贵州某水库坝前边坡稳定性分析

孙世永　（广州南沙开发区建设科学技术委员会办公室，广东 广州 511455）



贵州某水库坝前边坡稳定性分析

孙世永（广州南沙开发区建设科学技术委员会办公室，广东 广州 511455）

基于贵州某水库左岸滑坡变形破坏特征与现场调研、勘探成果，探讨分析了该滑坡的成因机制，并对该滑坡的稳定性进行数值分析。结果表明：该滑坡为堆积在顺向基岩面上的松散堆积体，开挖前处于基本稳定状态，而在降雨和施工影响下，坡体出现塑性贯通区，导致了边坡的破坏失稳。

水库边坡；降雨 ；稳定性分析；Geo-slope

0　前言

水库库岸失稳是伴随水电工程建设而产生的一种地质灾害，其受地质构造、结构面、边坡坡角、岩性、水文地质条件及水库水位升降及人类工程活动的影响，一直是水电工程中遇到的一个重大难题。就已有的资料来看，一般认为，占主导地位的是工程建设和水（降雨及库水位变化）的影响，如降雨沿着裂隙下渗到坡体深部会诱发滑坡[1-2]。

本文以贵州某水库边坡为研究对象，通过现场调研并选择该地区典型降雨过程进行详细的降雨入渗模型计算，对天然、开挖、降雨等工况下边坡的稳定性进行分析，可为该边坡的设计及治理提供一定的理论参考。

1　滑坡的基本地质特征

该滑坡右（东）边界为一冲沟，滑坡后缘壁为一平台，该边坡为一倾角大于45°的陡坡面，滑坡体前后纵长260m，相对高差100m，左右横宽200m。左缘基岩板出露。滑坡体上、下部自然坡度较陡，中部滑坡平台坡度较缓，由于路基开挖改造，滑坡平台及平台前缘陡坎已表现不明显。

滑坡体为残坡积层，褐色碎石土，由粉质粘土和碎石组成，粒径5～15cm，含量30%左右，结构松散，力学性质差。滑床均为为三叠系中统边阳组第一段及第二段地层，由泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹钙质砂岩及泥岩夹细等所形成的顺向坡，如图1所示，产状在边坡上部为50°/NW∠15°，中部为50°/NW∠31°，下部50°/NW∠15°。

2　滑坡稳定性分析

2.1计算参数

根据勘察资料及有关研究的试验结果，结合经验调查，提出各层岩土天然容重γ、内聚力c、内摩擦角φ值，如表1所示。

图1　水库滑坡平面示意图

图2　计算剖面

边坡稳定性分析采用刚体极限平衡法，岩土体参数的取值见表1，因实际钻孔多为干孔，未揭露真正的地下水水位，故计算分析时覆盖层岩土容重取天然容重。《勘探报告》中给出裂隙含水层渗透系数0.028～0.098 m/d，风化裂隙开启性差，多为闭合型或被泥质、岩屑充填，赋水性差，涌水量小，本次计算饱和状态下裂隙岩体的渗透系数取为0.0864m/d。

岩土主要物理力学指标　表1

所采用的基质吸力曲线和渗透系数曲线如图3、图4所示。

图3　滑体土基质吸力曲线

图4　滑体土渗透系数曲线

2.2计算工况

由于边坡失稳是在连续降雨后发生的，推测降雨是导致滑坡发生的主导因素，所以分析时主要考虑开挖前后的两种工况，即自然工况、降雨工况。根据当地气象站1959～2010年的资料统计，年平均降水日数（日降水量≥0.1mm）154.5d，日降水量≥25.0mm天数为33.7d，暴雨日（日降水量≥50.0mm）4.4d，根据上述资料在模拟降雨影响时降雨强度为20mm/d。

