金塘冲电站老鸦山Ⅰ号滑坡稳定性分析

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

金塘冲电站老鸦山Ⅰ号滑坡稳定性分析

赵凯 黄玉清 肖震林

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

文章根据极限平衡理论，运用反分析法对老鸦山Ⅰ号滑坡进行稳定性分析，并用理正岩土工程软件，对该滑坡在自然工况、正常蓄水工况及水位骤降工况进行等Fs法稳定性复核计算，以分析论证滑坡稳定性。

极限平衡理论滑坡稳定性分析剩余下滑力

1 工程概况

拟建的金塘冲电站位于资水下游桃江县马迹塘镇竹山村河段，是资水干流梯级开发规划中的第9个梯级。水库正常蓄水位拟定78.0m，总库容2.49× 108m3，设计最大坝高33.5m，坝顶高程82.0m，河床式电站装机约200MW，是一座以防洪为主，兼顾电、航运、灌溉、旅游等综合效益的大型水利枢纽工程。老鸦山滑坡位于库区右岸、敷溪入资江口下游约700m处，沿S308自上而下依次分布3处滑坡体（原敷溪口滑坡）。湖南省水利水电勘测设计研究总院曾于20世纪80年代针对敷溪口滑坡开展过专门的研究论证工作，围绕三处滑坡体布置平硐达30余处，为分析论证滑坡体稳定性提供了翔实的基础资料。滑坡体经过多年发展、变形及人为工程影响（如下部S308省道的施工），其边坡稳定条件及稳定状况发生了变化。本文针对位于最上游的Ⅰ号滑坡体进行稳定性分析。

2 老鸦山Ⅰ号滑坡基本地质条件

老鸦山Ⅰ号滑坡位于库区右岸老鸦山2号和3号冲沟之间，平面上呈纵长式簸箕形，具双沟同源地貌特点。该滑坡位于金塘冲上坝址（鲇鱼洲坝址）上游约2.0km，滑坡失稳后对水库运行影响较大。根据前期勘察资料，滑坡体物质组成为Qdel之含碎块石粘土、含泥碎块石，滑坡体顺河向（NW向）前缘宽140.0m，横河向（SN向）长370.0m，后缘高程220.0 m，滑面前缘出口高程71.0m，滑体铅直厚度10.0～ 37.0m，体积70.0×104m3（S308公路开挖时已削坡减载，实际体积偏小）。根据平硐PD13揭露，滑动面由粘性强的紫色泥和压碎的岩屑、岩块组成，滑床岩性为板溪群马底驿组（Ptlm）紫色中厚层砂质板岩与变质粉砂岩（具不明显紫灰色砂质条带和紫红色泥质条带），产状为N40～60°W·SW∠30～40°，平硐PD31揭露滑动面为紫色泥和岩块、岩屑，滑床岩层产状N40～75°W·SW∠20～36°，岩层均倾向山体内，反向坡。把滑坡简化为平面刚体运动，并依据水科院经验公式，其涌浪高度分别为：对岸A点涌浪高度为0.22 m，坝前涌浪高度为0.1m。滑坡平面分布见图1。

3 极限平衡理论等Fs法稳定计算

3.1 估算滑带抗剪强度参数

根据地质测绘及前期勘探试验成果建立计算模型，滑带横向基本呈稳定的新月形态，纵向为不规则圆弧形条带。根据滑带纵向方向的变化趋势，并采用折线型滑面等Fs法（等K法）对Ⅰ号滑坡稳定性进行复核。此次采用反分析计算，假定目前滑坡处于极限平衡状态，稳定系数为1.0，水下折减系数取0.2，得出Ⅰ号滑坡滑动面（带）处于极限平衡状态时的综合抗剪强度参数为：f=0.31，c=35.24kPa。

