库区边坡滑坡变形特性及成因机理研究

蒋业龙，肖可洋

(1.安徽省引江济淮集团有限公司，安徽 合肥 231500；2.江西省水投建设集团有限公司，江西 南昌 330000)

我国一直以来都是一个多山地的国家，库区滑坡也较多，但滑坡容易变形，会给当地生态环境造成不可避免的损失，为此库区滑坡变形成为我国水利工程的重点关注对象，近年来，许多专家学者针对以上因素开展相关研究。

丁心香[1]依据工程实况，从施工地质情况、边坡变形情况以及稳定性进行分析边坡状态，以此研究边坡破环原因及特征，并在此基础上提出相关解决方案。王东等人[2]基于推力法理论，提出边坡参数反演法，并应用于工程实际，结果表明通过该方法可以准确算出岩体的内摩擦角，并且减少工作量，具有广泛应用性。鄢镜等人[3]针对复杂地形下边坡变形特征进行稳定性分析，提出相应的加固边坡方法，并对加固后的边坡进行试验复核。周英博等人[4]结合工程实例研究在极限荷载作用下滑坡的稳定性，通过数值模拟的方法建立模型，从基础位移和塑性区入手研究边坡荷载状态以及对周边的扰动影响。曾琇舒[5]基于数值模拟对边坡土壤基础力学性能进行研究，并对模拟降雨情况下边坡的稳定性进行分析，以此探究边坡失稳的临界状态，同时提出解决方法。惠军[6]基于室内试验揭示剪切速率对边坡软土层的破坏情况，以此开展在不同速率下边坡软土层的破坏机理，研究表明，边坡软土层的强度会随着剪切速率增加呈现凹性变化。

本研究以库区边坡为研究对象，对库区边坡滑坡变形特性及成因进行分析，确定该滑坡面面临的问题，提出治理措施，为边坡治理提供参考。

1 工程概况

库区边坡位于盆地境内，靠近长江流域，空气质量较好，气候温和湿润，但夏季多雨冬季多雾。降雨时间主要集中在夏季，冬季降雨较少，属于典型的覆盖层滑坡。边坡总体地貌为河谷地貌，也属于大斜坡地貌，整体地势较高，由东西向、北东向褶皱为主要边坡构成，断裂不发育。库区内地下水主要为孔隙水，分为松散岩孔隙水和基岩孔隙水，松散岩孔隙水主要在滑坡堆积物中，分布较为分散，埋深一般在6m左右，基岩孔隙水主要在远古砂岩风化裂隙内。滑坡平面位置如图1所示。

图1 滑坡平面示意图

由图1可知，滑坡平面整体呈现类似梯形状态，剖面呈顺向自然斜坡，斜坡向西北方向发展，且滑坡边界前、后有滑坡群。滑坡前后相对高差超过100m，边坡长度超过300m，宽度则超过250m，坡度在25°左右，滑坡土体为砂质页岩，土体厚度在1m左右，波动范围为0.5m，岩体厚度超过2m，平均厚度达到7m。滑坡主要由人工堆积、山体滑落等因素导致，其中人工堆积土壤成分较为复杂，多分布于滑坡表层，分布厚度一般低于1.4m。山体滑落物多为碎块石，且附带少量黏土，该土层厚度超过1m，最厚可达3.1m。

通过勘探可以发现，该滑坡为三级软弱土壤层岩质滑坡。由于滑坡土体较薄，厚度在0.5～3.5m不等，且岩体形状较为一致，坡度也维持在24°左右，自上而下Ⅰ级滑坡位于3m左右深的表层土壤面，高程400m；Ⅱ级滑坡位于5m左右深的岩质土壤面，区域较为陡峭，高程在363m；Ⅲ级滑坡位于9m左右深的砂质页岩层，该区域接近居民区，高程358m。

2 滑坡变形特征及成因分析

2.1 滑坡变形特征分析

根据现场情况，滑坡变形主要分为顺向滑动变形和滑坡表层土壤发生坍塌而产生的变形。其中滑坡的滑动变形主要在分割线2-2的水池处以及7-7剖面房屋处，前者为岩体露出变形，错动距离为0.15m；后者为临空岩体滑动产生的坍塌变形，主要由于天气情况导致，土层主要分布于坡滑后缘，后缘较陡，容易受到地貌情况发生改变，因此在天气较为恶劣的情况下，该土层容易发生坍塌[7-8]。