3　稳定性分析

根据极限平衡分析结果（见表2），计算结果表明，该处边坡在天然状态下稳定系数为1.330，处于稳定状态。

水库工程左岸滑坡在路堑开挖工况条件下，计算结果如图6所示，滑动面上段滑体的稳定系数为1.189，大于边坡安全系数1.15～1.10，边坡在该种工况下处于稳定状态。而在持续降雨的影响的条件下降雨渗流情况如图7所示，稳定分析结果如图8所示，降雨后的稳定系数减小为0.987，小于最小安全稳定系数，所以在该工况下边坡坡面已发生了较大规模的跨塌，边坡土体发生明显的变形开裂。

图5　开挖前稳定性

图6　开挖后稳定性

图7　开挖后地下水渗流

图8　开挖后降雨影响下的稳定性

边坡稳定系数　表2

4　稳定性评价

由上述计算结果可见该边坡在开挖前无论是天然工况下还是在降雨条件下边坡稳定系数都大于规范要求，说明位于顺层基岩面上边坡是稳定的。

由于路堑开挖施工对原边坡进行消坡、放坡等施工，经计算开挖后的边坡稳定系数大于规范要求，处于稳定状态。但由于施工的影响对原坡面的植被予以破坏，在持续降雨条件下，降雨雨水由地表渗入坡体增加对边坡稳定极为不利的孔隙水压力。入渗的水充填于裂隙的空隙，使地下水位以上的非饱和裂隙逐渐饱和，当下渗水达到地下水位后，使地下水位开始上升，比降增大，排向河道的渗流量也加大（如图7所示）。

另外降雨期间，沿着边坡节理裂隙入渗的雨水会增加边坡岩体含水饱和度，减小非饱和区域，使得边坡土体容重增大，降低岩体抗剪强度[3]，从而影响了边坡的稳定性。

边坡处于饱和状态之前，降雨强度对边坡稳定性影响很大，开挖后的边坡在未降雨前安全系数为1.189；伴随着降雨的影响边坡安全系数减为0.987。根据文献[4]的分析结果可知，随着降雨强度的增大边坡渗流稳定后，边坡处于饱和状态后，多余的降雨量会形成地表径流排泄，渗入边坡岩体的部分不会继续增加，饱和后的岩体边坡，降雨强度对坡体稳定性影响有限，而降雨对非饱和边坡稳定性影响极大。

5　结语

①勘察结果表明，滑坡体为残坡积层，结构松散，力学性质差，为堆积在顺向基岩面上的松散堆积体，是致使该处覆盖层存在潜在滑动内因。

②降雨前坡体为非饱和状态，由于施工对原坡面的植被予以破坏，降雨期间雨水沿着边坡节理裂隙入渗坡体增加了边坡岩体的含水饱和度，减小非饱和区域，使得边坡土体容重增大，降低岩体抗剪强度影响了边坡的稳定性。

综上所述，水库左岸公路沿线滑坡灾害主要因较为不利的地形地貌、地层岩性、地质构造及未采取防护措施的人类工程活动（主要是筑路开挖）和降雨等因素产生。

为防止施工导致坡后土体进一步变形，因此有必要对该边坡土体进行预防性加固，然后重新设计，以获得合理的外形适应边坡土体性状。

[1]RAHIMI A，RANARDJO H，LEONG E C.Effect of antecedent rainfall patterns on rainfall-induced slope failure[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2011，137（5）：483-491.

[2]陈丽霞，殷坤龙，刘礼领，等.江西省滑坡与降雨关系研究[J].岩土力学，2008，29（4）：1114-1120.

[3]汪斌.库水作用下滑坡流固耦合作用及变形研究[J].武汉:中国地质大学（武汉），2008.

[4]唐栋，李典庆，等.考虑前期降雨过程的边坡稳定性分析[J].岩土力学，2013，34（11）：3239-3248.

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1007-7359(2016)03-0138-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.050

孙世永（1980-），男，山东临邑人，毕业于中国科学院大学，博士；讲师，主要从事边坡稳定性与软土加固相关研究工作。