图1 老鸦山Ⅰ号滑坡平面图

根据《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》（DL/T5337-2006）确定其边坡级别，最小抗滑稳定安全系数取值：基本组合（正常运用）为（1.25～ 1.15），特殊组合Ⅰ（非正常运用）为（1.15～1.05），特殊组合Ⅱ（非常运用）为1.05。根据滑坡体原勘探成果及平硐素描资料，并参照《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录E，参考本次滑坡反分析计算参数，并类比同类工程经验，提出本滑坡岩土体抗剪强度参数建议值，见表1。

3.2 等Fs法计算滑坡稳定性

（1）极限平衡理论为土体塑性平衡理论，其最基本的假设就是把土体视为理性刚塑性材料，在整个破坏过程中土体不产生变形，一旦达到极限平衡状态，即沿某破裂面（或滑动面）产生剪切变形或滑动破坏。而等Fs法计算则是假定滑坡体处于极限平衡状态以确定其物理力学参数，考虑其沿特定滑动面产生塑性破坏或滑移，计算各分块在自重条件下的下滑力，各分块之间下滑力传递并累计至最后一块，根据最终剩余下滑力来判定其稳定状态。

表1 Ⅰ号滑坡稳定性计算物理力学参数建议值表

（2）根据《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》（DL/T5337-2006）附录E.4.2，按极限平衡理论分析法之等Fs法公式：

式中Ei——第i块的剩余下滑力（kN）；

Fs——稳定系数；

Wi——第i块的滑体重力（kN）；

θi——第i块滑面与水平面的夹角（°）；

φi——第i块滑面的内摩擦角（°）；

ci——第i块滑面的粘聚力（kPa）；

Li——第i块滑面长度（m）。

考虑到水库蓄水后，Ⅰ号滑坡前缘位于库水位以下，故在分析计算中考虑了自然工况、正常蓄水位工况（78.0m）及水位骤降工况（水位由80.8m骤降至70.5m）等三种不同工况，并采用理正边坡稳定计算软件分别计算各工况条件下滑坡体剩余下滑力。现选择正常蓄水工况作为计算实例，具体计算过程简述如下：

Ⅰ号滑坡正常蓄水工况滑坡剩余下滑力计算：

①基本计算参数确定。

原始条件:

滑动体重度=20.000（kN/m3），滑动体饱和重度=21.000（kN/m3），最小假定安全系数= 1.105。

考虑动水压力和浮托力,滑体土的孔隙度=0.300。

不考虑承压水的浮托力，不考虑坡面外的静水压力的作用，不考虑地震力。

坡面线段数:14,起始点标高69.000（m）。

水面线段数:10,起始点标高78.000（m）。

滑动面线段数:10,起始点标高69.000（m）。

②计算目标及过程。

根据上述参数及边界条件，对滑坡体各滑块按指定滑面进行下滑力及剩余推力计算，其中:

第1块滑体:下滑力=1022.172kN；本块剩余下滑力=0.240kN；本块下滑力角度=62.861°。

（其它计算结果从略，下同）。

第2块滑体:下滑力=47699.371kN；剩余下滑力=8246.860kN；下滑力角度=26.565°。

第3块滑体:下滑力=21325.232kN；本块剩余下滑力=5872.774kN；本块下滑力角度=18.101°。

第4块滑体:下滑力=7914.121kN；本块剩余下滑力=5508.830kN；本块下滑力角度=8.101°。

第5块滑体:下滑力=8712.917kN；本块剩余下滑力=7642.190kN；本块下滑力角度=16.137°。

第6块滑体:下滑力=9287.025kN；本块剩余下滑力=7511.639kN；本块下滑力角度=22.000°。

第7块滑体：下滑力=5667.067kN；本块剩余下滑力=3336.827kN；本块下滑力角度=4.814°。

第8块滑体：下滑力=3764.118kN；本块剩余下滑力=1401.209kN；本块下滑力角度=3.206°。

第9块滑体：下滑力=1423.801kN；本块剩余下滑力=744.632kN；本块下滑力角度=1.383°。

第10块滑体：下滑力=753.802kN；本块剩余下滑力=-41.432kN；本块下滑力角度=0.753°。

通过上述过程依次累积计算，其假定边坡最小抗滑稳定安全系数Fs=1.105时，最后一块滑体剩余下滑力为-41.432kN＜0。按上述理论及计算方法，对滑坡自然工况、正常蓄水工况及水位骤降工况分别计算，其剩余下滑力计算结果见表2，各种工况计算的数学模型见图2。

