宜良县月牙变电站滑坡稳定性分析

杨晋柳，李波，李光明

(1.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093；2.云南地质工程勘察设计研究院，昆明 650041)

宜良县月牙变电站滑坡稳定性分析

杨晋柳1，李波1，李光明2

(1.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093；2.云南地质工程勘察设计研究院，昆明 650041)

我国是世界滑坡地质灾害重灾区，特别是西南山区。位于云南省的宜良县月牙变电站滑坡严重威胁滑坡后缘的月牙变电站和前缘的乐力升生物科技有限公司，对该滑坡进行稳定性分析从而为后期治理提供科学依据是十分必要。在勘查钻探等资料的基础上，对主滑向2-2′剖面进行计算，计算出在自然工况、饱水工况、地震工况下的稳定性系数分别为0.96、0.80、0.79。通过SLOPE/W软件对3种工况建模进行计算验证，分别得出3种工况的稳定性系数为1.002、0.853、0.842。两种方法对比，SLOPE/W软件分析的滑动面是圆弧状，计算出的稳定性系数更加真实可靠。总体，该滑坡在饱水状态和地震状态时处于不稳定，存在滑动失稳的可能。

宜良县；月牙变电站；滑坡；稳定性系数；SLOPE/W软件

我国是世界滑坡地质灾害重灾区，特别是西南山区，滑坡灾害成为发生频率最高、损失最大的地质灾害类型[1]，严重威胁山区人民的生命和财产安全。对滑坡稳定性分析的研究一直是经久不衰的热点课题[2-4]。

月牙变电站滑坡位于宜良县工业园区饲料产业基地，月牙变电站西斜坡为构造侵蚀低山地貌，原始地形坡度约20°～25°，坡向320°。为获取建设用地，2011年对斜坡进行削坡。自2012年雨季(6、7月份)以来，斜坡右侧、前缘、后缘便发生了多处次级滑移，2015年雨季过后，斜坡变形加剧，自2015年12月至2016年6月，后缘裂缝由5～30 cm扩展至30～60 cm(图1)，并下错约3 m，裂缝长40余米，已贯通。滑坡体前缘宽120 m，顺坡向长约65 m，平面面积约4 300 m2，滑体厚度5.12 m，平均厚度约10 m，规模约4.3×104m3。现今滑坡处于急剧变形阶段，严重威胁滑坡后缘的月牙变电站(投资4 500万元的110千伏中央投资电网建设项目)，以及前缘的乐力升生物科技有限公司(固定资产约600万元，公司职工15人)。因此，查明该滑坡的稳定性状况具有极其重要的意义。

图1 滑坡后缘裂缝

处于特定地质环境中的滑坡的稳定性分析是十分复杂的问题，滑坡变形失稳是由内因和外因共同作用导致的。滑坡区的地形地貌、地层岩性和结构构造是滑坡发育的最根本原因，降雨、地震及人类工程活动是诱发或加速滑坡变形破坏的外部因素。目前滑坡的稳定性系数一般采用规范中规定的有限元强度折减法或极限平衡法[5]。其步骤是先假定破坏是沿土体内某一确定的滑动面滑动，根据滑动土体的静力平衡条件和摩尔-库伦破坏准则，计算沿滑动面滑动的可能性，即安全系数的大小[6]。

1 滑坡概况

月牙变电站滑坡位于云南省宜良县北古城镇，滑坡后缘地理坐标为东经25°0′5″，北纬103°11′39″。滑坡区属低纬度北温亚热带高原季风气候区，多年平均降水量为949.1 mm，一般6～10月为雨季，降雨量达全年降雨量的85%。

滑坡区处于宜良盆地北部，属构造侵蚀低山地貌，山峰多呈孤峰馒头状，山峰相对高差30～50 m。滑坡现状最高标高约1 630.53 m，最低标高为斜坡脚，标高约1 596.24 m，最大高差约34.0 m，滑坡区斜坡向西北倾斜，原始地形坡度约20°～25°，以削坡改造后，呈5级台状分布，坡率1∶1～1∶1.5，分级高4.0～8.0 m，各级间设置宽2.0～4.0 m宽的马道(图2)。