2.2 滑坡成因分析

从地貌分析，滑坡为斜坡地带，坡度较缓，一般在23°左右，局部地区较为陡峭，滑坡前端临空，为滑坡提供了一定的成形条件。从地质构造情况分析，滑坡内部岩层为顺向坡，倾角为23°左右，也较缓。滑床岩层为页岩层，其透水性差，可以起到隔水的作用，在降雨情况下容易形成软弱带。滑坡主要由滑塌的石块以及岩体构成，常年雨水较为充足，使得滑坡地带容易形成地下水。

3 稳定性分析

根据滑坡坡变形特征及成因分析，滑坡主要由于岩体面层滑动，主要是由于该面层属于光滑面，滑体厚度小﹐容易受到周边环境影响，导致该滑面易产生下滑。滑坡前端临空，会产生明显错动，滑动属于牵引式的滑动面。

3.1 模型方法和数值选取

对于滑面的稳定性分析，采用传递系数法计算滑坡稳定性能力，其计算模型如图2所示。

图2 计算模型示意图

其中下推力计算公式为：

Pi=Pi-1φi+FstTi-Ri

(1)

式中，i—水力梯度；Pi—滑坡压力值，kPa；φi—i条块滑动面的内摩擦角，(°)；Fst—滑坡安全系数；Ti—i条块滑动面的下滑分力，kPa；Ri—i块抗滑力，kPa，；Ni—i条块滑动面法向分力，kPa；Wi—i条块自重+荷载，kPa；θi—i条块底部倾角，(°)。

根据实际概况，设置2种工况，工况1为自重+地表荷载；工况2为工况1的基础上加上大暴雨，以此进行稳定性分析计算。得到得滑坡土壤物理参数见表1。

表1 滑坡土壤物理参数

并且通过开展大型剪切试验并结合现场经验分析得出滑坡岩层强度参数。其中各种岩层采用反算指标，其他层面通过剪切试验和经验法确定。其中类别主要为：①砂岩；②砂岩和页岩接错面；③炭岩和页岩层；④炭岩和砂岩层面，具体情况见表2。

表2 岩层剪切面参数

3.2 稳定性分析

根据计算方法选取剖面1-1、2-2以及7-7进行计算，计算结果见表3。

表3 滑坡稳定性结果

由表3可知，1-1和2-2剖面在工况1的情况下，其稳定系数大于1.15，但7-7剖面比标准安全系数稍大，处于稳定状态。而在暴雨影响后，工况2的剖面处于不稳定～基本稳定之间，对比工况1可以发现2-2剖面受暴雨影响较为明显，从稳定状态直接变成不稳定状态，与监测结果一致。

4 边坡治理措施

根据计算结果，滑坡可以判定为处于基本稳定与不稳定状态之间，需进行加固治理，结合实际施工条件，采用抗滑桩进行加固治理，滑坡本身土体较薄且陡峭，降雨是导致滑坡的主要成因，为防止坍塌需设置截排水系统，滑坡治理工程在2020年10月份完成，在边坡治理实施前对滑坡位移进行了监测，滑坡面上总共布置了4个GPS监测点，监测点平面位置如图1所示，滑坡体位移情况如图3所示，在滑坡体治理前，滑坡水平位移发生剧增，增长幅度达到100%，其中GPS22监测站的水平位移变化最大，GPS24监测站的水平位移变化最小，滑坡左侧变化幅度较右侧要大。在2020年10月之后，滑坡的位移变形基本保持不变，说明滑坡治理方案实施效果较好，滑坡水平位移得到有效控制。

图3 滑坡体位移图

5 结论

本文以某库区边坡为研究对象，基于传递系数法建立计算模型，对滑坡面进行稳定性分析，结果表明：在降雨条件下，面层下岩层的强度明显减弱，滑坡水平位移发生剧增，增长幅度达到100%，且滑坡左侧变化幅度较右侧要大；滑坡变形情况与降雨程度相关，降雨量的增加导致滑坡位移变形出现明显增加，在暴雨影响下滑坡处于欠稳定状态。在坡顶设置截排水系统减小雨水对坡体的影响，同时在滑坡面上布置抗滑桩提高边坡稳定性，可使滑坡的位移变形得到有效控制，治理方案效果较好。建议在水库运行过程中，加强自动化监测系统建设，确保水库运行安全，避免滑坡灾害发生。