河口村水库工程龟头山古滑坡体稳定性研究

□褚青来（河南省河口村水库建设管理局）

□丛晓明（建设综合勘察研究设计院有限公司）

1.前言

坝址区位于河口村以上，吓魂滩与河口滩之间，长约2.5km。河谷呈两端南北向、中间近东西向的反“S”形展布。两岸谷坡比较完整，在反“S”形两转弯处，左岸有老断沟、右岸有余铁沟以悬谷形式与主河道相交。老断沟与主河道交汇处高程210m，余铁沟与主河道交汇口处高程220m。河床水面高程168～178m，纵坡比降4‰。

坝址区河谷为U型峡谷，谷坡覆盖层较薄，大部分基岩裸露。谷底宽度100～180m，在正常蓄水位283m时，河谷宽度440～650m。由于组成河谷的岩层软硬相间，使两岸谷坡陡缓不同，呈台阶状。

龟头山滑坡体位于库区的正常蓄水位影响范围内，水库建成运行后，库水位的变动对坡体的安全性势必存在影响，基于稳定分析理论，对几种运行工况下坡体的安全性进行了计算分析，对水库安全运行有技术支持。

2.地质概况

龟头山山体在稳定分析区内被两个构造断裂所切割。北部岸边为F11逆掩断层，出露高程在180～230m之间，走向NW300°～310°，倾向SW，倾角20°～27°，切割于山体的中下部。南部为五庙坡断层带（F6、F7、F8），走向NW270°～280°、倾向SW、倾角45°～87°。由于两条断层（F11与（F6、F7、F8））的倾角不同，约在高程108m处相交，形成两断层间山体呈一不规则的三角楔形体。

龟头山古滑坡堆积物（delQ3）：岩性为破碎松动岩体、岩块及碎石，局部钙质胶结，厚10～40m，分布高程260～300m。古崩塌堆积物(colQ3)：岩性为巨型鲕状灰岩岩块及碎石，局部钙质胶结，分布高程220m以上。沁河余铁沟古河道堆积物(al+dlQ31)：底部为卵石及粉砂，上部为坡积岩块、碎石及壤土，厚约30m，分布高程245m以上。Ⅲ级阶地堆积物(al+dlQ31)：砂卵石、碎石夹粘性土。全新统（Q4）：坡积、洪积岩块、碎石及壤土（dl+plQ4）。Ⅱ级阶地堆积物（alQ41）：下部为砂卵石夹粘性土，上部为壤土。Ⅰ级阶地堆积物（alQ42）：下部为砂卵石层，上部为壤土。河床堆积物（alQ43）：岩性为含漂石砂卵石层夹粘性土及砂壤土，最大厚度47.97m。

3.分析原理

Janbu法是一种既满足力和力矩平衡条件，又可用于任何形状的滑动面的较精确的方法，其特点是假定条块间水平作用力的位置。因而每个条块都满足全部静力平衡条件和极限平衡条件，滑动体的整体力矩平衡条件也得到满足。

计算中，考虑最复杂的情况：即计算块体为多地层，同时有地震力和地下水作用，从而比一般的计算公式考虑更为全面。从滑体中取出任意条块i进行分析，图1为其受力条件。

图中，条块的侧面分别有法向力Pi、Pi+1和切向力Hi、Hi+1，hi、hi+1为法向力到滑面底的距离。则根据图1有以下推导：

由∑Fx=0,得

由极限平衡条件，设稳定系数为Fs，则有

图1 Janbu法条块作用力分析图

从而可得到

对条块侧面的法向力P，显然

(6)代入(5)得到

其中mi=(1+tgφitgθiFs)cos2θi。

由于ΔH未知，对滑面中点取矩∑Mi=0，则得到

4.计算分析工况

根据现场踏勘及理论分析选择沿滑坡体潜在可能滑动方向上的代表性剖面即二坝线剖面，进行滑坡体稳定计算。根据二坝线工程地质剖面图和滑坡体分布位置，选取左岸边坡建立滑坡体极限平衡分析的模型，如图2所示。

图2 二坝线工程地质剖面图

地质报告中提供的古滑坡体物理力学参数如表1所示。

根据工程设计要求，选取以下工况对古滑坡体稳定性进行极限平衡分析：工况一：正常蓄水位275m；工况二：正常蓄水位275m＋地震。

5.结果分析

计算结果表明：自然状态下，滑坡体处于稳定状态；当在自然状态下考虑地震作用时，滑坡体的稳定性大大降低，稳定性系数为0.840＜1.0，趋于失稳；蓄水过程中由于水对坡体的以上不利作用，随着蓄水位的升高，滑坡体浸水面积的增加和孔隙水压力的升高，滑坡体稳定性是逐渐降低的。正常蓄水位275m+地震工况下滑坡体的稳定性大大降低，趋于失稳，其稳定性系数比自然状态＋地震工况下的稳定系数更低，说明蓄水改变了坡体的渗流场，使得库水波动影响范围内坡体浸润线抬升，孔隙水压力升高，不利于边坡的稳定，加之地震作用产生了超孔隙水压力，更加不利于边坡的稳定，使其处于不稳定状态；在正常蓄水位275m骤降至267m工况下，由于库水骤降产生了顺坡向的动水压力，从而增大了下滑力，对边坡稳定性尤为不利，骤降幅度越大越不利于边坡的稳定。计算结果如图3所示。

表1 古滑坡体物理力学参数建议值表

图3 计算典型结果

6.结论

计算结果表明在蓄水前及正常蓄水情况下，古滑坡是稳定的，在考虑地震作用时，滑坡体的稳定性大大降低，稳定性系数为0.840＜1.0，滑坡已经失稳。因此，龟头山古滑坡考虑到安全性的需要，在特殊情况下稳定性受到影响，应进行加固处理，确保水库的安全运行。

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