巴东滑坡稳定性及影响因素敏感性分析

赵志强,聂守智,何 伟

(西安理工大学 岩土工程所,陕西 西安 710048)

0 引 言

三峡库区沿岸地形地质条件复杂,各种地质灾害频发,给沿岸居民带来极大的危害。巴东滑坡体位于巴东县境内的长江北岸,上距巴东县城3 km,下距三峡工程坝址61 km,是长江三峡水利枢纽库区近坝库段内的大型滑坡之一。三峡水库进行正常运行蓄水(水位175 m)后,受水位的抬升,三峡沿岸边坡的稳定性将会大幅度的降低,有可能激发和加剧滑坡的失稳,从而危及到当地居民生命财产的安全以及下游三峡水库,并造成公路被毁、航道淤塞、交通中断,影响水库库容等灾害。因此,对巴东滑坡的稳定性及敏感性进行分析评价具有很重要的意义。

1 滑坡概况及稳态发展趋势

巴东滑坡平面上呈长条形,滑坡体与周围界线明显,滑坡平面图见图1。地层由残坡积层、滑坡堆积层、崩积层及巴东组第三段泥灰岩夹灰绿色泥质灰岩组成。表层为粉质粘土夹碎石、块石,下部为基岩蠕变形成的半解体岩体。滑移面总体呈一斜倾长江的斜面,上陡下缓。滑带土为粉质粘土夹小碎石,具有线型擦痕,粘土片状矿物呈定向排列,说明该滑坡具有滑动迹象。滑床为基岩,主要为巴东组第三段泥灰岩夹灰绿色泥质灰岩。滑坡体内地下水为松散介质孔隙水。

图1 巴东滑坡体平面简图

三峡水库正常蓄水前,滑坡整体稳定性较好。但是在三峡水库正常蓄水后,巴东滑坡体近1/3部分被库水淹没。滑坡体外部条件将发生改变,表部松散物受库水的侵蚀、冲刷、浪蚀等作用,易发生浅层或局部的坍滑,滑体前缘的支撑条件将被削弱,且地下水位抬高,滑体内岩土体含水率增高,库水以下的滑体物质将处于饱和状态,滑坡体及滑移面土体强度将明显降低,因此,三峡水库蓄水后,滑坡体的稳定条件将大为降低,滑坡体稳定性将向不利的方向发展,并最终可能发生滑坡。

2 滑坡体稳定性计算及分析

为进行滑坡稳定性分析,布置了1条剖面即 1-1′剖面(见图2)。

本文拟采用不平衡推力法[1]计算滑坡稳定性。该方法适用于滑面为任意形状的滑坡,且考虑滑坡体中的动水压力、浮托力、地震等动荷载及各个滑块不同抗剪强度参数的影响。该方法比较适合巴东滑坡的各种情况。计算参数见表1。计算采用的工况及稳定性计算结果见表2。

图2 巴东滑坡体稳定性计算1-1′剖面

表1 巴东滑坡体稳定计算参数

表2 巴东滑坡稳定计算成果

从表2可看出:1-1′剖面仅在工况一自重情况下基本稳定,其余均不稳定。随着水位的抬升,边坡稳定状况将不断的降低,淹没状况最不稳定,最容易失稳。

3 滑坡稳定性影响因素分析

滑坡稳定性受多种因素[2～8]影响,主要包括:地下水入渗,滑坡排水率,滑移面c、φ值,滑坡体重度γ值、地震作用、单位加固力F以及加固角等因素。本文选用不平衡推力法进行计算,仅从滑移面 c、φ值,滑坡体重度 γ值、地震作用、单位加固力F以及加固角等4个主要方面进行分析。

3.1 滑坡稳态对滑移面c、φ值的敏感性

本文选取工况四进行滑移面 c、φ值的敏感性计算。滑坡稳定系数Fs值与滑移面c、φ值关系曲线见图3、图4。

图3 1-1′剖面 Fs值与c值关系曲线

图4 1-1′剖面Fs值与φ值关系曲线

从稳定系数Fs值与c、φ值关系曲线可以看出,随着c、φ值的增大,1-1′剖面滑坡稳定性系数均有所提高,稳定系数Fs值与c值、φ值呈线性关系。c值与φ值比较,c值对稳定系数Fs值影响较小,φ值对稳定系数Fs值影响较大。