表2 滑坡稳定性计算成果表

图2 Ⅰ号滑坡计算分块模型

（3）计算结果分析。根据滑坡体各分块边界条件进行计算的结果，在所取的最小边坡抗滑稳定安全系数情况下进行反算，其在三种工况下的剩余下滑力均＜0，但水位骤降工况时的剩余下滑力接近于0（仅为-6.149kN），滑坡在该工况下基本处于极限平衡状态。由于该计算假定条件只能在现状稳定情况下成立，且未考虑滑坡体在地下水和地震、动荷载等作用影响，各条块之间应力假定为刚性传递，未考虑其内部塑性变形对能量的吸收和影响，故计算结果仅为分析论证提供理论依据。

4 现状稳定性分析

本阶段通过地质测绘、观察原勘探平硐及调查访问附近村民，发现Ⅰ号滑坡区后缘、中部未见明显拉裂缝，该滑坡在近几年亦未见明显的拉裂变形，岩层产状基本正常，滑坡发展变形迹象不明显。但滑坡前缘由于公路（S308）开挖且临资水，坡度陡，多处发生表部破坏现象，目前公路边坡可以见到2个大小不等的松散覆盖层滑坡，其主要破坏模式为沿松散体前缘的圆弧形浅表部破坏。另外，坡脚经历了多年汛期洪水浪蚀冲刷，尤其是沿线85.0m高程开挖S308公路后，沿河形成高（5.0～20.0）m、坡角约60°的边坡，加之常年有较大流量车辆动荷载的影响，现状基本稳定，目前山坡未发现明显拉裂、位移变形迹象。且在拓宽S308公路时，对部分山坡进行了削坡、减载处理，公路边坡已零星出露层理相对稳定的基岩，Ⅰ号滑坡的坡脚为宽（30.0～70.0）m的平台压脚，但局部岩体存在卸荷松动变形。

5 结语

Ⅰ号滑坡主要是地表反倾岩层经过蠕动变形后倾倒拉裂，强风化破碎岩块追踪顺坡卸荷充泥裂隙产生重力蠕动变形引起，另外上部覆盖较厚的残积土，其自重荷载作用亦是滑坡蠕动变形的重要因素。计算结果表明，Ⅰ号滑坡自然工况下取滑坡最小抗滑稳定系数1.173时的剩余下滑力为-34.1043kN，基本处于固化稳定状态，与我们现场调查结论基本吻合；工程建成后正常蓄水工况（蓄水至78m），抗滑稳定系数取1.105时的剩余下滑力为-41.432kN，亦处于基本稳定状态；最不利工况为水位骤降工况，最小抗滑稳定系数取1.066时的剩余下仅为-6.149 kN，处于极限平衡状态。水库蓄水运行后，因水位上升及消落影响，库水侧蚀作用增强，公路以下松散堆积体（公路开挖时的弃渣）可能产生小规模滑塌、坍滑变形，但牵引整体山坡滑移变形的可能性较小。

边坡稳定受边界条件、水文地质条件及工程地质条件等因素影响较大，在边坡遭受动荷载、有重大地质条件发生变化的情况下，尤其是在库水位骤降工况下，其滑坡体物质（含碎块石粘土）含水量处于高位，土体自重增大，抗剪强度降低，库水骤降时土体来不及排水固结，滑体剩余下滑力增大，亦不排除产生新的变形及发展的可能。建议针对该滑坡采取适当的边坡变形监测措施。

2017-03-18）

赵凯（1980-），男，河南淮阳人，大学本科，工程师，目前从事水工环境、地质勘查工作。