不同滑动破坏模式下的边坡稳定性分析

林 雁

（安徽开放大学，合肥 230022）

我国地域广阔，土地面积大，地质地貌丰富，天气变化多端。因此，一些丘陵地区不稳定的边坡滑动或崩塌破坏时常发生，特别是大规模的边坡岩和土体的破坏能引起一系列的重大影响，对国家和人民生命财产造成巨大损失。所以，边坡稳定问题一直是岩土工程领域关注的重点。

水电站右岸坝肩自然边坡高陡，在1 220 m高程以上地形较缓的斜坡表面分布有数米厚的崩坡积物，缆机边坡岩体风化卸荷较强烈。在对坝顶以上边坡平硐及地表详细调查的基础上，本次计算采用3DSLOPE软件[1]进行右岸开挖边坡的整体稳定性分析[2-5]，并就最不利的可能滑动面及滑动组合模式来进行边坡的稳定性计算，为工程实践提供理论依据。

1 稳定分析软件3D-SLOPE

3D-SLOPE[5]是基于Spencer法[6-7]的边坡三维刚体极限平衡分析可视化软件。有机地结合三维地层信息系统和极限平衡分析法，不仅丰富了极限平衡分析法的表现形式，还能够拓宽三维地层信息系统的专业分析功能，体现了高层次的岩土工程信息化设计与施工。3D-SLOPE程序通过三维地层模型的建立，拟合函数计算是通过使滑体内每个条块经历中的滑裂面、不同地层、水位面的高程值和相应的物性参数来确定的，使计算过程能够大范围地简化，计算效率得到很大提高。在实际分析中可结合工程经验确定可能的滑裂面和滑体范围，对工程上可能的多个滑动方向进行计算，自动搜索潜在最危险滑面及主滑方向，同时软件还能考虑自重、水压力、地震作用等多种荷载及其组合。

2 工程实例

2.1 工程概况

坝址区两岸山体雄厚，谷坡陡峻，基岩裸露，地应力较高，岩体卸荷及风化强烈，自然坡度一般40°～65°，相对高差一般在600 m以上。基岩主要岩性为澄江期花岗岩类。两岸1 250 m高程以上分布有一定厚度的崩坡积层。坝址区岩脉、挤压破碎带、断层和节理裂隙发育。

由于边坡具有“两高一强烈”（高地应力、高地震烈度、卸荷风化强烈）的显著特点，且中、陡倾角的顺坡向节理裂隙较为发育，因此，边坡稳定问题较为突出。

2.2 计算分析

2.2.1 边坡整体稳定控制性结构面

经分析，影响边坡整体稳定控制性结构面的不利组合见表1。

表1 右岸边坡整体稳定控制结构面组合

2.2.2 计算参数

边坡岩体强度，特别是岩体结构面强度对边坡稳定性计算结果有着重要影响，本次计算参数详见表2和表3。

表2 岩体力学参数

表3 结构面力学参数

2.2.3 滑动模式

滑动模式一：该滑动模式主要以陡倾坡内的γL5花岗细晶脉岩脉为后缘拉裂面，以卸荷裂隙XL9-15及断层f208为底滑面，上游侧边界为断层f202，由这些结构面组合形成的滑块主要位于剖面LPI-I到LPIX-IX下游200 m，以及EL1 170～1 360高程之间。

滑动模式二：该滑动模式主要以陡倾坡内的γL5花岗细晶脉岩脉为后缘拉裂面，以卸荷裂隙XL9-15及断层f208为底滑面，上游侧边界为岩脉β209，由这些结构面组合形成的滑块主要位于剖面LPIII-III到LPIX-IX下游160 m，以及EL1 170～1 340高程之间。

滑动模式三：该滑动模式主要以陡倾坡内的γL5花岗细晶脉岩脉为后缘拉裂面，以卸荷裂隙XL9-15及断层f208为底滑面，上游侧边界为岩脉β219，由这些结构面组合形成的滑块主要位于剖面LPIV-IV到LPIX-IX下游120 m，以及EL1 180～1 320高程之间。

3 滑动破坏稳定性分析

3.1 滑动模式一

滑块的空间位置、滑裂面的空间展布及滑块的三维可视化图形分别如图1—图3所示。

图1 块体在边坡上的位置示意图

图2 块体三维可视化图

图3 块体滑裂面构成示意图

根据三维极限平衡分析，得到该滑动模式在不同工况下的稳定性安全系数，见表4。

表4 滑动模式一的稳定性安全系数

对于坝顶以上边坡完全开挖后沿XL9-15及断层f208组合滑面滑动的整体滑移模式，在正常工况下其安全系数为1.265、降雨工况下的安全系数为1.216、地震工况下安全系数降低到了1.103。3种工况下的安全系数值均满足规范要求。

边坡实施锚索加固后，边坡在正常工况下的安全系数为1.344，降雨工况下的安全系数为1.294，8度地震条件下的安全系数为1.172，开挖边坡安全系数有一定的提高，为0.08左右，但由于该滑动模式的滑坡总方量较大，故锚索加固后滑块的安全系数提高幅度不大。

3.2 滑动模式二

根据三维极限平衡分析，得到该滑动模式在不同工况下的稳定性安全系数，见表5。

表5 滑动模式二的稳定性安全系数

对于坝顶以上边坡完全开挖后沿XL9-15及断层f208组合滑面滑动的整体滑移模式，在正常工况下其安全系数为1.317、降雨工况下的安全系数为1.269，地震工况下安全系数降低到了1.156。安全系数值均能满足规范要求。

边坡实施锚索加固后，边坡在正常工况下的安全系数为1.423，降雨工况下的安全系数为1.372，8度地震条件下的安全系数为1.247，挖边坡安全系数有一定的提高，为0.11左右。

3.3 滑动模式三

根据三维极限平衡分析，得到该滑动模式在不同工况下的稳定性安全系数，见表6。

表6 滑动模式三的稳定性安全系数

对于坝顶以上边坡完全开挖后沿XL9-15及断层f208组合滑面滑动的整体滑移模式，在正常工况下其安全系数为1.386、降雨工况下的安全系数为1.337，地震工况下安全系数降低到了1.228。

边坡实施锚索加固后，边坡在正常工况下的安全系数为1.529、降雨工况下的安全系数为1.477，8度地震条件下的安全系数为1.350，3种工况下的安全系数值均能满足规范要求，锚固边坡安全系数有一定的提高，为0.14左右。

4 结论

采用三维极限平衡分析方法对边坡稳定性进行分析，得到如下结论：

（1）边坡可能发生3种滑动破坏模式，其方量在87.2～19.3万方之间，以γL5为后缘拉裂面，断层f202，岩脉β209（f205），β219（f221）等为上游侧裂面。

（2）边坡开挖后滑动模式一、二和三在正常工况下的安全系数分别为1.265，1.317、1.386，在降雨工况下的安全系数分别为1.216、1.269、1.337，在地震工况下的安全系数分别为1.103、1.156、1.228。计算结果表明开挖后这3种滑动模式的稳定性均满足施工期及运行期稳定性要求。锚索支护后，3种滑动模式在正常工况下的安全系数对比支护前分别提高0.08，0.11，0.14。故锚索支护后，滑动模式一、二和三稳定性得到了进一步的提高。