□秦二樂 劉曉琪 張慶彬

臨水滑坡在我國廣泛存在，是一種常見的地質(zhì)災害，不僅會造成河道堵塞、水庫水位迅速升高等一系列問題，還會破壞沿線生態(tài)環(huán)境，對河道下游及大壩周邊人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成嚴重影響和危害。已有大量的工程實例顯示，河道沿線的臨水岸坡以及庫岸邊坡在水位變化的情況下，可能會使臨水邊坡的水文地質(zhì)條件發(fā)生顯著改變，會造成原本穩(wěn)定的老滑坡再次失穩(wěn)，同時還將導致臨水邊坡失穩(wěn)，形成新的滑坡和垮塌。

水位變化與庫岸滑坡的發(fā)生存在密切關聯(lián)。一些學者利用強度折減法分析了水位變化對邊坡穩(wěn)定系數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定系數(shù)隨著庫水位上升呈現(xiàn)出先減小后增大的變化規(guī)律，邊坡穩(wěn)定性并非與庫水位的抬升呈單調(diào)相關關系。還有一些學者通過某些變形監(jiān)測、數(shù)值模擬等方法也得出了同樣的結(jié)論。蔡德鉤等分析認為臨水邊坡在水位大約至坡體1/4～1/3 處穩(wěn)定性最差，表明在臨水邊坡穩(wěn)定分析中存在最危險水位區(qū)間。史丁康基于極限平衡法研究土—巖界面傾角對理想二元結(jié)構邊坡穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)土—巖界面傾角越大，穩(wěn)定系數(shù)越高，但是土—巖界面傾角較小時，穩(wěn)定系數(shù)對土—巖界面傾角并不敏感。羅世林基于數(shù)值模擬及穩(wěn)定性計算，揭示了基覆界面傾角變化對類直線形基覆界面堆積體穩(wěn)定性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)類直線形基覆界面滑坡穩(wěn)定性隨傾角的增大由快速下降變成緩慢下降，類直線形基覆界面傾角越大，穩(wěn)定系數(shù)對強度參數(shù)的變化越敏感。以上學者多是單獨研究水位變化或者基覆界面傾角變化對臨水邊坡穩(wěn)定系數(shù)的影響，較少同時涉及兩者因素對滑坡穩(wěn)定性影響規(guī)律及變化程度的研究。此文選取一種簡單的地質(zhì)模型：在給定水位和一定的變化區(qū)間上的滑面傾角的條件下，采用極限平衡法計算臨水邊坡穩(wěn)定系數(shù)的變化情況，研究結(jié)果可為臨水邊坡的防治和穩(wěn)定性評價提供參考。

1.模型建立

臨水邊坡的坡高取50m，坡面傾角取60°，滑面類型設定為直線型，滑面傾角由20°作為起始角，以5°間隔均勻增大至55°，邊坡前緣為相對現(xiàn)狀水位（0m），水位以5m 間隔均勻上升至相對最高水位（50m）時到達坡頂。簡單模型如圖1 所示。

圖1 理想邊坡剖面圖

假定臨水邊坡區(qū)沒有明顯的斷裂構造現(xiàn)象，坡體物質(zhì)組成以黃土狀壤土為主，成分為粉質(zhì)黏土，邊坡穩(wěn)定性主要取決于黃土狀壤土的強度。試驗土樣取自西部山區(qū)，由于在河道及庫岸兩側(cè)水位驟升的情況下發(fā)生邊坡失穩(wěn)的過程時間短，相當于直接剪切的受力工況，故對試樣進行快剪試驗，確定其有效強度指標?？紤]到庫水位上升過程中滑坡體部分淹沒于水下，部分在水上，故對滑坡土體進行天然含水率和飽和含水率下的剪切試驗，取得其有效抗剪強度指標，測試結(jié)果見表1。

表1 天然和飽和狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)

2.計算方法

已知臨水邊坡的垂直高度H=50m，坡面傾角α=60°，由式（1）可求得斜坡長度A。設定滑面傾角為β，由正弦定理式（2）可求得坡頂長度B，再由余弦定理式（3）可求得滑面長度L。設定水位由相對現(xiàn)狀水位（0m）上升m，有相似三角形原理式（4）（5）可分別求得滑面水位以下和水位以上長度L 水下、L 水上。潛在滑動區(qū)域面積S 由式（6）求得，再根據(jù)相似三角形原理式（7）（8）可分別求得水位以下和水位以上潛在滑動區(qū)域的面積S 水下、S 水上。

由

得到

最后由穩(wěn)定系數(shù)計算公式（9）求得不同水位和滑面傾角下的穩(wěn)定系數(shù)。其中i 表示水下和水上兩個不同的狀態(tài)。

式中:

