基于强度折减法的兵团第四师某水库库坝区滑坡稳定性评价.pdf

2023年第11期西部探矿工程 岩土工程 基于强度折减法的兵团第四师某水库库坝区滑坡稳定性评价邱曼*（新疆生产建设兵团地质勘查测绘中心，新疆 乌鲁木齐 830002）摘要：在综合分析兵团第四师某水库库坝区滑坡地质环境条件、地质特征及成因基础上，根据滑坡现今活动特征，结合基于强度折减法的稳定性计算结果，综合评价认为:滑坡现状及正常蓄水后处于基本稳定状态，预测发生强烈地震、暴雨或水库骤降水时滑坡发生较大规模滑动的可能性大；现状边坡、正常蓄水及骤降水时滑坡的滑动最有可能是上部滑体发生浅表层滑移，地震及暴雨工况下最有可能是滑坡整个后缘贯通，整体沿滑面滑移。关键词：兵团；滑坡特征；滑坡成因；稳定性中图分类号：TV5 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)11-0001-04兵团第四师位于我国西北地区易发生地质灾害的新疆伊犁地区。由于独特的黄土沉积环境和湿润气候背景，加之开挖坡体等人类工程活动的日趋频繁，对地质环境影响很大，往往造成滑坡等地质灾害，给人类生产生活造成极大危害。本文以兵团第四师某水库库坝区滑坡为研究对象，采用地形测量、地面测绘与调查、井（槽）探、钻探、岩土试验等手段，查明滑坡地质环境条件、特征及成因，采用强度折减法对滑坡稳定性进行分析与评价，以期为下一步地质灾害勘查设计及施工提供参考。1滑坡地质环境条件1.1气象水文滑坡地处昭苏盆地西北部，年平均温度3.5，年平均蒸发量1039.7mm，年平均降水量496.1mm，具有典型大陆性气候特点，区内常年性流水为小也尔门提沟，年均径流量553104m3，主要集中在49月。1.2地形地貌区内地貌由北向南呈阶梯状分布，分别为构造剥蚀低山丘陵地貌和山前冲洪积平原地貌。构造剥蚀低山丘陵地貌分布于滑坡北侧，山势较陡峻，坡度1030，山体基岩裸露，冲沟发育，坡体上部多分布有残积土，地形起伏，沟梁相间，地表植被稀疏。山前冲洪积平原地貌分布于低山丘陵区以南，地形平缓。1.3地层岩性区内出露地层主要有新生界新近系和第四系，岩性分述如下：新近系中上新统为灰绿色、黄褐色、黄棕色、棕红色泥岩，呈互层状，以泥岩为主，局部夹薄层砂岩和砾岩；第四系中更新统冰水沉积层为砂砾石，灰白色、稍密中密，稍湿，磨圆差，分选差，填充粉土，厚0.76m；第四系上更新统风积层为黄土状粉土、局部含砾，土黄色棕红色、灰褐色，稍密中密，稍湿，夹薄层砂砾石透镜体，厚1.514m；第四系全新统冲洪积层为卵砾石，黄褐色、灰白色，稍密中密，厚3.56.5m；第四系全新统滑坡堆积体为黄土状粉土、粉质粘土、全风化泥岩，土黄色棕红色、灰褐色，稍密中密，稍湿，夹薄层砂砾石透镜体，厚512m。第四系全新统人工填土为黄土状粉土，土黄色、灰褐色，稍密，稍湿，含少量砂砾石，厚14m。1.4水文地质条件区内主要为赋存于第四系松散土中的孔隙水和上层滞水。地下水补给来源主要为大气降水和库水入渗，通过黄土裂隙向沟壑排泄，其径流途径较短，就地在滑坡所在斜坡的低洼处以泉水或渗水形式排泄于沟谷1。1.5人类工程活动区内人类工程活动主要为水库施工建设。地表多覆盖第四系风积黄土与第三系泥岩，风化强烈，加之须*收稿日期：2022-11-05修回日期：2022-12-20作者简介：邱曼（1981-），女（汉族），山东陵县人，高级工程师，现从事地质灾害防治、地质矿产、地质信息化等方面的工作。12023年第11期西部探矿工程开挖斜坡修建各类水利设施及施工道路，势必形成不稳定边坡，极易产生山体滑坡。2滑坡地质特征及成因分析2.1滑坡规模、形态及变形活动特征滑坡滑动面上陡下缓，近似圆弧形，长约270m，滑坡壁坡度较陡，在6080之间，高度2030m，属中型复合式土质滑坡。滑坡体两侧、前缘和鼓丘上已产生性质不同的拉张裂缝、挤压裂缝和剪切裂缝，斜坡面发现大量表层裂缝、半坡前缘鼓胀，中上部变形严重，形成3处二级平台和鼓胀现象。整个滑坡滑动向西偏南，滑坡前缘由于水库蓄水、坡脚浸水等已发生局部滑动，后期蓄水会加速滑坡体整体变形滑移，南侧泄洪渠施工开挖处也已发生滑动，其余部分在降雨等不利因素影响下，也有滑坡风险。2.2滑坡结构特征滑坡体主要为基岩上覆盖层，覆盖层主要是粉土、粉质粘土和卵砾石，在河床边上和山顶上为砾质土，基岩为泥砂岩互层。该区多数区域覆盖层厚度015m，滑动层在覆盖层和基岩层内都会发生滑动，滑体厚度012.8m。滑面主要位于覆盖层和基岩接触带。滑床为泥岩，后部较陡，约 40，中部和前部趋缓，约 1525。