重慶市向陽水庫滑坡穩定性分析與評價

李紅星，周寶龍

摘要：為研究近壩庫岸滑坡堆積體對水庫建筑物及附近居民安全的影響，采用基于極限平衡理論的傳遞系數法，查明重慶市向陽水庫工程滑坡堆積體的穩定邊界條件，對自重、自重+度汛水位由386 m降至367.24 m、自重+度汛水位由386 m降至367.24 m并疊加暴雨等3種工況下滑坡體的穩定性進行分析與評價。結果表明：該滑坡在3種工況下處于基本穩定、欠穩定和不穩定狀態，結果與現場實地調查情況一致，建議采取工程治理措施。

關鍵詞：滑坡穩定性； 堆積體； 傳遞系數法； 度汛水位變化

中圖法分類號：TV221.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.03.007

文章編號：1006-0081（2024）03-0042-05

0引言

滑坡是巖土體沿著貫通面所發生的滑移現象，是一種具有普遍性和多發性的地質災害［1-2］。國內外滑坡穩定分析計算方法包括剛體極限平衡法和有限單元法等，其中剛體極限平衡分析法包括摩根斯頓-普賴斯法（Morgenstem-Price）、傳遞系數法等［3］。劉帥等［4］采用傳遞系數法對烏東德水電站近壩庫段大村滑坡群穩定性進行了分析研究。丁剛等［5］根據塊體影響對象不同進行分區，采用三維剛體極限平衡法對烏東德水電站泄洪洞出口環境邊坡進行穩定性計算，提出塊體失穩風險定量評估方法。蘇愛軍等［6］發展了滑坡穩定分析的剛體極限平衡分析方法，引入準超載法概念，將不利荷載分項系數統一為安全系數，建立了改進傳遞系數法，實現了傳統的穩定系數設計和基于荷載分項系數的極限狀態設計的統一。楊校輝等［7］基于G-A模型，考慮坡面傾角、非飽和區及飽和區內滲流的影響，建立持續降雨作用下堆積體邊坡的入滲模型，結合不平衡推力法，研究了折線型滑裂面堆積體邊坡在持續降雨作用下的穩定性。

傳遞系數法［8］是一種非嚴格條分法，假設條塊間的相互作用力方向平行于上一條塊的底滑面，條塊之間只傳導推力。向陽水庫1號滑坡堆積體厚度較薄且差異不大，整體位于基巖順向坡上，滑面較為平滑順直，選擇剛體極限平衡理論分析更為合適。

本文根據向陽水庫工程1號滑坡堆積體地質資料，采用傳遞系數法，研究其在自重、自重+度汛水位由386 m降至367.24 m、自重+度汛水位由386 m降至367.24 m并疊加暴雨的3種不同工況下的穩定性，并根據計算分析結果確定滑坡治理措施。

1工程概況及滑坡體基本地質特征

向陽水庫工程位于重慶市云陽縣江口鎮，是重慶市規劃的重點水源工程之一，是一座以城鄉供水和農業灌溉為主，結合防洪，兼顧發電的水利工程，水庫正常蓄水位456.00 m，總庫容為1.08億m3。水庫大壩左岸北側為基巖順向坡，曾發生多次滑坡，其中1號滑坡堆積體距離下方導流洞進口明渠和施工便道較近，若失穩將威脅下部建筑物的安全。

1號滑坡堆積體位于帆水河口左岸順向坡東側山體的腰部和坡腳范圍（圖1），前后緣薄，中間厚，整體厚度6～9 m，體積約27萬m3。斜坡走向55°～80°，傾向NW，斜坡地形前緩后陡，上部坡度近30°，中、下部坡度20°～25°。堆積體邊界基本以NW向沖溝及南北走向的陡坡腳為界，前緣高程約346～350 m，后緣高程約435～450 m。南北長約270 m，東西寬120～200 m，面積0.39 km2，厚度6～9 m，中間厚，前后部薄，體積27萬m3。前緣臨近帆水河，后緣臨近Y018鄉道，道寬一般5 m左右?；露逊e體物質大部分為碎塊石夾土，少部分為土夾碎塊石，土石比為3∶7～4∶6，整體呈松散至稍密狀，局部中密狀，物質結構均勻性較差，滲透系數為1.73×10-4～8.88×10-3 cm/s，以中等透水性為主。下伏基巖地層為三疊系中統巴東組第三段第3亞段泥質灰巖，巖層產狀一般340°～360°∠28°～30°?；露逊e體范圍內分布有若干民房和部分農田，底部為一處鐵廠，前緣有人工修建擋土墻緊鄰帆水河河道。

