山区输电线路塔基开挖弃土边坡稳定性分析

郭春松，孔令文，尹 磊

(成都城电电力工程设计有限公司，四川 成都 610000)

山区输电线路塔基开挖弃土边坡稳定性分析

郭春松，孔令文，尹 磊

(成都城电电力工程设计有限公司，四川 成都 610000)

山区输电线路不可避免的要将杆塔建立于山体陡坡处，而基础开挖过程中形成的弃土一般就近堆积于塔腿附近。统计表明，超过七成的山区线路灾害问题由弃土垮塌引发。因此，研究弃土诱发边坡破坏机制，针对性提出相对应的治理对策具有现实意义。本文以吴宁－朱云220 kV线路工程中某塔位作为研究对象，运用Geo-studio有限元分析仿真模拟软件，对塔位开挖弃土进行堆积前后稳定性及位移场分析，研究铁塔基开挖弃土诱发滑坡的变形破坏机制，最终作出分析评价。

山区输电线路；弃土；边坡；稳定性。

1 概述

塔基开挖弃土的随意放置改变了坡体的局部受力状态，堆积的土体为坡面后缘产生局部滑动提供了推力，一旦剩余下滑力大于其抗滑力，坡体将沿其最危险滑面发生局部甚至整体滑动。统计表明，超过七成的山区线路灾害问题由弃土垮塌引发。

图1 山区线路灾害问题影响因素图

本文以吴宁—朱云220 kV线路工程某段山区输电线路中典型塔基弃土诱发滑坡为研究对象，运用二维有限元数值建模软件GeoStudio建立模型，模拟了弃土堆积前后、暴雨工况下坡体的稳定性变化情况与应力、应变情况，并深入分析其滑坡形成机制。GeoStudio软件中含有SLOPE/W与SIGMA/W analysis有限元模块耦合分析功能，SIGMA/W模块可以模拟分析线弹性问题、非线性弹塑性有效应力等复杂问题。其优势在于SLOPE/W与SIGMA/W耦合分析得出的稳定性分析结论充分考虑了各项岩土体的物理力学性质，并且在模拟过程中遵循各弹塑性本构模型考虑了滑坡体应力应变状态对应关系。

2 工程概况

研究对象铁塔塔位所在边坡坡坡脚标高1150 m，坡体高约80 m，整体坡度较陡约35°～45°。坡体地层分布：

①第四系上更新统冲洪积含碎石粉质粘土(Q3al+pl)：黄褐色，可塑状态，土质细腻，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，碎石含量约20%，母岩成为主要为砂岩，粒径一般1～10 cm，表面含植物根系。

②白垩系泥岩(K)：中风化，泥质结构，中厚层状构造，锤击声闷，遇水易软化。

坡顶处拟建一220 kV同塔双回转角塔，转角度数70°，塔高33 m，塔基采用挖孔桩形式，设计桩径1.6 m、桩长8 m，预计产生弃土112 m3；开挖产生的松散岩土体堆积于塔基附近的坡肩处。边界条件上部自由界面，底部固定，水平仅考虑x方向约束，竖直方向仅考虑y方向约束。

3 滑坡地质模型、参数选取

对该塔位所在边坡建立地质模型及开挖堆土后地质模型，分析其开挖前后稳定性系数变化与应变状态变化、以及暴雨对坡体稳定性的影响。研究软件采用加大拿开发的二维有限元岩土软件Geo-studio。

依据现场勘查结果所提供工程地质剖面，建立地质模型见图2。

图2 塔位所在边坡地质模型

为模拟弃土堆积后对坡体稳定性的影响，建立图3的地质模型，其中形成的堆积体理想化为近似梯形：沿坡面底边长10m，弃土最高填筑高度2.5m。

图3 弃土堆积后边坡地质模型

依据岩土工程勘察报告、地区经验结合反算计算结果，选取岩土体物理力学参数值见表1。

表1 岩土体物理力学参数取值

在确定岩土体物理力学参数取值后，分别对坡体自然状态下、开挖堆积体堆积后的稳定性作出评价。滑体采用Mohr-coulomb强度破坏准则，分别依据Janbu、瑞典条分法、毕肖普法和M-p法计算求解边坡稳定性系数。

4 计算结果分析

4.1天然状态下坡体稳定性

(1)稳定性分析

软件自动搜索出最危险滑动面所在位置，自然状态下坡体最危险滑面处于坡肩的最陡处，该处存在较大的临空面，在坡体自重应力作用下剩余下滑力最大。坡体稳定性系数为1.299，依据建筑边坡工程技术规范 GB 50330—2002，该边坡在自然状态下处于较稳定状态。

(2)位移场分析

图4为坡体自然状态下的水平位移云图，simga计算结果表明，坡体最大水平位移为2.6 cm，最大位移同样为坡肩处，结果与slope模块自动搜索的最危险滑面一致。

图4 坡体自然状态下x方向位移云图

图5为坡体自然状态下竖向位移云图，结果显示，坡体最大竖向位移为1 cm，位移场计算结果说明自然状态下，该边坡以水平位移为主，竖向位移相对较小。坡体整体位移较小，土体变形为弹性变形，并未形成塑性破坏，综合评价结果表明，自然状态下，该边坡处于较稳定状态，不需进行任何防护。