图2 月牙变电站滑坡全貌

图3 月牙变电站滑坡平面图

图4 2-2′工程地质剖面图

深灰色为主，局部褐黄色，岩性以页岩为主，含碎块石或角砾、水泥块，为人类工程填土，主要在变电站附近、坡体中部的凹腔及下方挡墙后分布。志留系上统玉龙群组(S3y)②1全风化页岩：全风化页岩厚0.5～1.0 m，呈散体-碎裂状结构，结构大多破坏，少部分结构较清晰，多呈碎石、鳞片状。②2强风化页岩：强风化页岩厚5.0～30.0 m，呈层状，但差异风化强烈，夹多层风化剧烈并且切层的薄层，风化、节理裂隙密集发育，岩石松弛破碎，发育两组竖向节理，密度9～11条/m，节理面较平直光滑，多呈闭合-微张状。经钻孔揭露，该层呈碎石土状，碎石粒径5～70 mm。岩层呈缓倾斜状，产状310°～330°∠5°～10°,与滑坡区坡向组成顺向坡，节理：①273°∠78°，②350°∠82°。②a2全风化页岩：为强风化页岩中夹多层风化剧烈并且切层的薄层，在强风化页岩岩层中，差异风化强烈，局部岩体完全风化为土状。经探井和钻孔揭露，该层呈粉质粘土、粘土状，局部含砾，碎石粒径5～8 mm。该层风化强度极高，与上下岩体在粒径、软硬状态等方面有明显的差异性，为滑坡滑动的软弱结构面。②3中风化页岩：呈层状结构、少部分碎裂状，岩体结构清晰，表面完整。岩层呈缓倾斜状，产状310°～330°∠5°～10°,与滑坡区坡向组成顺向坡，节理：①273°∠78°，②350°∠82°。

2 滑坡稳定性计算分析

2.1 计算公式的选取

根据滑坡物质组成及形态特征，选取折线形滑面进行稳定性计算。公式如下：

(1)

其中：

Ri=(Wi((1-γU)cosαi-Asinαn)-RDi)tanφi+CiLi(i=1，…，n)

Ti=Wi(sinαi+Acosαi)+TDi(i=1，…，n)

ψj=cos(αi-ai+1)-sin(αi-ai+1)tanφi+1(j=i)

式中,Kf为稳定系数；Ri为作用于第i块段的抗滑力(kN/m)；Ti为作用于第i块段滑面上的滑动分力(kN/m)；Rn为作用于第n块段的抗滑力(kN/m)；Tn为作用于第n块段滑动面上的滑动分力(kN/m)；Di为作用于第i块段的动水压力(kN/m)；Wi为第i条块自重标准值与相应附加荷载之和(kN/m)；Ci为第i条块滑面粘聚力标准值(kPa)；φi为第i条块滑面内摩擦角标准值(°)；Li为第i块段滑动面长度(m)；αi、αi+1为第i、i+1块段滑面倾角(°)；A为地震加速度(单位：重力加速度g)(a：地震综合影响系数)；ψj为第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块时的传递系数(j=i时)。

(2)

式中，Pi、Pi-1为分别为第i块段、第i-1块段滑体的剩余下滑力(kN/m);Kf为滑坡推力计算安全系数，按各种工况取值。

下滑力：

Ti=Wi(sinαi+Acosαi)+γwhiwLicosαisinβicos(αi-βi)

抗滑力：

Ri=(Wi(cosαi+Asinαi)-Nwi-γwhiwLicosαisinβicos(αi-βi))tanφi+CiLi

Ψ=cos(αi-βi)-sin(αi-βi)tanφi

孔隙水压力：Nwi=γwhiwLi

即近似等于浸润面以下土体的面积hiwLi乘以水的容重；

渗透压力平行滑面的分力：TDi=γwhiwLicosαisinβicos(αi-βi)

渗透压力垂直滑面的分力：RDi=γwhiwLicosαisinβisin(αi-βi)

