發生坍塌而產生的變形。其中滑坡的滑動變形主要在分割線2-2的水池處以及7-7剖面房屋處，前者為巖體露出變形，錯動距離為0.15m；后者為臨空巖體滑動產生的坍塌變形，主要由于天氣情況導致，土層主要分布于坡滑后緣，后緣較陡，容易受到地貌情況發生改變，因此在天氣較為惡劣的情況下，該土層容易發生坍塌[7-8]。

2.2 滑坡成因分析

從地貌分析，滑坡為斜坡地帶，坡度較緩，一般在23°左右，局部地區較為陡峭，滑坡前端臨空，為滑坡提供了一定的成形條件。從地質構造情況分析，滑坡內部巖層為順向坡，傾角為23°左右，也較緩。滑床巖層為頁巖層，其透水性差，可以起到隔水的作用，在降雨情況下容易形成軟弱帶。滑坡主要由滑塌的石塊以及巖體構成，常年雨水較為充足，使得滑坡地帶容易形成地下水。

3 穩定性分析

根據滑坡坡變形特征及成因分析，滑坡主要由于巖體面層滑動，主要是由于該面層屬于光滑面，滑體厚度小﹐容易受到周邊環境影響，導致該滑面易產生下滑。滑坡前端臨空，會產生明顯錯動，滑動屬于牽引式的滑動面。

3.1 模型方法和數值選取

對于滑面的穩定性分析，采用傳遞系數法計算滑坡穩定性能力，其計算模型如圖2所示。

圖2 計算模型示意圖

其中下推力計算公式為：

Pi=Pi-1φi+FstTi-Ri

(1)

式中，i—水力梯度；Pi—滑坡壓力值，kPa；φi—i條塊滑動面的內摩擦角，(°)；Fst—滑坡安全系數；Ti—i條塊滑動面的下滑分力，kPa；Ri—i塊抗滑力，kPa，；Ni—i條塊滑動面法向分力，kPa；Wi—i條塊自重+荷載，kPa；θi—i條塊底部傾角，(°)。

根據實際概況，設置2種工況，工況1為自重+地表荷載；工況2為工況1的基礎上加上大暴雨，以此進行穩定性分析計算。得到得滑坡土壤物理參數見表1。

表1 滑坡土壤物理參數

并且通過開展大型剪切試驗并結合現場經驗分析得出滑坡巖層強度參數。其中各種巖層采用反算指標，其他層面通過剪切試驗和經驗法確定。其中類別主要為：①砂巖；②砂巖和頁巖接錯面；③炭巖和頁巖層；④炭巖和砂巖層面，具體情況見表2。

表2 巖層剪切面參數

3.2 穩定性分析

根據計算方法選取剖面1-1、2-2以及7-7進行計算，計算結果見表3。

表3 滑坡穩定性結果

由表3可知，1-1和2-2剖面在工況1的情況下，其穩定系數大于1.15，但7-7剖面比標準安全系數稍大，處于穩定狀態。而在暴雨影響后，工況2的剖面處于不穩定～基本穩定之間，對比工況1可以發現2-2剖面受暴雨影響較為明顯，從穩定狀態直接變成不穩定狀態，與監測結果一致。

4 邊坡治理措施

根據計算結果，滑坡可以判定為處于基本穩定與不穩定狀態之間，需進行加固治理，結合實際施工條件，采用抗滑樁進行加固治理，滑坡本身土體較薄且陡峭，降雨是導致滑坡的主要成因，為防止坍塌需設置截排水系統，滑坡治理工程在2020年10月份完成，在邊坡治理實施前對滑坡位移進行了監測，滑坡面上總共布置了4個GPS監測點，監測點平面位置如圖1所示，滑坡體位移情況如圖3所示，在滑坡體治理前，滑坡水平位移發生劇增，增長幅度達到100%，其中GPS22監測站的水平位移變化最大，GPS24監測站的水平位移變化最小，滑坡左側變化幅度較右側要大。在2020年10月之后，滑坡的位移變形基本保持不變，說明滑坡治理方案實施效果較好，滑坡水平位移得到有效控制。

圖3 滑坡體位移圖

5 結論

本文以某庫區邊坡為研究對象，基于傳遞系數法建立計算模型，對滑坡面進行穩定性分析，結果表明：在降雨條件下，面層下巖層的強度明顯減弱，滑坡水平位移發生劇增，增長幅度達到100%，且滑坡左側變化幅度較右側要大；滑坡變形情況與降雨程度相關，降雨量的增加導致滑坡位移變形出現明顯增加，在暴雨影響下滑坡處于欠穩定狀態。在坡頂設置截排水系統減小雨水對坡體的影響，同時在滑坡面上布置抗滑樁提高邊坡穩定性，可使滑坡的位移變形得到有效控制，治理方案效果較好。建議在水庫運行過程中，加強自動化監測系統建設，確保水庫運行安全，避免滑坡災害發生。