3.2 滑坡稳态对滑体重度 γ值的敏感性

本文选取工况一、三、四进行滑移面 c、φ值的敏感性计算。滑坡体稳定系数 Fs值与重度γ关系曲线见图5。

图5 1-1′剖面Fs值与γ值关系曲线

从稳定系数Fs值与重度γ值关系曲线可以看出1-1′剖面在自重条件下,随着重度γ值的增大,滑坡稳定性系数将会小幅降低;在水位上升至145 m、175 m时,随着重度 γ值的增大,滑坡稳定性系数将会小幅度增大;在175 m水位时,重度γ值对滑坡稳定性系数影响程度大于自重状态和145 m水位状态。总的来说,重度 γ值对稳定系数Fs值的影响程度较小,即重度γ值为不敏感性因素。

3.3 滑坡稳态对水平地震系数Kc的敏感性

本文选取工况四进行水平地震系数Kc的敏感性计算。滑坡体稳定系数Fs值与水平地震系数Kc关系曲线见图6。

图6 1-1′剖面 Fs值与Kc值关系曲线

从稳定系数Fs值与水平地震系数Kc值关系曲线可以看出,随着水平地震系数Kc值的增大,滑坡稳定系数将会急剧的降低,两者呈反比关系,因此,水平地震系数Kc值为敏感性因素。

3.4 滑坡稳态对单位加固力F值以及加固角ω值的敏感性

据上面稳定性计算结果得知,三峡正常蓄水后,滑坡体将处于不稳定状态,必须采取措施进行处理,因此分析滑坡影响因素时考虑单位加固力F值以及加固角ω值是非常重要(加固力与水平面夹角,顺时针为负,逆时针为正)。由此,滑坡体稳定系数对单位加固力F以及加固角ω值的敏感性分析很有必要。本文选取工况五状态进行计算。滑坡体稳定系数Fs值与单位加固力F值以及加固角ω值关系曲线见图7。

图7 1-1′剖面 Fs值与F、ω值关系曲线

从稳定系数Fs值与单位加固力F值以及加固角ω值关系曲线可以看出,1-1′剖面加固角 ω在-50°～49.6876°之间,随着单位加固力F值的增大,稳定系数Fs值随之增大,且单位加固力F值越大,加固效果越明显。加固角 ω在49.6876°之后,随着单位加固力 F值的增大,稳定系数 Fs值反而减小。加固角ω值与稳定系数Fs值基本上呈抛物线关系,并且随着加固力增大,抛物线性也明显。加固角 ω值由-50°变化到60°,稳定系数Fs值先变大,加固角 ω值在-30°～-10°达到最大,接着开始变小,并在 49.6876°处相交。由曲线可以看出加固角度为-30°～-10°。总的来说,单位加固力F值以及加固角ω值对稳定系数Fs值的影响是非常明显的,二者为敏感性因素。

4 结论及建议

本文在地质勘察的基础上,对巴东滑坡的稳定现状及未来发展趋势进行了分析与论述,在分析滑坡体的地质计算模型的基础上采用极限平衡法对滑坡体的稳定性进行了定量评价,并在此基础上对影响滑坡稳定性的因素进行了分析。由此可得出如下主要结论:

(1)巴东滑坡目前处于基本稳定状态,稳定性系数1.10＜Fs＜1.25;三峡水库蓄水稳定性系数Fs将会降低,滑坡将处于不稳定状态。特别是到正常蓄水水位175 m及175 m后,开始下降时,稳定系数Fs=0.823＜1,滑坡处于不稳定状态,建议采取必要采取措施进行防治。

(2)通过滑坡影响因素的敏感性分析,认为滑坡底滑面φ值、水平地震系数Kc、以及单位加固力F值以及加固角ω值等因素为敏感性因素,滑坡底滑面 c值、滑体重度 γ,为不敏感性因素。另外,经分析得知,在滑坡进行加固时,最佳加固角 ω为-30°～ -10°。

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