2.2 计算工况的选取

根据滑坡区工程地质条件、水文地质条件，设定3类计算工况：

Ⅰ.天然状态(自重+地下水)：以天然状态的容重和自然状态的抗剪强度指标为主要计算参数，处于地下水影响带及地下水位下取有效容重及和饱水抗剪指标。

Ⅱ.饱水状态(自重+地下水+暴雨)：考虑到滑坡区降雨充沛，加之其地形条件、岩土类型使坡体易水浸、饱水特点，以饱和容重和饱水抗剪指标为主要计算参数。

Ⅲ.地震状态(自重+地下水+地震)：考虑到滑坡区抗震设防烈度为8度，采用天然状态的容重和天然状态的抗剪强度指标为主要计算参数。

2.3 计算参数的选取

依据《滑坡防治工程勘查规范》划分滑坡稳定状态(表1)。

表1 滑坡稳定状态划分表

采用工程地质剖面计算滑动方向剖面2-2′。按照室内试验统计数据取平均值，天然重度为21.2 kN/m3，饱水重度为23.0 kN/m3。抗剪强度采用滑体土直接剪切峰值强度指标，C值取室内试验统计平均值的修正值，φ值取反算值。天然状态内聚力C为19.31 kPa，内摩擦角φ为17.25°，饱和状态取反算值，内聚力C为16.15 kPa，内摩擦角(φ)为16.32°。

经计算，各工况下2-2′剖面滑坡稳定性如下(表2)：

表2 各工况下2-2′剖面稳定系数计算结果表

2.4 滑坡稳定性分析

由表2可以看出，主滑动方向2-2′剖面滑体在工况Ⅰ自然状态下，稳定性系数Kf=0.96；在工况Ⅱ饱水状态下处于不稳定状态，稳定性系数Kf=0.80；在工况Ⅲ地震状态下处于不稳定状态，稳定性系数Kf=0.79。

3 滑坡数值模拟分析

SLOPE/W是Geostudio软件中一个十分重要的模块，主要用于边坡稳定性分析[7-9]。该软件对于边坡稳定性分析可以采用4种方法，分别为Morgenstern-Price方法、Ordinary方法、Bishop方法、Janbu方法。本文对宜良县月牙变电站滑坡主滑向2-2′工程地质剖面图作为计算剖面，采用Morgenstern-Price方法分别模拟自然状态、饱水状态、地震状态3种不同工况对月牙变电站滑坡进行计算验证。

根据勘查资料显示，在自然状态下地下水位位于软弱夹层附近。在雨水季节，雨水渗透滑坡体，各岩土体层的重度随之增大，抗剪强度降低，下滑力增大，地下水位线相应上升，本文模拟该工况时，采用饱和状态下各岩土体层物理力学参数进行计算。在地震状态下，勘查区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30 g，按《建筑边坡工程技术规范》计算水平地震荷载，地震影响系数a=0.075。

数值模拟稳定性分析中岩土体的物理力学参数采用现场取样，通过室内土工试验而获得(表3)。

表3 岩土体物理力学参数

为方便建立模型，在滑坡现状实际情况的基础上对2-2′工程地质剖面图做相应简化处理。通过模拟，计算出3种不同工况下的稳定性系数(图5～图7)。

图5 自然状态

图6 饱水状态

图7 地震状态

从图5～图7可以看出，通过SLOPE/W进行计算验证，滑坡在自然状态下的稳定性系数为1.002，处于欠稳定状态；在饱水状态下的稳定性系数为0.853，处于不稳定状态；在地震状态下的稳定性系数为0.842，处于不稳定状态。3种工况下的最危险滑移面均沿着滑坡体中的软弱夹层滑动，滑坡入口位于坡顶的月牙变电站裂缝处，滑坡剪出口乐力升生物科技有限公司厂房后侧。

3种工况下，通过SLOPE/W计算验证的最危险滑动面与工程钻探所确定的折线形滑动面基本一致。SLOPE/W分析计算的自然状态下滑坡的稳定性系数为1.002，为欠稳定状态，饱水状态及地震状态下的稳定性系数分别为0.853、0.842，均处于不稳定状态，但均比采用折线形滑坡计算所得出的稳定性系数偏大。由于软件分析计算的滑动面是圆弧状，比折线形滑面更加接近真实滑动面，结合滑坡现状，即自然状态处于欠稳定状态，饱水状态处于不稳定状态，本文得出，SLOPE/W所计算得出的稳定性系数更加真实可靠。