2滑坡體形態特征

1號滑坡堆積體前緣和后緣及西側緣邊界明顯，東側緣與部分崩坡積層相連，邊界不甚清晰，穩定性計算時不需要考慮側向約束。從主滑剖面1-1來看（圖2），滑體后部主要順3301號剪切帶滑移破壞，前部滑面與基巖間有微切層現象，Y018鄉道沿線可見部分蠕動變形拉裂縫（圖3）。鉆孔揭露滑坡堆積物厚度約7.4～9.0 m，結合3301號剪切帶規模及特征分析，基覆面滑帶土厚度估計為1～2 m，主要為黏土（圖4），黏性較強，可塑至硬塑狀，抗剪性能較差，具弱至微透水性。

滑床為巴東組第三段3亞段地層，3301號剪切帶分布于滑床后部滑面附近，前部則向基巖深部延伸分布?；鶐r以裂隙性透水為主，一般在深度9.0～25.0 m范圍內、山脊部位地表以下60～90 m范圍內，巖體的透水性主要屬中等至強透水，深部巖體則屬弱至微透水。

3滑坡穩定性分析與評價

3.1計算工況及模型

通過現場地質勘察得到滑坡邊界特征，其局部存在拉裂變形，需對該滑坡體進行穩定性分析計算。通過鉆孔查明滑坡底界基覆面附近的黏土為軟弱帶，若產生滑坡地質災害，沿此軟弱帶滑動的可能性最大［9］。1號滑坡堆積體穩定性計算條分如圖5所示。工程建設期度汛水位將淹沒滑坡體坡腳至中部范圍，度汛水位隨氣候存在波動變化（366.83～387.21 m），考慮滑坡體本身自重，結合度汛水位變化和外部極端降雨入滲等誘發因素，按如下3種工況進行分析計算：① 自重（天然狀態）；② 自重+度汛水位386 m降至367.24 m；③ 自重+度汛水位386 m降至367.24 m+暴雨。

3.2計算方法

該滑坡滑面為近直線型滑動面，穩定性系數Ks按照GB 50021-2001《巖土工程勘察規范》規定的公式進行計算，計算公式如下：

Ks=∑n-1i=1Ri∏n-1j=iψj+Rn∑n-1i=1Ti∏n-1j=iψj+Tn

其中：

ψj=cos（θi-θi+1）-sin（θi-θi+1）tanφi+1

∏n-1j=iψj=ψjψj+1……ψn-1

Ri=Nitanφi+CiLi

式中：Ks為穩定系數；θi為第i塊段滑動面與水平面的夾角，（°）；Ri為作用于第i塊段的抗滑力，kN／m；Ni為第i塊段滑動面的法向分力，kN／m；φi為第i塊段土的內摩擦角，（°）；Ci為第i塊段土的黏聚力，kPa；Li為第i塊段滑動面長度，m；Ti為作用于第i塊段滑動面上的滑動分力，kN／m，當出現與滑動方向相反的滑動分力時，Ti應取負值；ψj為第i塊段的剩余下滑動力傳遞至i+1塊段時的傳遞系數。

剩余推力可依據GB 50007-2011《建筑地基基礎設計規范》中公式規定進行計算。當滑動面為折線時，剩余下滑推力可按下列公式計算：

Fn=Fn-1ψ+γtGnt-Gnntanφn-Cnln

ψ=cos（βn-1-βn）-sin（βn-1-βn）tanφn

式中：Fn、Fn-1分別為第n塊、第n-1塊滑體的剩余下滑力，kN／m；ψ為傳遞系數；γt為滑坡推力安全系數；Gnt、Gnn分別為第n塊滑體自重沿滑動面、垂直滑動面的分力，kN／m；φn為第n塊滑體沿滑動面土的內摩擦角標準值，（°）；Cn為第n塊滑體沿滑動面土的黏聚力標準值，kPa；ln為第n塊滑體沿滑動面的長度，m；βn，βn-1分別為第n塊，第n-1塊滑體滑動面與水平面的夾角。

