瑞典条分法在边坡稳定中的应用

李 涛 胡晓东 王 伟

（1中水北方勘测设计研究有限责任公司；2河南省水利勘测设计研究有限公司3河南省山水水利工程有限公司）

0 前言

滑坡是中国地质灾害中主要灾害类型，据有文献记录以来大小滑坡不计其数，滑坡稳定性评价是地质灾害防止工作中的重要研究对象。陆浑灌区总干渠段填方坝下侧多为村庄房屋，突发滑坡易造成重大财产损失，甚至人员伤亡，所以对于沿线填方坝稳定性的分析势在必行。

1 滑坡地质环境条件

1.1 滑坡概况

陆浑水库位于河南省洛阳市嵩县田湖镇伊河上，总库容13.20亿m3。总干渠于1972年设计施工，1975年通水。干渠建成运行至今，灌溉效益显著，对农业丰收发挥了积极作用。

陆浑灌区总干渠潘沟渠坡塌滑段位于嵩县田湖镇卢屯村西南约1 km，位于总干渠桩号K6+300～K6+377处。干渠左岸土质填方渠堤背水坡，边坡高26 m，设有二级平台，沿坡下现有约300户村舍。边坡曾于2012年6月20日通水过程中发生过塌滑，随后进行了应急处理，处理措施为清除塌滑体，堤顶下清除深度约5 m后重新回填压实，对背水坡进行回填培厚加固处理。2012年8月20日背水坡又出现裂缝，存在滑动的可能性。

1.2 地形地貌

陆浑灌区总干渠潘沟滑坡段位于桩号K6+300～K6+377，在地貌单元上属于山前伊河Ⅲ级阶地。潘沟堤填方段上下游两侧原地貌均为沟谷，中间为一较单薄小山梁，渠道右岸为山体，山体基岩风化严重，岩石较破碎；左岸属土质填方渠堤。现状填方渠堤堤顶长77 m，宽6.70 m 左右，高程296.28 m。渠道迎水面采用混凝土护砌，高宽比1：1.75；背水坡高宽比为1:1.50。

1.3 地层岩性

工程场区出露的地层岩性主要为下元古界上熊耳群（Pxl3t1）安山玢岩、下第三系（E）粘土岩及第四系上更新统松散堆积层。各层描述如下。

1.3.1 下元古界上熊耳群（Pxl3t1）

深灰色安山玢岩，隐晶质—斑状结构，斑晶多为长石；杏仁状构造，杏仁直径5～15 mm，杏仁中充填物有石英、方解石等。安山玢岩具有“硬、脆、裂、碎”的特点，岩石坚硬，节理裂隙较发育。厚度＞200 m。广泛出露于干渠右岸。

1.3.2 下第三系（E）

粘土岩（E）：棕红色为主，主要由黏土质构成，泥质胶结，成岩作用较差。局部为钙质胶结，胶结较好，含少量灰白、灰绿色团块，遇水易软化。主要出露于总干渠潘沟坝上游1公里处。

泥灰岩：灰白色为主，成岩较差，局部泥钙质胶结较好，见较多钙质团块。

1.3.3 上更新统（Q3al）

黄土状重粉质壤土（Q3al）：褐黄色，多呈硬塑～坚硬状，含针状孔隙较多，垂直裂隙较发育，含少量白色钙质网纹、钙质结核及黑色铁锰质薄膜，土质不均。分布在左岸渠堤上下游。

