排水措施对巨型滑坡稳定性的影响研究

刘红杰，李正华，高永红

（黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003）

0 引言

随着工程实践的积累，人们日益深刻地认识到水对边坡稳定的重要性。 根据舍得葛伦1977 年对无黏性土坡的稳定分析结果，若干坡的安全系数为1，则在稳定渗流作用下安全系数只有0.5[1]。 这说明渗流作用对边坡稳定性影响相当严重，所以在计算边坡稳定性时，需要事先确定渗流要素。

GEO-SLOPE 软件是GEO-SLOPE International Ltd.出品的土工有限元软件，有边坡稳定分析模块、渗流模拟模块、应力变形分析模块、地热分析模块和地震动态分析模块等。 渗流模块是一个有限元软件程序，它具有全面准确的表达功能，可以模拟简单或非常复杂的渗流。 它能模拟孔隙水在多孔渗水介质（如土壤和岩石）里的运动以及孔隙水压力在多孔渗水介质中的分布状态。 这个程序已经应用于分析和设计土木、水文地质和采矿工程等项目[2]。 本文试以贵州锦屏高速公路沿线一巨型古滑坡为例，采用GEO-SLOPE 软件的渗流模块模拟其渗流场，研究排水措施对对滑坡稳定性的影响。

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

该滑坡三面临山，地形中部高两侧低，滑坡左侧壁以冲沟为界， 右侧壁及后缘以缓坡与山体相接，滑坡舌则覆盖于坡前河流Ⅰ级阶地之上，其周界基本清楚。 根据滑坡体3 个纵断面的验算成果，当滑坡体剩余下滑力趋于零时，滑坡的稳定性系数为1.97～2.87，滑坡的整体稳定性较高。 但是由于坡前为一常住人口超过3 万的县城，为确保人民生命财产的安全，经研究决定，对其采取排水措施，即在坡体靠后位置修建横向渗水盲洞，以期通过降低水位，进一步加强坡体的稳定性。

1.2 工程地质条件

该区域位于川滇经向构造带中段，主要为南北向构造所控制，兼有北东向、北西向构造及相应伴生构造，区内断裂纵横、岩体破碎。 经地面调查及钻孔揭露，滑坡区地层由新生界第四系全新统人工堆积层、滑坡堆积层、坡崩积层、近代河流冲积层、第三系至第四系的昔格达组，以及二迭系上统峨眉山组玄武岩等组成。

滑坡区地下水类型主要有松散堆积层内的上层滞水、孔隙潜水和基岩裂隙水。 上层滞水主要赋存于滑坡体内的高（低）液限黏土、含砾低液限黏土层中， 孔隙潜水主要赋存于滑坡体内的碎石土和Ⅰ级阶地的沙卵石层中，滑坡体中各层地下水水力联系较为密切。 上层滞水及孔隙潜水主要接受大气降水、农田灌溉水和基岩裂隙水的侧向补给，并于坡脚、坡体内冲沟切割地带向外排泄。

2 盲洞对滑坡稳定性影响分析

2.1 计算参数的选定

由滑坡治理工程平面图、纵剖面工程地质图及钻孔资料可知，滑坡第一层为滑坡堆积层。 根据土工试验成果，考虑该层的地层结构，其土体的单位体积重量根据小块石质土、低液限黏土及含砾低液限黏土的密度进行加权平均，综合单位体积重量取γ=21 kN/m3， 其黏滞力C 和内摩擦角Φ 值则根据滑坡所处不同地段、不同的滑带土体，采用试验资料进行综合取值。 该层大部分为昔格达泥岩，C=14.0 kPa、Φ=8.0°，其结构不均，局部块石、碎石或粉黏土分别富集，并且部分块石、碎石强风化，故透水性较好。 该层渗透系数与基质吸力的关系曲线取经验曲线（如图1-a 所示），饱和状态时渗透系数K 取1.4×10-3cm/s。

滑坡第二层为昔格达组泥岩，岩层倾角1°～3°，成分以黏土矿物为主，泥质结构，薄层状构造，泥质胶结，结构不均，局部沙质或粉沙质富集，偶夹细砂岩透镜体，故其透水性较差。 该层单位体积重量取γ=20.4kN/m3，黏滞力C=53kPa，内摩擦角Φ=12.8°，渗透系数与基质吸力的关系曲线取经验曲线（如图1-b 所示）,其饱和状态时渗透系数K 为5.5×10-5cm/s。

