盧功臣，宋文搏

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院勘察分院，陜西咸陽(yáng) 712000)

引漢濟(jì)渭工程位于陜西省南部的秦嶺山區(qū)，工程跨越黃河、長(zhǎng)江兩大水系，呈線狀分布，工程擬將漢江水調(diào)入渭河水系。

黃金峽水利樞紐是其中三個(gè)主要單元工程之一。黃金峽水庫(kù)工程總庫(kù)容2.29億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容0.37億m3，正常高蓄水位450 m。

2#滑坡分布于上壩址上游約1.8 km的良心溝口上游漢江左岸岸坡，為第四系松散堆積物滑坡?；碌匦翁卣鬏^為明顯，滑坡體形態(tài)總體呈現(xiàn)上陡下緩的簸箕型地形，后緣基巖坡角為47°，滑坡體表面平均坡度約為24°，坡面呈臺(tái)地狀起伏?；麦w后緣控制邊界為區(qū)域斷層F26，前緣剪出口位于河床以上約13～15 m，分布高程430～500 m，寬度約120 m，順河發(fā)育長(zhǎng)度約110 m，滑坡體厚度為15～19 m，按平均斷面法初步估算滑坡體總方量約25萬(wàn)m3。滑坡體在水庫(kù)運(yùn)行期是否穩(wěn)定，對(duì)于大壩安全及水庫(kù)建成后的正常運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。

1 滑坡體工程地質(zhì)條件

1.1 滑坡基本地質(zhì)概況

滑坡所處地貌為中低山區(qū)，河谷多呈“U”字型峽谷，多急流險(xiǎn)灘，河谷寬度40～50 m，高程404～449 m，兩岸山坡陡峻，自然坡角25°～45°，局部段近直立。兩岸山峰高程600～1 000 m，基巖大多裸露。

1.2 滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

據(jù)勘探豎井成果，滑坡體為雙層結(jié)構(gòu)(如圖1)，上部為粉質(zhì)粘土夾碎塊石，厚度7.5～15.0 m;下部為碎塊石土，厚4.0～5.0 m，碎塊石巖性成分主要為風(fēng)化閃長(zhǎng)巖。

圖1 滑坡豎井2SJ1、2SJ2展示圖Fig.1 Diagram showing the 2SJ1 and 2SJ2 shafts of the landslide

滑動(dòng)帶為松散堆積層與基巖接觸帶，為碎石土，滑帶厚5～40 cm，物質(zhì)成分為礫質(zhì)粘土，角礫成分為強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖?；矠殚W長(zhǎng)巖，滑面略起伏，有擦痕。由滑坡的地質(zhì)剖面(圖2)分析，該滑坡的滑面形態(tài)基本呈折線狀。

圖2 滑坡地質(zhì)剖面圖Fig.2 The geological section of the landslide

1.3 滑坡地下水特征

根據(jù)豎井勘探資料，坡體下部碎塊石土基本處于飽和狀態(tài)，而滑坡體上部的粉質(zhì)粘土夾碎石，為弱透水性。

1.4 滑坡巖土體物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)對(duì)滑坡體的取樣試驗(yàn)及滑帶土現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)，同時(shí)類(lèi)比同類(lèi)工程經(jīng)驗(yàn)，各土層的物理力學(xué)指標(biāo)建議值如表1、表2。

表1 滑坡體巖土物理力學(xué)建議值Table 1 Suggested physical and mechanical values for rock and soil of landslide

表2 滑床巖體物理力學(xué)指標(biāo)建議值Table 2 Suggested values for the physical and mechanical indexes of rock mass in landslide bed

2 滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算

2.1 極限平衡法

2.1.1 計(jì)算模型及計(jì)算公式

2#滑坡體組成物質(zhì)成分較為均一，滑動(dòng)面較為平直，滑坡前緣發(fā)育有臨空面，計(jì)算時(shí)將滑面簡(jiǎn)化為折線，然后采用不平衡推力法［1］來(lái)計(jì)算滑坡的穩(wěn)定系數(shù)。

如圖3所示，邊坡的坡面和滑動(dòng)面均為任意形狀，假定條間力的合力作用方向與上一土條的底面相平行，其作用點(diǎn)位于土條相鄰分界面的中點(diǎn)。根據(jù)平行于土條底面和垂直于土條底面兩個(gè)方向的合力等于零以及最前緣一塊的剩余推力為零進(jìn)行求解，滑動(dòng)面的破壞服從Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，但分析只滿(mǎn)足靜力平衡條件，不滿(mǎn)足力矩平衡條件［2］?；路€(wěn)定系數(shù)計(jì)算時(shí)不考慮地震作用力的影響，計(jì)算公式采用《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)中推薦使用的方法。