3.3計算參數及評價標準

根據土工試驗成果，結合部分地區同類巖土體以往經驗值（表1）進行反演分析［10］，當C值取20 kPa，φ值至少取12°及以上才能滿足穩定性系數Ks>1的要求。從1號滑坡堆積體滑帶土體的物質組成、顆粒級配及物理性質等方面看，φ取12°與土工試驗成果的抗剪強度較為吻合，滑帶土和滑坡堆積碎塊石夾土計算參數建議值見表2。

依據DZ/T 0218-2006《滑坡防治工程勘查規范》對該滑坡進行穩定性評價，滑坡的穩定性判別標準如表3所示。

3.4穩定性評價結果與分析

根據該滑坡的防治工程級別及安全系數類型，參考相應規范，確定設計安全系數在不同工況下分別為1.20和1.15。在3種不同的工況下，剩余推力和下滑力在滑體中部均相對較大，而在前、后緣相對較小，度汛水位變動和在暴雨條件下對滑體前部下滑力及抗滑力影響較大。3種工況下，采用傳遞系數法計算穩定性系數Ks分別為1.08、1.01和0.99（表4）。

在工況1條件下，滑坡體的穩定性系數為1.08，在天然狀態下處于基本穩定狀態，滑坡體中、下部均存在變形拉裂現象，說明滑坡體受重力影響仍具有向下滑移的趨勢。在工況2條件下，滑坡體的穩定性系數為1.01，度汛水位從386 m下降至367.24 m高程時，主要影響滑坡體中、下部，對滑坡體坡腳具有一定的拉力，中、下部有朝下位移的趨勢，度汛水位386 m高程以上滑床對堆積體仍產生一定的摩擦力。中、下部滑帶土在度汛水位上升過程中趨于飽和狀，土體物理力學性能逐漸降低，度汛水位下降時土體物理力學性能逐漸趨于恢復，土體含水量逐漸降低，但未能及時恢復到原始狀態，土體物理力學參數均有所下降，致使穩定性系數有所下降但未達到失穩狀態，整體處于欠穩定狀態。度汛水位下降對滑坡體中、下部表部碎石土影響稍大，可能產生局部失穩滑塌現象。在工況3條件下，滑坡體的穩定性系數為0.99，整體處于不穩定狀態，原因是暴雨時滑坡體范圍降雨入滲量增大，地下水位抬高，滑坡體含水量增大并趨于飽和，滑帶黏性土黏聚力降低，滑坡體與滑床之間的摩擦系數降低，使整個滑坡體物理力學性能降低而逐漸失穩。

綜合上述3種工況下的計算結果可以判斷，向陽水庫1號滑坡堆積體在自身重力作用下基本穩定，滑坡體前緣受度汛水位變化的影響較大，可能產生局部滑塌，在施工期度汛洪水的水位變動及暴雨的影響下出現整體性滑移失穩的可能性較大。計算結果與現場實地調查情況基本一致，建議采取工程處理措施。

4結語

重慶市向陽水庫1號滑坡堆積體主要分布于基巖順向坡范圍的中部至坡腳一帶，滑體上部物質主要為碎塊石夾土，結構均勻性較差，下部滑帶為黏性土。坡體表面巖土體較松散，降雨時易入滲，大氣降水和施工期水位變動因素的疊加可能誘發滑坡。根據計算結果，1號滑坡堆積體在天然狀態下處于基本穩定狀態，在度汛水位變動或強降雨條件下，滑坡體可能產生局部變形開裂或整體滑移進而產生地質災害，對滑體附近導流洞進口明渠和下方施工道路可能產生威脅，建議采取相應措施進行治理。

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（編輯：高小雲）

Analysis and evaluation of landslide stability of Xiangyang Reservoir in Chongqing City

LI Hongxing，ZHOU Baolong

（Three Gorges Geotechnical Consultants Co.，Ltd.，（Wuhan），Wuhan 430074，China）

Abstract：?To study the influence of reservoir bank landslide deposit near the dam on the safety of reservoir buildings and residents nearby，we used the transfer coefficient method based on the limit equilibrium theory，identified stable boundary conditions of the landslide deposit of Xiangyang Reservoir in Chongqing City.The stability of the landslide deposit was analyzed and evaluated under three working conditions，namely，the dead-weight，dead-weight + flood control water level from 386 m to 367.24 m，dead-weight + the flood control water level from 386 m to 367.24 m accompanied by rainstorm.The result showed that the landslide was basically in stable，under-stable and unstable state in three different conditions，respectively.The results were consistent with the actual investigation and engineering measures were recommended.

Key words：?landslide stability； deposit； transfer coefficient method； water level changes during flood season