吉音水利枢纽工程TH2滑坡体稳定性研究

摘 要：滑坡灾害是各种灾害中发生最频繁、分布最广、危害性和损失最大的地质灾害类型，与地震和火山并列为全球性三大自然灾害。因此，对滑坡的稳定性进行研究，具有非常重要的现实意义。笔者就所从事的其中的一个水电站工程中的一个滑坡稳定性进行了分析研究，总结出一些注意事项及经验，与同行探讨。

关键词：滑坡体 极限平衡法 强度折减法

中图分类号：TV2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-0-04

1 针对滑坡现状和滑坡的具体情况确定主要研究内容

（1）滑坡区地质环境。通过近四年的勘察，收集和整理已有资料，研究滑坡区地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、气象特征和人类工程活动等情况。

（2）滑坡的特征。利用各类地质资料，如钻孔、平硐、探槽、地质图、现场地质调查测绘、室内外实验等，研究滑坡形态特征（规模和典型微地貌特征）、滑体物质和结构特征、滑动面发育特征。

（3）滑坡的影响因素和形成机理。通过分析滑坡的形成条件（地层岩性、地质构造和地形地貌）和影响因素（降雨、地震和人类活动），结合滑坡区工程地质环境和滑坡特征，探讨滑坡的形成机理。

（4）滑坡的稳定性评价。采用工程地质分析法、极限平衡法（简化Bish0p法，传递系数法）和数值分析法，定性与定量相结合评价该滑坡蓄水前后的稳定状态。

2 研究思路

从滑坡区地质环境入手，通过现场勘察测绘、地球物理勘探和室内外实验等手段对该滑坡的特征进行系统研究，分析该滑坡的形成条件和影响因素，并探讨滑坡的形成机理。采用工程地质分析法、极限平衡法和数值分析法，评价该滑坡蓄水前后稳定状态，最后提出结论及建议。

3 滑坡体结构特征

TH2滑坡于坝轴线右岸上游230 m 处，分布高程2440～2590 m，前缘顺河长200 m。TH2滑坡体呈鼻状，地貌上为一凸出的小山梁，上游为Ⅲ级阶地，下游为垂直河流走向的冲沟切割形成的小山梁。滑坡体所在岸坡高300余m，自然坡度30～38 °，地表大部分为风积粉土覆盖，结构疏松，其厚度5～20 m，下伏基岩为中元古界斜长角闪片岩，属中硬岩，片理不明显。在右岸边普遍残留有Ⅲ级阶地，但在滑坡体段阶地不明显。

该滑坡体在外部并无明显的滑坡特征。在滑坡体范围内及上、下游边侧分布有PD9、PD9-2、PD14、PD23、PD24、PD25、PD26、PD27等9条平硐，在滑坡体上及周围另布置有ZK27～ZK40等14个钻孔。其中PD9-2、PD14、PD23三条平硐位于滑坡体下游侧小冲内，PD24位于滑坡体上游侧，PD9、PD25、PD26、PD27等平硐位于滑坡体内。据下游侧平硐揭露，硐内岩体较完整，控制了滑坡体下游侧边界；上游平硐PD24硐内岩体断层较发育，但无明显的卸荷及滑坡迹象，控制了滑坡体的上游边界。

4 定性分析

从TH2所处岸坡与断层产状的赤平投影图可以看出，断层倾角与岸坡倾角夹角较小，不利于稳定。

在2010年8月，TH2滑坡体在连续降雨的情况下其前缘表部发生了滑塌。可见在降雨情况下滑坡体局部已产生滑塌，若在蓄水后滑坡体完全浸于水中时，在降雨、地震偶然工况下滑坡体将沿原来的滑动面产生新的剪裂面，可能造成大规模的滑坡。

5 滑坡稳定性数值分析

5.1 强度折减法原理

1975年，Zienkiewicz等首次提出了抗剪强度折减系数概念，其所确定的强度储备安全系数与Bishop所给出的边坡稳定安全系数在概念上是一致的。强度折减法的基本原理是将材料的强度参数C，φ值同时除以一个折减系数RF（Reduction factor），得到一组新的C’、φ’值，然后作为新的材料参数进行试算，通过不断地增加折减系数RF，反复分析研究对象，直至其达到临界破坏，此时得到的折减系数即为安全系数Fs。

