鱼洞河滑坡地质特征及稳定性分析

牛彦博，胡卸文

（西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都 610031）

鱼洞河滑坡地质特征及稳定性分析

牛彦博，胡卸文

（西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都 610031）

在分析滑坡体工程地质条件和滑带土特征的基础上，分析影响因子对滑坡稳定性的敏感性。采用不平衡推力法和简布法，模拟多种外部条件，分析滑坡稳定性表明，滑坡整体处于稳定状态，局部可能失稳，对大坝安全运行不造成巨大危害。

滑坡；敏感性；不平衡推力法；简布法；稳定性

1 引言

水布垭水库是清江流域最重要的水利工程，坝址区地质环境十分复杂，库岸圈定滑坡达34处，而大于1 000×104m3的滑坡有两处，鱼洞河滑坡就是其中一处，又因其距坝址仅2.3km，如果其发生滑动，将对水布垭水库造成不可估计的危害，因此，对其稳定性的研究具有重要的意义。研究区域滑坡分布情况如图1，鱼洞河滑坡为3号滑坡体。

本文以鱼洞河滑坡作为工程实例，在掌握区域工程地质条件和自然地理环境及滑坡体基本特征的前提下，参考长期的勘察和观测资料以及大量的滑土带力学实验成果，采用剩余推力法、简布法等常用算法，模拟多种外界条件（如研究不同水位对于安全系数Fs的影响）对其进行稳定性分析，为鱼洞河滑坡的防治提供了理论依据。

2 鱼洞河滑坡工程地质特征

2.1 滑坡形态

鱼洞河滑坡（图1中3号滑坡体）距坝址2.3 km，平面呈长喇叭形，滑体前缘位于河床枯水位以下至210m，后缘775m，面积0.67km2，体积2 350×104m3。滑坡体在高程370～450m一线，滑坡上、下联系较弱，可将滑坡分为上段滑体与下段滑体。上段滑体体积1 080×104m3，下段滑体体积1 270×104m3。鱼洞河滑坡地质剖面图见图2。

2.2 滑坡形成机理

鱼洞河滑坡由于受上硬下软的地层结构（上部硬岩组为二叠系下统栖霞组灰岩与石炭系中统黄龙组灰岩地层，呈陡崖地形；下部软岩组为泥盆系写经寺组砂页岩地层，呈缓坡地形）、缓倾坡外的斜顺向坡、地下水对滑带的浸泡软化以及发育的构造裂隙等不利因素的影响，曾在历史上发生过3个不同序次的滑动。

第一序次：上部硬岩组因岩体受裂隙切割与侧向荷载，不断崩塌加载于缓坡上，并导致堆积的灰岩石块碎石沿下伏斜顺向坡软岩层发生滑动而形成鱼洞河滑坡。

第二序次：后期的崩塌加载又导致发生了次级滑坡，次级滑坡的后缘570m，从上、下段分界部位滑出跌落覆盖于下段滑体上，次级滑体在上段滑体上的体积为360×104m3。

第三序次：由于滑体受河流的侧蚀，后期又发生了东边湾和西边湾次级滑动，东边湾次级滑体的体积400×104m3，西边湾次级滑体的体积170×104m3。

图1 研究区域地质图Fig.1 Geological map of the research region

图2 鱼洞河滑坡地质剖面图Fig.2 Geological profile of the landslide

分析滑坡形成的序次可知，早期在缓坡地带上不断接受周边陡崖崩塌物质的堆积，负荷不断加大，加上泉水渗入滑体时对滑带的软化，导致一次大规模滑动；中期上段滑体又不断受到堆积加载，在上、下段滑体分界部位发生次级滑动；最后是滑体下段东边湾与西边湾次级滑动。由以上分析可知，该滑坡为崩塌－加载型滑坡。

鱼洞河滑坡在斜坡演化过程中，根据岩体演变进程，可将其变形破坏地质力学机制划分为蠕滑－拉裂模式。在演化初期，斜坡基本保持一种稳定状态，随着河谷的下切，斜坡临空面附近的岩体要释放荷载，导致滑坡不断形成拉张剪切面。随着河谷的继续下切，滑动面附近的岩体开始发生累进性破坏，随着破坏的进行，一旦斜坡滑面贯通，便沿着贯通面发生大规模滑动，形成一个新的力学平衡稳定状态。当施加一个扰动打破此平衡状态，便进入下一个演化过程，形成新一次的滑动，再次达到稳定状态。

2.3 地层岩性

鱼洞河滑坡上段滑体物质为灰岩块石碎石夹碎屑土，距钻孔揭露厚20.3～32.2m。滑体中发育底部滑动带（主滑带）和次级滑动带，次级滑动带位于滑体垂直剖面的中部，为厚0.8m的灰白、灰黑色粘土夹灰岩碎石，结构松散，有渗水，次级滑动带以上的滑体，结构松散，平硐开挖有多处严重渗水，并多处发生硐顶坍塌，硐顶坍塌高度一般为1～3m；次级滑动带以下的滑体结构密实，平硐开挖无渗水，硐顶稳定，底滑带为厚4.1m的粘土夹碎石及少量块石，结构密实，无渗水。滑床基岩为泥盆系砂页岩地层，呈斜顺向坡。