图1 渗透系数与基质吸力的关系曲线图Fig.1 Relationship curve of permeability coefficient and matric suction

2.2 滑坡体渗流场的模拟

以滑坡主轴纵剖面工程地质图为原型，模拟滑坡设有渗水盲洞后的渗流场，其分析模型如图2 所示。 该模型比例为1:10 000，高12m，宽72m。

对该渗流场作稳态分析，由于边坡后部的流量无法确定，所以无法应用流量边界定义边坡后部边界。 由地质勘测资料可知，在雨季时，滑体大部分有地下水，地下水位大致处于高程1 170 m。 据此，将边坡后部边界条件定义为Head(H)=10 m，将边坡下游边界定义为Head(H)=2 m。 对于渗水盲洞，其水体以下边界为定水头边界， 假设隧洞水体恒定，Head(H)=0.005 m。 由SEEP/W 模块计算后的结果如图3和图4 所示。

图2 滑坡体渗水盲洞渗流场模拟模型Fig.2 Seepage field simulation model of landslip seepage blind hole

图3 滑坡设渗水盲洞后渗流路径及矢量图Fig.3 Seepage path and vectorgraph of landslip after setting up seepage blind hole

图4 滑坡设渗水盲洞后渗流总水头等值线图Fig.4 Total head isoline of landslip after setting up seepage blind hole

把模拟结果浸润线与滑坡的天然水位线相比较，设渗水盲洞后水位线降低。 这将使大部分滑带土的抗剪强度得到提高，从而提高滑坡的稳定性。

2.3 滑坡稳定分析数值模拟

滑坡的稳定分析采用SLOPE/W 程序毕肖甫法，其孔隙水压力调用SEEP/W 计算的总水头数据文件。 滑坡滑动面由滑坡纵剖面工程地质图得到，滑动圆心任意假定。 模拟计算时考虑两种情况：滑坡设渗水盲洞和滑坡不设渗水盲洞。 将两种情况相比，只有孔隙水压力发生了改变。

SLOPE/W 程序调用总水头数据文件后进行计算，其结果如图5 和图6 所示。

由图5 和图6 可知，滑坡在天然状态时，模拟稳定安全系数为2.950，设渗水盲洞后，安全系数为3.398，稳定安全系数提高了15%。

图5 滑坡未设渗水盲洞的分析结果Fig.5 Analysis result of landslip before setting up seepage blind hole

图6 滑坡设渗水盲洞的分析结果Fig.6 Analysis result of landslip after setting up seepage blind hole

在滑坡治理设计中， 通常分两种情况做定性讨论： 一种情况是依据工程经验把滑带土内摩擦角提高1.5°，同时考虑地下水位降低；另一种情况是仅仅考虑地下水位降低[3]。 本文数值模拟考虑的情况与第二种相同，得出的结论与地勘资料中定性讨论的结果相同。 这说明采用渗水盲洞排水有利于降低地下水位，从而对滑坡稳定性有利。

3 结语

水对边（滑）坡稳定性有诸多不良影响，例如增大坡体的单位体积重量， 降低土体材料物理力学参数、润滑滑面、渗流作用等，所以水一直是边（滑）坡工程的一个重要考虑因素。 边坡工程中常见的排水措施有坡顶天沟、排水沟、渗水盲洞、仰斜排水孔等，目的均是为了改变坡体渗流条件， 从而降低地下水位，以期使滑坡更加稳定。本文采用GEO-SLOPE 软件中渗流模块模拟坡体渗流场，分析设置渗水盲洞后的水头变化，再用稳定性分析模块，比较排水前后的滑坡稳定性， 从而求出排水措施对滑坡稳定性的影响。 这为研究排水措施对边坡稳定性影响提供了一种可行的方法，并可以为其他工程的分析提供一定的依据和参考。

[1] 手昶熙，李吉庆. 土坡渗流整体稳定分析与控制[J]. 人民长江，1990（12）：1-9.

[2] 焦永斌，吴祥松，刘小生. 应用有限元法求解有渗流的边坡稳定性问题[J]. 南方冶金学院学报，2003（1）：49-53.

[3] 黄春峨，龚小南. 条分法和有限元法相结合分析渗流作用下的基坑边坡稳定分析[J]. 水利学报，2001（3）：6-10.