东苗家滑坡稳定性分析及处理方式研究

胡江春, 邹正盛, 李 晨, 刘晓阳, 郭乃胜

(1.中原工学院， 郑州 450007； 2.河南理工大学 深部矿井建设省重点学科开放实验室， 河南 焦作 454000 )

东苗家滑坡稳定性分析及处理方式研究

胡江春1, 邹正盛2, 李 晨1, 刘晓阳1, 郭乃胜1

(1.中原工学院， 郑州 450007； 2.河南理工大学 深部矿井建设省重点学科开放实验室， 河南 焦作 454000 )

以小浪底东苗家滑坡体为例，在调查分析该滑坡的地层岩性、地质构造和岩体结构基础上，运用三维有限元分析方法分析该滑坡体的稳定性状况，得出该滑坡主滑动方向及其滑动变形最大部位，并给出处理建议，为小浪底水库水位变化后东苗家滑坡稳定性分析提供技术支持。

滑坡稳定性；工程地质条件；三维有限元

我国水利水电建设在日益满足人们需求的同时，也引发了一系列地质环境问题。很多学者已对此展开研究，取得了相应的研究成果[1-4]，其中最常见的地质灾害问题是库岸滑坡。库岸滑坡既有一般山地滑坡的共性，又有其特殊的一面。其特殊性在于它的活动与库水位的升降有很大的关系[5-8]。因此，研究水库蓄水后滑坡稳定性的变化显得尤为必要。

本文以小浪底东苗家滑坡体为例，在综合分析该滑坡地质条件、基本特征的基础上，运用三维有限元分析方法分析该滑坡体的稳定性状况，并给出处理建议，为小浪底水库水位变化后东苗家滑坡稳定性分析提供技术支持。

1 地质概况

东苗家滑坡体位于小浪底水库下游黄河右岸，狂口背斜东北翼，出露岩层主要为层状钙、硅质砂岩、细砂岩与泥质粉砂岩、黏土岩等[9]。具体描述如下。

1.1 岩层

(1)T14岩组。紫红色硅质、钙硅质细砂岩，厚60 m左右。出露于东苗家山梁西、南侧冲沟243 m高程以下。

(2)T15岩组。紫红色硅、钙质细砂岩与泥质粉砂岩、粉砂质黏土岩互层。主要分布于滑坡南部高程200 m以上，厚度一般为10～25 m。

(3)T17岩组。棕红色粉砂质黏土岩夹钙质细砂岩，揭露厚度40 m左右，其中滑带以上T17-4厚一般为10～25 m。T17-4下伏之T17-3岩层为紫红色钙质细砂岩与钙泥质粉砂岩互层。

(4)T21岩组。黄绿、灰绿色砂岩，揭露厚度5～32 m，为滑体主要组成物质，其底面高程一般在170 m以上。

1.2 第四系地层

(1)al+plQ2。分布于滑坡后缘南侧山梁上，组成物质为棕黄、棕红色粉质壤土及粉质黏土，富含钙质结核，底部为砂砾石层。

(2)delQ3+4。表层为3～5 m厚的灰黄色均质大孔隙的粉质壤土，其下为灰黄色轻粉质壤土和中粉质壤土，土中含较多钙质结核。底部为黄河阶地砂砾石层，该层广泛分布于滑坡体上部，厚5～20 m。

(3)del+colQ3+4。滑塌、崩塌堆积物，主要分布在滑体前部，厚20～40 m。主要组成物质为紫红色、灰绿色块石夹土(泥)、岩屑等。

(4)alQ3+4。黄河冲积砂砾石层，主要分布在黄河漫滩及河床部位，揭露厚度大于40 m。其表层为松散堆积的Q4粉细砂、壤土及砂卵石，厚3～7 m。下部为Q3卵砾石夹砂层，含砂率30%左右；砾石成分主要为石英岩、安山岩等，夹砂层主要为粉细砂，厚度可达5～10 m。