下段滑体物质为灰岩块石碎石夹碎屑土（或部分为石英砂岩块石碎石夹碎屑土），钻孔揭露厚24.1～102.7m。竖井揭露井深0～37.1m为块石碎层，井深37.1～38.55m为厚1.45m的粘土夹小碎石的滑动带，井深38.55～43.25m为块石碎石粘土夹卵石，井深43.25～45.0m为砂卵石层。滑床基岩为志留系中统纱帽组砂页岩。

2.4 滑带土物理力学参数选取

在滑体中竖井和平硐取滑动带扰动土样进行了室内分析后，所得物理力学试验成果见表1。

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表1 鱼洞河滑坡滑带土物理力学试验成果表Table 1 Physic－mechanical parameters of slip zone soil in the landslide

通过对鱼洞河滑坡土的物理力学试验成果分析以及综合滑坡的物质组成等其他工程地质条件，认为鱼洞河上段滑体取c＝20kPa，φ＝20°；下段滑体取c＝20kPa，φ＝19°较为合理。但为了工程安全，在计算时应以合理参数为中心取不同参数进行计算，然后比较结果，得出结论。

3 滑坡稳定性影响因子敏感性分析

鱼洞河滑坡变形破坏机制为牵引式滑移，其下段滑体首先发生滑动，从而牵引上段滑体发生滑动，所以在进行稳定性计算时要分别考虑上段滑体和下段滑体。

对该滑坡来说，通过大量的勘探工作，取得了较为详实的滑坡几何参数，因此，几何因素是确定的。难于确定的是滑坡的计算参数，滑带土的粘聚力c、内摩擦角φ、滑体充水厚度hw和滑体容重γ。现将着重讨论这4个影响因子对滑坡稳定性的影响情况（即敏感度大小），以及确定其中哪些因子敏感度较大。这两个问题是工程技术人员最关心的问题，也是滑坡稳定性分析和防治的重要依据。假定滑坡各土条的c、φ、hw、γ均相等，公式

分别将KC对γ、c、hw、φ求偏导数：

式中，Wi＝γbihi，为第i条块重，bi、hi分别为第i条块的宽和高；Ui＝hwiγwli为第i条块底面水压力，hwi、l分别为第i条块底面的水头和底边长；αi为第i条块底面倾角；c、φ分别为滑带土的粘聚力和内摩擦角。

将数据代入上式中，分别计算出鱼洞河滑坡KC对c、φ、hw、γ的偏导数值，见表2。

表2 安全系数对各影响因子的敏感度Table 2 Sensitivity of safety coefficient to each affecting factor

由表2的数据表明内摩擦角φ对kc的影响最大，次之为滑体充水厚度hw，而滑带土的粘聚力c值对kc的影响很小，滑体容重γ几乎没有影响。所以在滑坡稳定性计算时着重考虑φ、hw和c对安全系数的影响，γ可以取定值来计算。根据室内试验成果计算及地区经验取得天然重度γ＝22kN/m3。

4 滑坡稳定性计算

本文采用不平衡推力法和Janbu法进行计算。

4.1 计算成果

根据对滑坡库区的水位调查分析研究以及当地长期水位观察的结果（在不考虑地震的影响下），滑坡上段全部在蓄水位以上，所以蓄水对上段滑坡的影响较小，主要考虑降雨对其影响。本文计算时，孔隙水压分别取滑体厚度的1/3、2/3。计算成果见表3。

对于滑坡下段，此次计算分别计算水库高水位400m、中水位320m以及枯水位210m，研究不同水位对滑坡稳定的影响。计算成果见表4。

表3 鱼洞河滑坡上段滑体稳定性分析成果Table 3 Stability of the upper slide mass in the landslide

由表3、4可以明显看出在参数相同的情况下，两种方法的计算结果总趋势是相同的，但不平衡推力法计算所得结果偏小于简布法所得结果，为了工程安全，以下分析采用不平衡推力法计算所得结果。

4.2 成果分析

由表3、4可以发现，φ、hw、Fs的变化关系与敏感性分析结果一致，φ、hw对Fs的影响较大，c值对Fs的变化幅度很小，同样符合敏感性分析结果。所以下面就对影响较大的φ、hw进行单独讨论。

（1）由在c、φ为定值不变的情况下安全系数随水位hw的变化可知，对于上段滑体，在c、φ值一定时，安全系数随着地下水位的升高而降低，且变化较明显；对于下段滑体，当c、φ值一定时，理论而言Fs应该随着hw的增加而减小，且水位越高，变化斜率越大。但就实际情况而言Fs先随着hw的增加而减小，而在接近高水位400m时，Fs又相对增加。这是由于鱼洞河滑坡的实际地形情况而产生的，该坡的主滑面偏下，当水位在中水位时上部滑坡推力大，使其安全系数偏小；当在高水位时，由于水对上部滑坡产生浮力，反而使滑坡稳定性比中水位提高。

