水库坝肩滑坡滑带土抗剪强度参数确定及稳定性评价

2022-09-25李永松赵温亮刘宗林中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司

珠江水运 2022年17期

李永松赵温亮刘宗林中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司

滑坡是我国最常见的地质灾害，遍布水利、交通、市政各个行业，随着经济发展，工程场址地质条件日益恶劣，加上近年极端天气影响，由此诱发的滑坡灾害也逐年增多，造成的人员伤亡和经济损失十分惨重，因此滑坡灾害防治是工程建设中的重点问题。

滑带土的抗剪强度参数直接影响滑坡稳定性评价结论和滑坡推力的计算结果，对滑坡治理方案的选择至关重要，合理选取滑带土的抗剪强度参数是滑坡治理工程成功的第一步。滑带土抗剪强度参数的选取主要有室内试验、现场剪切试验、工程类比、参数反演等几种方法。采用单一方法确定滑带土抗剪强度参数往往具有局限性，所得结果通常不能反映现场实际情况，文中以某水库坝肩滑坡为研究对象，以室内试验成果为基础，采用传递系数法进行反演分析验证，并结合地区经验，综合选取滑带土的抗剪强度参数，为该滑坡的治理提供依据。

1.工程概况

1.1 自然地理概况

滑坡位于云贵高原东斜坡的中低山丘陵区，所在斜坡总体呈后缘陡中部平缓前缘陡坎的地形，前缘为水库所在冲沟，总体坡向S60°W。区内多年平均降雨量1209.3mm，降水四季分配不均，主要集中在夏季。滑坡发生变形时，当地出现连续强降雨，当月降雨量较往年同期偏多40%，大气降水是地下水的主要补给来源。人类工程活动主要为开挖左坝肩山体，开挖后未及时采取有效支挡措施，导致斜坡前缘失去了部分支挡能力，抗滑力降低，对地质环境影响较大。

1.2 工程地质概况

滑坡体内分布有风化岩体与第四系残坡积层转化成的滑体土和滑带土，滑床为震旦系下统南沱组含砾砂岩和板岩。滑坡体处于温泉背斜南侧，地层受断层和小褶皱影响岩层产状变化较大，岩层产状主要为N30°W/SW∠28°，整体倾右岸偏上游。滑坡体区内部无区域性断裂分布，但小断层及构造、风化裂隙较发育。水文地质条件简单，主要为第四系松散介质孔隙水、基岩裂隙水，地下水较贫乏。区内地震动反应谱特征周期为0.35s，地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度为Ⅵ度，区域地壳稳定。

1.3 滑坡基本特征

滑坡位于水库左坝肩斜坡，斜坡后缘较陡，中部较缓，斜坡坡度12°～40°，相对高差135m，滑坡体前缘顺河向长约120m，横河向宽约210～230m，面积约24000m，滑体平均厚度15.0m，方量37万m³，属中型中层土质滑坡。滑坡体后缘环状拉裂缝延伸长度约150m，裂缝垂直错距1.5～2.1m，裂缝后壁物质组成为黏土夹少量碎块石，前缘为坝址开挖形成的近直立状陡坎地形，揭露了岩土界面，前缘临空地形为滑坡滑动提供了便利条件。干化滑坡属于推移式滑坡，目前处于蠕滑阶段，受降雨、风化、人为扰动影响可能失稳速滑。

滑体物质分两层，表层为黄色可塑状黏土夹碎砾石，碎块石粒径多为2～50mm，以黏土为主，厚度较小。下层以松动碎裂岩块为主，分布范围广，物质成分为碎块石与少量黏土混杂，局部夹孤石，碎裂岩块块径较大，一般0.2-0.5m，最大可达5m以上。滑带土为黄色可塑状～硬塑状黏土夹碎石，局部呈青灰色、黑色黏土夹岩屑，物理力学性质较差。滑动面位于基岩接触带，倾角25～30°，滑床为强风化含砾砂岩。

2.滑带土抗剪强度参数确定

2.1 物理力学试验参数

对滑带土取样进行了室内试验，试验结果如表1。其中滑带土天然重度平均值21.6KN/m，粘聚力51.6kPa，内摩擦角27.6°。

表1 滑带土物理力学相纸指标统计表

2.2 滑带土抗剪强度参数反演

1）反演原理。反演分析是根据极限平衡理论，采用传递系数法，在初步分析滑坡现状变形特征及稳定状态的基础上，首先根据滑坡当前的状态假定合适的稳定系数，然后通过给定滑带土的粘聚力c值或内摩擦角φ值，反算另一个值的方法。