(5)rQ4。人工堆积块石夹土，主要分布于滑坡两侧冲沟等处。

1.3 地质构造

受断层切割影响，滑坡体附近的基岩在断层以北主要为三叠系下统和尚沟组和中统二马营组地层，断层以南为三叠系下统刘家沟组地层。东苗家滑坡体的地层主要为三叠系下统和尚沟组T17岩组及中统二马营组T21岩组砂岩、黏土岩；受滑塌影响，滑坡中后部有三叠系下统刘家沟组T15岩组覆盖于T21岩组之上。此外，断层以南的滑坡周围地区还出露有三叠系下统刘家沟组T14岩组地层。

东苗家滑坡位于狂口背斜东北翼的倾覆端，并临近背斜轴部，其下正常岩体为单斜地层，岩层倾向北东，倾角6°～10°，为典型的顺向坡。

滑坡周围地区断裂构造比较发育，其中与滑坡关系密切的主要为一断层F1。断层带物质以泥为主，含角砾及岩粉，挤压紧密，具隔水性。断层影响带一般表现为碎裂岩块及节理密集带，对滑坡体影响不大。断层带附近地层受断层运动影响，产状变陡，其北侧地层倾角达45°，南侧地层倾角为15°～20°。由此可知，该断层为滑坡体的后缘切割分离面。

在F1断层南侧，还分布有F231、F230、f2等断层。这些断层走向均为近东西向，倾角较陡，断层带规模相对较小，对滑坡影响不大，常与陡倾角节理一起构成滑坡后缘浅部滑带的组成部分。

1.4 岩体结构

滑坡体所在区域的岩体主要为层状钙、硅质砂岩、细砂岩与泥质粉砂岩、黏土岩等，岩体结构的主要特征为岩层分布软硬相间，软岩受构造影响，形成大面积泥化夹层。分析认为，形成泥化夹层的地质营力与形成褶皱、断裂等构造的地质作用一致。此外，滑坡等外动力作用也可以形成泥化层。软弱夹层大都为隔水层，坚硬岩层中的节理仅发育于硬岩内，一般不穿透软岩夹层。

2 滑坡稳定性分析

2.1 确定计算边界条件

东苗家滑坡体长约400 m，东西宽约300 m，最大

厚度约80 m，范围较大，并且有断层、节理切割，计算模型较为复杂。在计算区域内共剖分2 258个结点，1 710个8结点空间单元。图1为东苗家滑坡体三维有限元剖分图。

图1 滑坡体三维有限元剖分图

东苗家滑坡体周围约束的单元采用铰支连接，在滑坡后部X、Y、Z方向全部约束，东西两侧仅Y方向约束。鉴于滑面深部T17-1层岩体完整坚硬，故在滑坡底部X、Y、Z方向全部约束。而滑坡前部、滑坡面等采用自由面。

滑坡体的荷载采用自重应力。该滑坡体地下水位在滑面以下，坡体上部基本处于干燥状态，故在进行稳定性分析时仅考虑地下水在140 m高程以下时对边坡稳定性的影响。

2.2 选取计算参数

选取计算参数时，考虑到组成边坡岩体的岩性、风化强度和层面、断层等因素，将滑坡体分成7种材料区。参照相应层位现场岩石力学试验值，结合工程经验，选取的计算参数如表1所示，所有岩土材料全部按各向同性考虑。图2 为滑坡稳定性分析中的材料分区图。

考虑到非连续岩体本构关系的复杂性，以及岩体参数的空间变异性和不确定性，在进行滑坡稳定性计算时，采用在弹性分析的基础上增加非线性校正的方法，即完整、均一、变形小的岩体按弹性材料处理，而软弱面按非线性材料处理，应力释放区分别采用抗拉强度准则和莫尔—库伦准则进行计算。

图2 滑坡稳定性分析材料分区图

参数1234567弹模E/GPa12.010.05.09.50.99.59.9泊松比μ0.300.250.330.250.40.250.25重度γ/(kN·m-3)26.029.027.0272026.025.0摩擦系数f0.750.520.220.220.450.240.5黏聚力c/kPa301718201025