1.3.4 填筑土（Qs）

主要由褐黄色中粉质壤土组成，夹红黄色重粉质壤土，局部含较多钙质结核及碎石，碎石成份为安山玢岩，分布不均。组成堤身。

1.4 水文地质条件

工程场区地下水埋藏深度较大，仅在山坡底部局部有地下水渗出，该水源为渠道通水时残留在边坡内的水，水量较小。

2 滑坡成因机制分析

2012 年8 月初在对现场踏勘时发现堤身在一级平台下部3 m、3.50 m、6 m处出现裂缝，3条裂缝走向与坡面走向一致，8月16号调查时裂缝并未连通，8月24日勘察时裂缝沿坡走向方向已贯通整个坡面，长约30 m，宽10～20 cm，竖直向下延伸约65 cm，在坡面与上下游两侧自然边坡结合部发育两条裂缝，上部局部坡面出现凹陷，说明裂缝仍在发展。在对裂缝开挖检查时，发现表层土土质疏松，含较多土块，厚约0.80～1.00 m，压实质量差，在与下部填土结合部夹有树叶、杂草等杂物，滑动面产生在此结合面处，因此属表层土滑动。

为了查明堤身边坡的稳定性，有无再次滑动的可能性，布置了一“丁”字形勘察剖面，据岩芯观察，在堤身深处存在一弧形软弱夹层（见图1），并利用钻孔和竖井取样作室内试验，结果见表3。从表中看出，该软弱夹层有干密度较低、高压缩性、抗剪强度低等特点，边坡存在沿此软弱夹层滑动的可能性。

3 滑坡稳定性分析

3.1 软件简介

图1 滑坡地质剖面图

计 算 采 用 的 是 采 用Untitled Geostudio2007 中软件。其原理采用极限平衡法，包括瑞典条分法、毕肖普法、江布法、摩根斯坦-普赖斯法等，能计算考虑孔隙水压力情况下的边坡稳定性，目前在全国许多大型水电工程中均有应用，如锦屏梯级电站的库区边坡，三峡库区边坡，大渡河部分水电边坡等，可靠性得到充分地验证，效果良好。本文通过此软件以瑞典条分法对边坡稳定性进行了分析评价，并且提出了处理意见。

3.2 瑞典条分法

瑞典条分法假定：滑面为圆柱面；滑体为刚体不考虑土条两侧的作用力；满足力和力矩平衡；根据土条的静力平衡条件和安全系数的定义，将整个滑动土体中各土条的作用力对圆弧滑动面圆心取力矩，由力矩平衡得安全系数的表达式为：

其中Wi=ρiHIibi。

式（1）中：Fs为安全系数，ci和ψi分别为土条滑面上的土的粘聚力和内摩擦角；bi，hi，li，αi分别为土条的宽度、中线高度、滑面长度和倾角。

3.3 计算参数的选取

根据现场勘察，堤身填土与堤基接触处土层天然含水量高，呈软塑状，具高压缩性，厚度0.60～1.80m，为了解该层土物理力学性质，取原状土样进行了室内物理力学试验，试验结果及土体单元物理力学性参数建议值见表1、表2、表3。

3.4 稳定性计算

计算条件为渠道无水，现状边坡，无地下水，计算抗滑稳定安全系数为1.07，计算简图见图3。

据《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）3.2 条规定，该边坡级别为3 级，容许安全系数为1.10。根据以上估算结果分析，计算所得抗滑稳定安全系数1.07，该边坡目前处于极限稳定状态。

表1 堤身填土物理力学性指标统计表

表2 原状土物理力学性指标统计表

表3 软弱土层的物理力学性指标统计表

图2 瑞典条分法计算示意图

4 结果分析与建议

①以上工程实例表明，用圆弧法寻找最危险的滑动面与实际情况相吻合，在工程计算中使用是可靠的。

②用条分法估算结果，计算所得抗滑稳定安全系数1.07，该边坡目前处于极限稳定状态，略小于规范要求的容许安全系数，但在雨季或渠道通水渗漏土体饱和以及坝体内有渗流的情况下，是下滑力增加，则易造成边坡失稳，引起边坡滑动。

图3 边坡稳定计算简图

③边坡目前处于极限平衡状态，Fs 略小于规范要求容许安全系数，特殊工况下边坡可能失稳。建议设计对边坡的稳定性进行复核并采取相应的处理措施。