圖3 不平衡推力法分條上的作用力Fig.3 The action on strips by the imbalance thrust method

各計(jì)算工況如下:

工況1，自重，為現(xiàn)狀;

工況2，自重+450 m蓄水位，為持久工況;

工況3，自重+450 m蓄水位+暴雨，為偶然工況。

根據(jù)對(duì)滑坡土體現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)試驗(yàn)資料，滑土體計(jì)算參數(shù)如下:礫質(zhì)粘土C=13 kPa，φ=14°;碎塊石土γsat=21.0 kN/m3;粉質(zhì)粘土夾碎石 γ =19.5 kN/m3，γsat=20.5 kN/m3，計(jì)算得各工況下穩(wěn)定系數(shù)見(jiàn)表3。

表3 各工況計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)Table 3 The stability coefficients calculated under the different conditions

2.2 FLAC數(shù)值模擬分析

2.2.1 幾何模型范圍和參數(shù)確定

(1)物理參數(shù)的選取。本次所用的物理力學(xué)參數(shù)采用滑坡勘察工作成果，主要參數(shù)見(jiàn)表4。

(2)邊界約束條件的確定。模型的邊界條件布置如圖5模型，具體約定如下:

①約束模型左右邊的水平方向位移，令水平方向位移為零，即Ux=0。

②固定下邊界的xyz方向，設(shè)置模型的下邊界為全約束邊界，即 Ux=0，Uy=0，Uz=0。

③垂直于模型平面邊界，控制y方向位移，即Uy=0。

表4 計(jì)算參數(shù)表Table 4 The calculation parameters

圖5 模型邊界條件示意圖Fig.5 The diagram showing the boundary conditions of model

2.2.2 物理模型確定

本次計(jì)算采用莫爾—庫(kù)侖(Mohr-Coulomb)彈塑性材料模型，其參數(shù)主要有密度ρ、粘聚力C、內(nèi)摩擦角φ、抗拉強(qiáng)度、體積模量K，剪切模量G，前四個(gè)參數(shù)是常用的參數(shù)，最后兩個(gè)可用公式(2)、(3)確定。

式中:E為巖體的彈性模量;μ為巖體的泊松比;G為剪切模量;K為體積模量。

2.2.3 計(jì)算模型

根據(jù)工程地質(zhì)條件，建立滑坡計(jì)算模型［3］。計(jì)算中采用彈性模型，對(duì)其原始的地應(yīng)力進(jìn)行模擬(如圖6)，形成邊坡的初始應(yīng)力。

圖6 計(jì)算初始模型Fig.6 The initial model of calculation

2.2.4 位移場(chǎng)規(guī)律分析

圖7-圖12分別為三種工況下滑坡的整體位移云圖和水平位移云圖。分析整體位移云圖可知，水庫(kù)在正常蓄水后遭遇暴雨工況時(shí)邊坡土體位移最大，是水庫(kù)正常蓄水后位移的2倍，是邊坡天然狀態(tài)下位移的6倍，因此從位移量級(jí)上分析，正常蓄水后遭遇暴雨時(shí)滑坡處于最不利狀態(tài)，此時(shí)穩(wěn)定系數(shù)最小。水庫(kù)正常蓄水后，由于庫(kù)水位升高，水庫(kù)岸坡的浸潤(rùn)線升高，會(huì)造成粉質(zhì)粘土夾碎石層的自重增加，巖土力學(xué)性質(zhì)降低。從邊坡位移的量級(jí)分析，邊坡在正常蓄水狀態(tài)下，已經(jīng)處于不安全狀態(tài)。

圖7 邊坡整體位移云圖(天然)Fig.7 Nephogram for integral displacement of slope(natural)

圖8 邊坡水平位移云圖(天然)Fig.8 Nephogram for horizontal displacement of slope(natural)

圖9 邊坡整體位移云圖(蓄水)Fig.9 Nephogram for integral displacement of slope(after impoundment)

圖10 邊坡水平位移云圖(蓄水)Fig.10 Nephogram for horizontal displacement of slope(after impoundment)

圖11 邊坡整體位移云圖(蓄水+暴雨)Fig.11 Nephogram for integral displacement of slope(after impoundment and rainstorm)

圖12 邊坡水平位移云圖(蓄水+暴雨)Fig.12 Nephogram for horizontal displacement of slope(after impoundment and rainstorm)