2）滑坡稳定系数的确定。假定滑坡稳定系数主要取决于滑坡的发育阶段及目前变形状态，应根据滑坡变形的发展阶段，尤其是滑坡前后缘的变形特征综合选取干化滑坡5月初始变形时，后壁拉裂缝延伸长度约150m，宽约0.5m，裂缝垂直错距1.5～2.1m，前缘局部出现小型滑塌，随后滑坡变形迹象变缓，8月因强降雨出现新的变形迹象，综合判定，滑坡在天然状态下基本稳定，在暴雨饱和状态下可能整体滑动，因此反演分析时稳定系数按照0.9～1.0计算。

3）参数敏感性分析。为评价滑坡稳定性对滑带土粘聚力和内摩擦角的敏感程度，利用图1所示剖面，滑带土粘聚力选用15～35kPa，内摩擦角选用5°～25°，对滑坡进行稳定性计算，滑坡稳定系数随着粘聚力和内摩擦角的变化如图2所示，分析图中斜率可知，滑坡稳定性对粘聚力敏感性较低，对内摩擦角敏感性较高。因此反演计算时，先给定粘聚力C值，再反算内摩擦角φ值。

图1 滑坡的滑动面特征（2-2剖面）

图2 滑坡稳定系数随抗剪强度参数变化图

4）反演分析结果。根据分析，滑坡主要滑动模式为覆盖层沿基岩接触面滑动破坏。利用平行于主滑方向的2-2剖面和3-3剖面，滑坡稳定系数分别取为0.90、0.95、1.0，给定不同粘聚力c值对滑带土的内摩擦角进行反演分析，计算结果如表2、图3所示。

表2 不同稳定系数取值下的抗剪强度参数

粘聚力C 值采用试验成果乘以折减系数0.75，即C=51.7k P a×0.75=38.8kPa，对应的内摩擦角采用反演值，根据图3所示内摩擦角-粘聚力关系曲线，可得采用反演分析时滑带土的抗剪强度指标：粘聚力=38.8kPa，内摩擦角=17.6°～21.2°。

图3 内摩擦角-粘聚力关系曲线

2.3 滑带土抗剪强度参数综合选取

根据地区经验，该地区黏土夹碎石天然状态下粘聚力C=4 0k Pa～50kPa，内摩擦角φ=23°～24°。饱和状态下粘聚力C=30kPa～40kPa，内摩擦角φ=18°～20°。

滑带土抗剪强度参数取值的影响因素较多，采用室内试验确定抗剪强度指标时，会受到样品质量、试验人员操作规范程度、剪切速率等因素影响，而且取样位置和取样数量存在局限性，室内试验得到的指标仅能代表局部范围某一状态的参数，难以反映滑坡整体稳定状态。反演分析是根据滑坡的边界条件、工程地质条件确定的滑坡稳定系数，反算滑带土抗剪强度参数的方法，计算所得参数符合滑坡整体稳定状态，但是滑坡稳定系数取值受人为经验因素影响大，结合地区工程经验值后，可以使抗剪强度参数取值更为可靠。综合考虑室内试验、反演分析、地区工程经验，得到滑带土的抗剪强度参数为：天然状态粘聚力c=45kPa，内摩擦角φ=23.3°，饱和状态粘聚力c=35kPa，内摩擦角φ=18.8°。

3.滑坡稳定性计算与评价

滑坡的主要滑动模式为滑坡体沿基覆界面整体滑动，采用不平衡推力传递法，选取主滑方向上的两个剖面进行稳定性评价和滑坡推力计算。计算时，滑坡体的地面线及滑面均简化为折线，按如下四种工况计算。工况Ⅰ：考虑基本荷载，不考虑地表水下渗对滑带土的影响，取天然状态参数；工况Ⅱ：考虑基本荷载+暴雨荷载，考虑地表水下渗对滑体和滑带土的影响，取饱和状态参数；工况Ⅲ：考虑基本荷载+地震荷载，考虑天然状态下受地震力作用的影响，取天然状态参数；工况Ⅳ：考虑基本荷载+暴雨荷载+地震荷载，同时考虑暴雨引起地表水下渗和承受地震力的不利作用，取饱和状态参数值。

根据计算结果，基本工况时滑坡介于基本稳定和稳定状态之间，地震工况时，滑坡介于欠稳定与基本稳定之间；降雨工况和降雨+地震工况计算时，滑坡处于不稳定状态。这一结论与滑坡现在的变形状态相符，验证了综合考虑室内试验、反演分析和地区工程经验进行滑带土抗剪强度参数取值的合理性。

暴雨工况滑坡稳定系数明显降低，相比工况1，暴雨条件下稳定系数下降21.7%～22.2%，由此可见，滑坡稳定性对降雨入渗比较敏感，大气降雨是诱发滑坡发生整体变形的主要原因。同时计算结果也表明，滑坡稳定控制工况为工况二，若要使稳定安全系数达到1.25，需提供抗滑力较大，其中2-2剖面需提供水平抗滑力为9141kN/m。