对滑坡整体来说，水的活动是滑坡形成或重新启动的主要因素。一方面，地下水位升高，降低了滑坡体的有效应力；另一方面，地下水的长期浸泡，降低滑体及滑带土的力学强度，这两方面的因素均直接降低滑坡的稳定性。通常，暴雨或水库蓄（降）水都会导致滑坡变形甚至滑移。

（2）由在c、hw为定值不变的情况下安全系数随φ的变化可知，当hw值一定时，Fs随着φ增加而增大，岩土体之间的力学强度间接反应整个滑坡的稳定性程度。

表4 鱼洞河滑坡下段滑体稳定性分析成果Table 4 Stability of the lower slide mass in the landslidee

5 滑坡稳定性分析

综合以上计算成果，不难发现鱼洞河的现状稳定性较好，总体处于较为稳定的状态。为了分析滑坡各段的稳定性情况，将在计算滑坡稳定性系数过程中（稳定性系数最小的计算工况）求得的剩余推力，即上一条块作用于下一条块上的推力，绘制成滑坡条间推力示意图，如图3。

工程条件下，通过对图3的研究分析认为鱼洞河滑坡在水库运行期上段滑体全部失稳的可能性很小，仅正常高水位左右的鱼洞河次级滑体存在失稳的可能性。

6 结论

图3 鱼洞河滑坡条间推力示意图Fig.3 Distribution of inter－slice thrusts for the landslide

本文以鱼洞河滑坡为研究对象，在掌握区域工程地质条件和自然地理环境及滑坡体基本特征的前提下，对其基本工程地质条件进行深入分析，从典型滑带土的物理力学参数、滑带的物质组成和综合性状几个方面，综合计算参数选取的合理性，采用剩余推力法和简布法两种常用算法对边坡进行稳定性计算和分析，主要得到成果如下：

（1）对滑坡稳定性影响因子敏感性分析计算表明，滑坡地下水位hw和内摩擦角φ对滑坡的安全系数Fs影响很大，滑带土粘聚力c次之，容重γ对滑坡的安全系数Fs影响最小。

（2）通过对鱼洞河滑坡土的物理力学试验成果分析以及综合滑坡的物质组成等其他工程地质条件，认为天然重度γ＝22kN/m3，鱼洞河上段滑体滑带抗剪强度取c＝20kPa，φ＝20°；下段滑体取c＝20 kPa，φ＝19°较为合理。

（3）通过对两种计算方法对比，在其余条件一致时，两种方法所得的计算结果一致，且Fs的数值大小为：简布法＞不平衡推力法。出于对工程安全考虑，建议采用不平衡推力法稳定性计算结果。

（4）根据稳定性计算、分析所知，鱼洞河滑坡发生大规模滑动的可能性不大，仅在正常高水位以上的鱼洞河次级滑体存在失稳的可能性，对大坝安全运行造不成巨大危害。

［1］卢廷浩.土力学［M］.河海大学出版社，2005.

［2］陆兆溱.工程地质学［M］.中国水利水电出版社，1999.

［3］国土资源部，水利部，地矿部.2008年国土资源部、水利部、地矿部地质灾害勘察规范［S］.2008.

［4 张喜发.岩土工程勘察与评价［M］.吉林科学技术出版社，1996.

［5］徐卫亚，等.清江水布垭坝址区及库首若干重大滑坡稳定性计算分析研究报告［R］.1995.

［6］徐卫亚，徐瑞春，徐同海.水布垭坝址鱼洞河滑坡稳定性分析研究［J］.中国地质灾害与防治学报，1996，7（2）：21－28.

［7］徐瑞春.水布垭坝址区环境地质研究［J］.人民长江，1998，29（8）：15－17.

GEOLOGICAL FEATURES AND STABILITY OF THE YUDONGHE LANDSLIDE

Niu Yan－bo，Hu Xie－wen
（School of Earth Sciences and Environmental Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China）

based on the analysis of the engineering geological conditions of the landslide and the features of the slip zone soil，the article discusses the susceptibility of the landslide stability to affecting factors.Unbalanced thrust method and Janbu method are used to simulate a variety of external conditions and analyze the stability.That shows that the landslide is stable as a whole with instable localities，which imposes no great harm to the dam.

landslide；susceptibility；unbalanced thrust method；Janbu method；stability

P642.22

A

1006－4362（2011）03－0020－06

2011－02－28 改回日期：2011－05－04

牛彦博（1987－ ），男，在读硕士，2010年毕业于河海大学地质工程专业，现就读于西南交通大学地质工程专业，主要从事工程地质、环境地质方面的研究工作。