2.2.5 應(yīng)力場(chǎng)規(guī)律分析

(1)圖13-圖18分別為邊坡的第一主應(yīng)力云圖和第三主應(yīng)力云圖。第一主應(yīng)力的分布等值線形狀基本與滑面平行，且與邊坡坡向一致，不利于邊坡的穩(wěn)定。特別是在蓄水、暴雨等不利條件的疊加作用下，應(yīng)力在量值上越來(lái)越大，使邊坡的穩(wěn)定降低。第三主應(yīng)力基本上覆蓋了滑帶區(qū)，且拉應(yīng)力數(shù)值較大，隨著不利條件的疊加，應(yīng)力范圍越來(lái)越大，均表現(xiàn)為拉裂破壞。

(2)分析第一主應(yīng)力和第三主應(yīng)力云圖，除了在坡腳以及各級(jí)坡頂區(qū)域產(chǎn)生不甚明顯的應(yīng)力集中效應(yīng)現(xiàn)象外，其他處應(yīng)力等值線幾乎相互平行，無(wú)突變。剖面上最大主應(yīng)力(壓應(yīng)力)方向基本順著坡向，并延伸至坡腳，不利于邊坡穩(wěn)定。由于巖土分界面的存在，使得其附近區(qū)域的最大主應(yīng)力方向要比其它區(qū)域最大主應(yīng)力方向的變化大而且迅速得多，但并未影響主應(yīng)力分布的總體走勢(shì)。

圖14 第一主應(yīng)力云圖(天然)Fig.14 Nephogram for the first principal stress(natural)

圖15 第三主應(yīng)力云圖(蓄水)Fig.15 Nephogram for the third principal stress(after impoundment)

圖16 第一主應(yīng)力云圖(蓄水)Fig.16 Nephogram for the first principal stress(after impoundment)

圖17 第三主應(yīng)力云圖(蓄水+暴雨)Fig.17 Nephogram for the third principal stress(after impoundment and rainstorm)

圖18 第一主應(yīng)力云圖(蓄水+暴雨)Fig.18 Nephogram for the first principal stress(after impoundment and rainstorm)

2.2.6 成果分析

(1)通過(guò)FLAC軟件對(duì)邊坡數(shù)值模擬分析可知，2#滑坡類(lèi)型屬牽引式滑坡，滑坡前部位移較大，首先滑動(dòng)，后部隨即滑動(dòng)［4］。

(2)三種工況狀態(tài)下，由于蓄水、暴雨等不利工況的疊加，邊坡的位移逐漸增大，內(nèi)部的應(yīng)力量值也有所增加，根據(jù)位移的量值可知數(shù)值模擬分析結(jié)果基本與滑坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果相符。判斷滑坡目前的狀況不能滿(mǎn)足正常蓄水情況下邊坡穩(wěn)定性的需要，需進(jìn)行支護(hù)或治理。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)使用傳統(tǒng)的極限平衡法和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法［5］，對(duì)黃金峽水庫(kù)2#滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，采用極限平衡法計(jì)算滑坡的安全穩(wěn)定系數(shù)，及FLAC數(shù)值模擬法對(duì)邊坡的位移、應(yīng)力的變化情況進(jìn)行分析，然后使兩種方法相結(jié)合，綜合分析評(píng)價(jià)滑坡的穩(wěn)定性，提高滑坡穩(wěn)定分析的可靠性。

FLAC數(shù)值模擬法相對(duì)于極限平衡法有很多優(yōu)點(diǎn)，首先它不需要假定滑面位置和形狀，可以對(duì)復(fù)雜地貌的邊坡求出任意形狀的臨界滑動(dòng)面，避免人為假定帶來(lái)的缺點(diǎn)，同時(shí)強(qiáng)度折減法克服了極限平衡法中將土條假定為剛體的缺點(diǎn)［6］。

數(shù)值模擬分析方法也有其不足之處:

(1)采用數(shù)值模擬方法［7］建立的模型為理想狀態(tài)下的模型，與滑坡實(shí)際的位移、應(yīng)力等狀況不一定完全相符。

(2)滑坡穩(wěn)定性數(shù)值分析方法有一定的局限性，多用于理論研究，在實(shí)際工程中較少使用，因此應(yīng)對(duì)數(shù)值分析方法進(jìn)一步研究，增強(qiáng)其工程實(shí)用性。

［1］ 時(shí)衛(wèi)民，鄭穎人，唐伯明.滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法的探討［J］.巖土力學(xué)，2003，24(4):545 －548.

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