图5 坡体自然状态下y方向位移云图

4.2 弃土堆积体形成后边坡稳定性

(1)稳定性分析

弃土堆积体堆积于坡肩后稳定性计算结果见图6。计算结果显示，稳定性系数为1.064，即坡体接近于极限平衡状态(表2)。搬运作用改造对坡体的稳定性产生较大影响。弃土方量过大，处置位置不当的情况下，对边坡原状土产生了较大的下滑推力，从而导致自身发生失稳或诱发原状土局部滑动。

图6 弃土堆积后坡体稳定性系数

表2 滑坡状态划分

(2) 位移场分析

弃土堆积后水平方向最大位移为6 cm，较自然状态下增加3.4 cm，较大的位移说明在坡体表明已经产生较大的拉裂缝，坡体已由弹性状态演变为弹塑性变形甚至不可恢复的塑性状态，最大位移处位于堆积体顶端，较符合现实情况。

图7 弃土堆积后x方向位移云图

图8 弃土堆积后y方向位移云图

堆积体形成后竖向最大位移为2 cm，较自然状态增加1 cm，坡体整体上仍然以水平位移为主，同时说明，该条件下坡体并未发生整体滑动，处于极限平衡状态。在如暴雨，地震等外界因素作用下很可能沿最危险滑动面发生失稳破坏。

4.3暴雨工况下弃土堆积边坡稳定性

极端大暴雨情况下，考虑地下水浸没土体2/3厚度。最终稳定性系数为0.971。说明暴雨工况下坡体沿岩土基覆界面产生局部滑塌，可见水的作用是滑坡启动的直接诱发因素。

4.4弃土体诱发滑坡机制

(1)工程弃土影响

模拟结果显示，边坡变形坡坏范围主要集中于弃土堆积体及表层原状土。滑动特征是沿土岩基覆界面或弃土体内部滑动。在滑坡类型分类中属于人工弃土滑坡。诱发弃土堆积体滑动的主要原因是由于基础施工后，开挖弃土大量堆积于高陡斜坡；掏挖形成的弃土一般未进行处理而直接丢弃与陡坡处，该弃土体一般为成分复杂、地质成因多样、土岩混杂、结构松散无序的特殊地质体。因此其抗剪强度参数值均远低于原状土。均匀性差，结构松散，稳定性差，是诱发滑坡的本质因素。

(2)降雨入渗影响

降雨入渗使坡体的饱和度增大而另其重度增大，滑体重力沿坡面方向分量增大导致剪应力随之增大；同时水的不断渗透影响基质吸力减小，从而导致弃土体抗剪强度大幅下降，对稳定性不利；并且持续降雨还可引起地下水位上涨或在相对隔水层以上出现暂时性地下水带。因此，降雨条件是弃土体形成滑坡的诱发因素。

5 结论

(1)二维模拟结果显示，边坡在自然状态下处于较稳定状态；在弃土堆积体形成并堆积于坡肩后，坡体局部产生了较大的位移，结果表明边坡此时处于基本稳定状态；在暴雨工况下，稳定性系数小于1，即边坡失去稳定性，沿最危险滑面发生了滑动。

(2)位移云图反映弃土堆积体在坡肩处产生的应力集中现象，最大位移主要发在堆积体自身所在位置，弃土堆积体主要为自身失稳或者是引起堆载位置的局部滑动。

(3)弃土未作夯实等防护处理，实验测得弃土体粘结力及内摩擦角大幅低于原状土，结构松散，自身稳定性差，是诱发滑坡的主要原因。

(4)极端强降雨入渗一方面增加了土体自身容重，孔隙水压力增大进一步降了低岩土体物理力学参数，是弃土滑坡的启动因素。

(5)模拟结果表明，工程开挖弃土未经处理堆积于斜坡处，在特定条件下能够诱发坡体局部滑动。塔基开挖弃土的处理应受到充分重视，必要时需配合地质人员现场勘察评估。

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Stability Analysis of Spoil Slope of Transmission Line in Mountain Area

GUO Chun-song, KONG Ling-wen, YIN Lei
(Chengdu City Electric Power Engineering Co., Ltd., Chengdu 610000, China)

In power transmission line project of mountain area, it is inevitable to establish the tower on the steep slope. nearest The spoil which is formed during foundation excavation piles near the tower generally. Statistics show that more than 70% mountainous route disasters are triggered by the collapse spoil. Therefore, the study of the formation mechanism and the corresponding countermeasures is of practical significance. Treating a tower in Wuning – Zhuyun 220 kV transmission line project as the research subject in this paper, We analyze slope stability and displacement feld around the spoil pile by the method of Geo-studio FEM simulation software. Research the formation mechanism of the landslide induced by the spoil and give analysis and evaluation.

mountain power transmission line; spoil; slope; stability.

TU4

：B

：1671-9913(2017)01-0006-04

2015-11-09

郭春松(1989- )，黑龙江哈尔滨人，硕士，主要从事电力勘测设计工作。