5.2 数值分析

根据钻孔、平硐等勘察资料，TH2滑坡的滑体主要是由风积粉土和中元古界片岩组成，滑动面按理想近似呈圆弧形，在滑坡体上选取了一条典型剖面，见下图2。

选取TH2滑坡′剖面进行弹塑性有限元分析，揭示滑坡在各种工况下的变形破坏机理，并利用参数折减法分析各种工况条件下的稳定性。

（1）计算模型

根据滑坡物质组成及结构特征，将模型材料划分为以下物质单元组：①滑体，主要由碎块石及裂隙岩体组成；②滑带，由黄土（滑坡后缘附近）、碎块石及裂隙岩体（滑坡前缘附近）组成；③滑床，为裂隙岩体。

模型沿主滑方向（X轴方向）长度为320 m，模型最大高度（Y轴方向）为223 m。计算问题视为平面应变问题；左右侧边界为横向约束边界，底侧为固定约束边界。模型采用6节点三角形单元，对各个岩性单元组进行网格自动剖分，所得单元数为853个。

（2）计算参数的选取

本计算模型中，滑体、滑带及滑床均按理想弹塑性体考虑，岩土体的屈服准则服从Mohr-Coulomb准则。

计算采用的岩土体强度参数与刚体极限平衡法相同。

（3）计算工况

根据TH2滑坡的运行状况，考虑以下三种计算工况：

工况1：天然工况，计算荷载为自重；

工况2：正常设计工况，荷载组合为自重+饱和状态；

工况3：偶然设计工况，荷载组合为自重+饱和状态+Ⅷ度地震。

（4）计算结果分析及评价

①天然工况

（一）初始应力场模拟

在自重作用下，滑坡的应力分布如图3和4所示。从图中可以看出：在自重作用下，平均主应力的应力值随埋深增加而增加，符合边坡自重应力场分布的一般规律；滑坡底滑面位置应力水平较高，存在应力集中现象。

（二）失稳机制

通过对强度进行折减计算滑坡位移，当强度折减至有限元计算不收敛时，滑坡达到极限平衡状态，此时可认为折减系数即为滑坡安全系数，滑坡在不收敛时的位移即反映了滑坡的失稳机制。

（一）应力场分布特征。随着库水位的抬升，坡体的应力场有所改变。蓄水工况下滑坡的应力分布如图6所示。从图中可以看出：应力呈随地表深度增加而应力值增加的一般规律未变；与蓄水前相比较，蓄水后有效平均主应力有所降低。

（二）位移特征。库下水位抬升引起的位移见图7。从图中可以看出：库水位抬升对滑坡体产生浮托作用，滑体总体产生向上的位移；最大位移量出现在滑体中部。

（三）失稳机制。正常蓄水工况条件下，典型剖面破坏时的位移见图8，剪应变云图见图9。从图中可以看出，其失稳机制与天然工况类似：滑坡破坏时主要沿原底滑面产生剪切位移；失稳时前缘坡趾处位移最大。强度参数折减 系数SRF=0.82，远小于天然工况条件下的滑坡稳定系数，表明饱和状态下对滑坡稳定不利。

③地震工况（偶然设计工况）

（一）应力场分布特征

地震工况下典型剖面应力分布如图10所示。从图中可以看出：在地震力的作用下，应力的大小和分布与天然、正常工况相比有所变化；总体上应力仍符合距地表深度增加而应力值增加的一般

规律。

（二）位移特征

5.3 计算结果

强度折减法数值分析得出，滑坡主剖面天然状态下稳定安全系数为1.36，经过对剪切应变图及速度矢量图分析，可以明显看到塑性贯通区域且滑动面外侧区域各网格点的速度明显大于其他区域，说明该滑坡稳定性较差。滑坡体在自然工况下处于基本稳定状态；饱和状态下及地震工况下处于不稳定状态。