2.3 分析计算结果

图3为滑坡稳定性分析中的σ1等值线图，图4为滑坡稳定性分析中的σ3等值线图，图5为滑坡稳定性分析中的水平方向位移等值线图。

图3 滑坡稳定性分析σ1等值线图

图4 滑坡稳定性分析σ3等值线图

图5 滑坡稳定性分析水平方向位移等值线图

由图3、图4、图5可以看出，东苗家滑坡体在后缘出现张应力区，说明该滑坡在重力作用下，其后缘处于开裂破坏区，缝端以张性破坏为主，而滑面转折处坡体内应力集中。坡体主滑方向基本以向黄河河床方向为主，向两侧的变形位移不大。滑坡体上部位移较大，说明该部分以滑动变形为主。

3 处理建议

东苗家滑坡体前部滑塌堆积体凸入黄河中，对中后部滑体的进一步变形破坏起着限制作用。但滑坡体在地震和高水位条件下将有失稳的可能[9]。考虑到水库运行条件下泄洪水流及发电尾水会对滑坡前缘造成进一步的冲刷，同时降水及泄流水雾亦将对滑坡稳定性带来不利影响，为防止滑坡失稳，确保工程运行安全，针对滑体较厚及该滑坡底滑带埋藏较深(不宜采用抗滑桩)的情况，提出以下处理建议：

(1)设置泄水渠控导工程及滑坡体前部防护工程，尽量避免或减少对岸泄水水流对坡脚的冲刷破坏。

(2)对滑坡中后部滑体采取地表与地下排水措施。地表排水应以修建横向截水沟与纵向排水沟为主，辅以坡面整治工程。地下排水可考虑利用原有探洞布置排水洞，并在排水洞内设置排水孔幕。

(3)布置必要的地表与地下变形监测系统。监测系统的布置应考虑滑坡不同地段的变形破坏特点。

(4)为确保人民生命财产安全，对滑坡体可能影响范围内的居民，应考虑给予安置。

4 结 语

通过对小浪底东苗家滑坡工程地质条件和稳定性的分析及处理方式的研究，得出如下结论：

(1)东苗家滑坡历史上曾有过多次滑动，其滑坡体的滑动受工程地质条件限制；

(2)由滑坡的稳定性分析可知该滑坡体主滑动方向以向着黄河河床方向为主。其上部有部分岩土体滑动变形位移较大，对该处公路的路基、路面影响很大；

(3)滑坡的防治要坚持预防为主，避让为先。

(感谢小浪底水利枢纽建设管理局张金水高工为本文撰写提供资料)

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(责任编辑：张同学)

Dongmiaojia Landslide Stability Evaluation and
Treatment Method

HU Jiang-chun1, ZOU Zheng-sheng2, LI Chen1, LIU Xiao-yang1, GUO Nai-sheng1

(1.Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007;
2.Opening Laboratory for Deep Mine Construction, Henan Polytechnic University,
Jiaozuo 454000, China )

In the paper, Dongmiaojia landslide as an example, strata condition, rock mass structure and engineering geology condition of the landslide are analyzed. The stability of the landslide is researched using three-dimensional finite element. The results show that the main landslide sliding direction is pointing to the riverbed of Yellow river and the maximum sliding deformation area is the upper of 4# road. Then, the treatment method is proposed. The results can provide technical support for the landslide stability of Xiaolangdi reservoir bank when water level changes.

landslide stability; the engineering geological conditions; three-dimensional finite element

2015—09—12

国家自然科学基金项目(51074196, 51574296 )；河南理工大学深部矿井建设省重点学科开放实验室开放基金项目(2014KF-03)

胡江春(1971—)，男，河南灵宝人，副教授，博士，主要研究方向为岩土工程。

1671-6906(2015)06-0057-04

P642.22

A

10.3969/j.issn.1671-6906.2015.06.013