由于建模需要对2-2′工程地质剖面图做出相应简化处理，总体符合客观事实，对通过软件计算得出的滑移面及各工况的稳定性系数的影响可忽略不计。

4 结语

宜良县月牙变电站滑坡位于宜良县工业园区饲料产业基地，滑坡体前缘宽120 m，顺坡向长约65 m，平面面积约4 300 m2，滑体厚度5.12 m，平均厚度约10 m，规模约4.3×104m3。滑坡目前处于急剧变形阶段，天然状态下处于欠稳定状态。且滑坡仍在继续变形滑动，处于动态变化中。严重威胁滑坡后缘的月牙变电站以及前缘工业园中的乐力升生物科技有限公司。因此对该滑坡进行稳定性分析从而为后期的治理方案设计提供支撑就显得刻不容缓。

通过现场调查结合勘查资料，对滑坡进行稳定性计算分析。采用折线形滑面计算得出主滑动方向2-2′剖面滑体在工况Ⅰ自然状态下，稳定性系数Kf=0.96；在工况Ⅱ饱水状态下处于不稳定状态，稳定性系数Kf=0.80；在工况Ⅲ地震状态下处于不稳定状态，稳定性系数Kf=0.79。

通过SLOPE/W进行计算验证，3种工况下，通过SLOPE/W计算验证的最危险滑动面与工程钻探所确定的折线形滑动面基本一致。SLOPE/W分析计算的自然状态下滑坡的稳定性系数为1.002，为欠稳定状态，饱水状态及地震状态下的稳定性系数分别为0.853、0.842，均处于不稳定状态，但均比采用折线形滑坡计算所得出的稳定性系数偏大。由于软件分析计算的滑动面是圆弧状，比折线形滑面更加接近真实滑动面，结合滑坡现状，即自然状态处于欠稳定状态，饱水状态处于不稳定状态，本文得出，SLOPE/W所计算得出的稳定性系数更加真实可靠。

在建模过程中，对2-2′工程地质剖面图做出相应简化处理，但滑坡形态总体符合客观事实，对通过软件计算得出的滑移面及各工况的稳定性系数的影响可忽略不计。

采用折线形滑坡计算和通过SLOPE/W软件模拟分析计算验证得出的结果显示，该滑坡处于急剧变形阶段，建议相关部门时刻对该滑坡进行实时变形监测，并尽早进行防范治理。

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STABILITY ANALYSIS OF YUEYA SUBSTATION LANDSLIDE,YILIANG COUNTY

YANG Jin-liu1, LI Bo1, LI Guang-ming2

(1.Faculty of Land Resource Engineering,Kunming University of Science and Tecnology, Kunming 650093,China; 2.Yunnan Geological Engineering Survey and Desigm Institute,Kunming 650041,China)

Our country is the heavy disaster areas of geological disasters in the world, especially in the southwest mountainous area. Yueya substation landslide is located in Yiliang county of yunnan province It seriously threats the substation in the trailing edge of landslide and the Lelisheng biological technology liability company.So,analysis on the basis of the exploration drilling data, for calculation of the main sliding into 2-2′profile,calculated in the natural condition, the water-saturated conditions and the earthquake conditions stability in the cases of coefficient is 0.96, 0.80, 0.79, respectively. Through the SLOPE/W software to buliding modeling of three different conditions to calculation and verification, obtained three kinds of condition of the stability coefficient is 1.002, 0.853, 0.842. Compared to two kinds of methods, the sliding surface of SLOPE/W software analysis is arc shape,calculate the stability coefficient is more reliable. Overall, the landslide in Water-saturated state and Earthquake state is not stable, It exists the possibility of sliding instability.

Yiliang county; Yueya Substation; Landslide; Stability Analysis; SLOPE/W software

1006-4362(2017)02-0006-06

2017-02-21 改回日期： 2017-03-27

P642.22

A

杨晋柳(1991- )，男，湖北咸宁人，硕士研究生，研究方向为工程地质及水文地质。E-mail:707143072@qq.com