γ——土體重度，kN/m3；

c——粘聚力，kPa；

φ——內(nèi)摩擦角，°；

L——滑面長度，m；

α、β——邊坡坡角、滑面傾角，°。

3.結(jié)果分析與評價

此文研究基于極限平衡法，建立一種簡單的地質(zhì)模型，用式（9）計算邊坡穩(wěn)定系數(shù)。考慮水位抬升和滑面傾角變化情況下滑坡的穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果如圖2 所示。

圖2 穩(wěn)定系數(shù)與水位及傾角關系曲線

在邊坡穩(wěn)定性分析中，不同的滑面傾角下，滑坡的剪入口、剪出口、滑面位置都是確定的，隨著庫水位抬升，穩(wěn)定系數(shù)隨庫水位上升大致分為兩段，即下降段和上升段。在滑面傾角為20°時，庫水位50m 之下的穩(wěn)定系數(shù)均大于其他傾角下的穩(wěn)定系數(shù)，起始穩(wěn)定系數(shù)為1.53，在 水 位25m～30m 達 到 最 小 值1.48，相應大約位于坡體1/2～3/5 處。在滑面傾角為40°～45°時，庫水位變化過程中的穩(wěn)定系數(shù)均小于其他傾角下的穩(wěn)定系數(shù)，起始穩(wěn)定系數(shù)為0.89，同樣在水位25m～30m 達到最小值0.83～0.84，位于坡體1/2～3/5處，其余傾角下大致在這個區(qū)間內(nèi)，分析認為臨水邊坡存在最危險水位，介于理想模型和實際邊坡復雜的坡體和滑面形狀以及受力情況而使最危險水位區(qū)間存在一定誤差。

不同滑面傾角下的穩(wěn)定系數(shù)變化趨勢相同，下降段和上升段的降幅及增幅如圖3 所示，兩個階段都隨滑面傾角的增大而增大，且上升段的增幅較下降段的降幅大，當滑面傾角最大至55°時，前者為13.92%，后者為9.86%，說明滑面傾角變化與穩(wěn)定系數(shù)的幅度變化呈正相關，即滑面傾角越大，在庫水位變動過程中邊坡極易由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)為失穩(wěn)狀態(tài)，邊坡穩(wěn)定性對庫水位的變化越靈敏。

圖3 不同傾角下的穩(wěn)定系數(shù)變化幅度

穩(wěn)定系數(shù)隨著滑面傾角的增大也大致分為兩段，即下降段和上升段。不同水位下的穩(wěn)定系數(shù)變化趨勢相同，滑面傾角在35°和50°附近的穩(wěn)定系數(shù)接近1.0，但滑面傾角在40°～45°附近的穩(wěn)定系數(shù)變化率接近0，穩(wěn)定系數(shù)總體達到最小，均在1.0 之下，滑面傾角變化引起穩(wěn)定系數(shù)變化趨勢如圖4 所示，兩段滑面傾角變化對應的穩(wěn)定系數(shù)變化率最大值分別為18.95%和51.75%，穩(wěn)定系數(shù)仍在1.3 以上，說明庫水位對穩(wěn)定系數(shù)的影響與滑面傾角有關，傾角較大和較小時，雖然能引起穩(wěn)定系數(shù)急劇變化，但并不是最不穩(wěn)定狀態(tài)，滑面傾角越緩或者越陡盡管能靈敏地影響邊坡穩(wěn)定性，但邊坡仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)，最不穩(wěn)定的狀態(tài)則是在一定的滑面傾角內(nèi)。

圖4 不同庫水位下穩(wěn)定系數(shù)變化曲線

4.結(jié)論

此文研究了在簡單的地質(zhì)模型下臨水岸坡及庫岸邊坡穩(wěn)定性對其影響因素的響應，分析了水位變動和滑面傾角變化對岸邊坡穩(wěn)定性的影響程度，得到以下結(jié)論：庫水位上升過程中的穩(wěn)定系數(shù)大致分為兩段，即下降段和上升段，相應的臨水邊坡存在最危險水位?；鎯A角變化與穩(wěn)定系數(shù)的幅度變化呈正相關，即滑面傾角越大，在庫水位變動過程中邊坡極易由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)為失穩(wěn)狀態(tài)，邊坡穩(wěn)定性對庫水位的變化越靈敏。當滑面傾角最大至55°時，前者為13.92%，后者為9.86%。

研究成果為臨水邊坡的防治和穩(wěn)定性評價提供借鑒，建議在工程中遇到涉水岸坡問題時，綜合考慮水位和基覆界面傾角變化對其穩(wěn)定性的影響?！?/p>