2.3滑坡主要成因分析（1）岩土体性质与结构：滑坡体结构疏松、垂直裂隙发育、透水性较好，雨水易入渗至下部基岩顶面，在相对隔水的基岩层表面易形成汇水区，使底部黄土饱水软化，同时泥岩上部遇水微膨胀、泥化、强度降低，易在黄土和基岩接触带处形成相对软弱的外倾层间滑动带。（2）地下水：滑坡堆积体内裂缝发育，为雨水、地表水入渗提供了条件2。黄土下伏的泥岩为隔水层，地下水长期在上述两种地层接触面以上富集，导致接触面以上一定厚度的黄土饱和，自重增加，强度降低，基岩表面膨胀、软化形成泥化层，抗滑能力明显降低，上覆黄土体沿接触面易发生滑动。（3）人类工程活动：水库工程建设开挖斜坡，削坡位置泥岩裸露，无防水措施，在雨水浸泡下，易泥化、软化，抗剪强度降低，边坡的开挖，也改变了边坡原有的应力状态，对斜坡稳定性产生影响；水库蓄水后，滑坡坡脚在库水的浸泡下饱和软化，在蓄水位波动时会降低滑坡稳定性，随着水位上下多次变化，会使滑带土抗剪强度产生累进性折减。3滑坡稳定性分析与评价强度折减法能够分析从边坡起始状态到破坏状态的变形过程，其是通过对土体剪切强度的逐步减小直至某点计算不再收敛，则将该点定为处于破坏状态，最大强度折减率即为最小安全系数3-9。用于该法中的土体材料模型有摩尔库伦、德鲁克普拉格、修正摩尔库伦，分析过程中，本构参数除了粘聚力c、内摩擦角和膨胀角是可变的，其他均不变。和土体单元相关的参数（粘聚力、内摩擦角、膨胀角）是逐渐减小的，边坡破坏安全系数（Fs）表达式如下：Fs=/f（1）=c+ntan（2）f=cf+ntanf（3）cf=c/SRF（4）f=tan1（tan/SRF）（5）式中：坝坡的剪切强度因子；f滑动面上的剪切应力；SRF强度折减系数。3.1滑坡稳定性计算模型选取本次有限元计算针对滑坡剖面进行稳定性计算，滑坡坡高近60m。岩土体材料分为粉土、砂砾石、泥岩三部分，本构模型采用摩尔库伦。模型坡脚延伸取90m，坡顶延伸取120m，坡体基础深度取120m。模型网格采用四边形为主、三角形为辅的混合网格，共剖分6个单元，10650个节点。3.2滑坡计算参数选取以试验值和经验值相结合的方式确定滑坡土层计算参数，计算参数见表1。表1滑坡土层计算参数表名称粉土砂砾石泥岩天然重度（N/m3）16.620.121.9饱和重度（kN/m3）18.922.924.1粘聚力（kPa）165300内摩擦角（）143530渗透系数（cm/s）10-410-310-5泊松比0.320.260.26弹性模量（kN/m2）30000100000060000003.3滑坡稳定性计算工况选取计算工况分5种。工况1现状工况；工况2正常蓄水工况；工况3暴雨（正常蓄水）工况；工况4地震（正常蓄水）工况；工况5水位骤降16.7m工况。22023年第11期西部探矿工程3.4计算结果及评价依据自然资源部 滑坡防治工程勘查规范（GB/T328642016）滑坡稳定状态划分表，见表2，评价确定滑坡稳定状态，滑坡稳定系数计算结果见表3。数值分析的滑坡各工况等效剪切应变和水平方向位移结果如图1图10所示。表2滑坡稳定状态划分表滑坡稳定系数FF1.001.00F1.051.05F1.15F1.15滑坡稳定状态不稳定欠稳定基本稳定稳定表3滑坡剖面稳定系数计算结果表工况稳定系数稳定状态现状边坡1.053基本稳定蓄水后暴雨1.026欠稳定蓄水后地震1.009欠稳定正常蓄水位1840m1.059基本稳定蓄水位骤降16.7m1.009欠稳定（1）现状边坡工况（2）正常蓄水（1840m）工况（3）地震（正常蓄水）工况（4）暴雨（正常蓄水）工况图1现状边坡等效剪切应变图2现状边坡水平方向位移结果图3正常蓄水等效剪切应变图4正常蓄水水平方向位移结果图5地震工况等效剪切应变图6地震工况水平方向位移结果图7暴雨工况等效剪切应变图8地震工况水平方向位移结果32023年第11期西部探矿工程（5）水位骤降16.7m（1840m降至1823.3m）工况计算结果表明：滑坡在现状工况和正常蓄水工况下处于基本稳定状态，地震（正常蓄水）工况下为不稳定状态，暴雨（正常蓄水）工况下为欠稳定状态，水位骤降（骤降16.7m）工况下为不稳定状态，预测在发生强烈地震、强降雨或有扰动坡脚的人类工程活动时，会发生滑动。4结论（1）影响滑坡稳定的因素有不利的地形、地层岩性、水文地质条件等，水库蓄水后浸润坡脚和地下水抬升是诱发滑坡滑动的主控因素。（2）根据滑坡现今活动特征，结合稳定性计算结果，综合评价认为：滑坡现状及正常蓄水后处于基本稳定状态，预测发生强烈地震、暴雨或水库骤降水时滑坡发生较大规模滑动的可能性大。现状边坡、正常蓄水及骤降水时滑坡的滑动最有可能是上部滑体发生浅表层滑移，地震及暴雨工况下最有可能是滑坡整个后缘贯通，整体沿滑面滑移。（3）滑坡一旦发生，滑坡产生的涌浪将对大坝造成威胁，间接威胁沟口居民生命财产安全，并且滑坡滑动后，可能引发滑坡体东侧坡体失稳，造成更大危害。（4）根据滑坡稳定性和发展趋势，建议对滑坡体局部削方减载，滑坡周界修建截排水沟，滑坡体中下部做抗滑桩支护，坡脚做止水帷幕，对受库水影响的坡面做防护工程，夯填滑坡体裂缝，防止雨水渗入。参考文献：1张楚怡.双排抗滑桩施工顺序数值模拟研究以魏家院子HP1滑坡为例D.长安大学,2017.2郭飞.天台山烂槽子滑坡稳定性分析D.四川大学,2006.3刘德平,陈涛.甘南某高速公路滑坡稳定性分析及治理研究J.灾害学,2019,34（S1）:174-179.4林杭,曹平.边坡稳定性强度折减数值分析方法与应用M.北京:科学出版社,2016:52-78.5张鲁渝,郑颖人,赵尚毅,等.有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究J.水利学报,2003(1):22-26.6叶海林,郑颖人,黄润秋,等.强度折减动力分析法在滑坡抗滑桩抗震设计中的应用研究J.岩土力学,2010,31(S1):317-323.7周鑫正,孙乾征.贵州某学校滑坡稳定性评价及治理工程措施J.中国水运,2021，22（4）:95-97.8王海芝,刘海洋,韩振华.四川罗家青杠岭滑坡成因机制及稳定性分析J.防灾减灾学报,2021,37(4):9-13.9王志昊.高密度电法在山体稳定性评价中的应用J.防灾减灾学报,2019,35(4):58-63.Evaluation of Landslide Stability in a Reservoir Dam Areaof the Fourth Division of the Corps Based on Strength Reduc-tion MethodQIU Man(Geological Exploration and Mapping Center of Xinjiang Pro-duction and Construction Corps,Urumqi Xinjiang 830002,China)Abstract:Based on comprehensive analysis of the geological envi-ronment conditions,geological characteristics and causes of land-slides in a reservoir dam area of the Fourth Division of the Corps,according to the current activity characteristics of landslides,com-bined with the stability calculation results based on the strength re-duction method,the comprehensive evaluation considers that thelandslide is in a basic stable state after the current situation and nor-mal impoundment,and it is predicted that there is a great possibili-ty of large-scale sliding of landslides in the event of strong earth-quakes,rainstorm or sudden rainfall in the reservoir.The sliding ofthe landslide during the current slope,normal water storage andsudden precipitation is most likely to be the shallow surface slid-ing of the upper sliding body.Under the conditions of earthquakeand rainstorm,it is most likely that the whole trailing edge of thelandslide is connected and the whole landslide slides along the slid-ing surface.Key words:Corps;Landslide characteristics;Landslide genesis;stability图9水位骤降工况等效剪切应变图10水位骤降工况水平方向位移结果4