小浪底东苗家滑坡体原始状态稳定性分析

李　晨， 胡江春， 刘晓阳， 郭乃胜， 林国华

(中原工学院， 郑州 450007)

小浪底东苗家滑坡体原始状态稳定性分析

李晨， 胡江春， 刘晓阳， 郭乃胜， 林国华

(中原工学院， 郑州 450007)

摘要：针对东苗家滑坡体的地质条件，根据其滑坡体变形特征及多种复杂变形组合破坏形式，选用Sarma法对东苗家滑坡体在原始状态的稳定性进行分析和评价。结果表明：东苗家滑坡体在自然状态下基本处于稳定状态；在Ⅶ度地震烈度条件下，该滑坡体将会失稳；地下水位的变化对滑坡体稳定性具有一定影响，但不起主要作用。

关键词：东苗家滑坡体； Sarma法； 自然状态； 地震因素； 地下水位变化

受河流冲刷、雨水浸泡、地下水活动、地震及人工切坡等影响，水电、能源以及露天采矿等领域的滑坡体不断发生。其中，库岸区滑坡既威胁城镇和居民安全，又影响铁路、公路与航运交通，还涉及国家文物的保护及大中型水利工程的安全等[1-2]。在我国许多大中型水电站施工和运行过程中，水库库岸滑坡稳定性是有关各方极为关注的问题。相关研究者对滑坡体稳定性的分析、评价、加固以及治理方法提出了有效见解[3-6]。

东苗家滑坡体位于小浪底水库大坝下游约2 km处，其滑坡体稳定性直接影响了小浪底工程泄水建筑物、4#公路及东苗家移民新村的安全。本文从小浪底水库东苗家滑坡体的地质条件出发，考虑其滑坡体的变形特征以及由多种复杂变形组合的破坏形式，选用Sarma法对东苗家滑坡体原始状态的稳定性进行分析及评价，旨在更加有效地评估东苗家滑坡体的长期稳定性。

1东苗家滑坡体基本特征及成因机制

1.1滑坡体地貌形态特征

东苗家滑坡体位于小浪底水库大坝下游约2 km的黄河右岸基岩斜坡区，狂口背斜东北翼的倾覆端，并临近背斜轴部。其正常岩体为单斜地层，岩层倾向NE，倾角6~10°，为典型的顺向坡，总体积约5×106m3。其前缘凸入黄河约60 m，坡脚高程135 m左右；后部为一东西向山梁，梁顶高程281.1 m。该山梁西南侧发育出一条陡峻的环形深切沟，沟底高程190 m左右。滑坡体后缘位于山梁北侧黄河四级阶地前缘，高程250~270 m。滑坡体西侧为一较宽冲沟，东侧为一小冲沟。

滑坡体所在区域岩体主要由层状钙、硅质砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩和粘土岩组成。其岩体结构特征为岩层分布软硬相间。从平面看(见图1)，滑坡体呈舌形，东西宽平均约350 m，南北长约400 m。从剖面看(见图2)，滑坡体平均厚度约35 m，其前部呈斜坡状，平均坡度30°左右；滑坡体中后部表现为多级台阶式地形。4#公路横贯其中，高程210~214 m。

1.2滑坡体成因机制分析

东苗家滑坡体发育于临河顺向基岩岸坡中，其变形破坏主要受三方面因素影响。

(1)软硬相间的顺向坡地层和层间泥化夹层发育形成的易滑地层组合。东苗家一带岸坡主要为砂岩、粘土岩组成的基岩顺向坡。这类软硬相间的地层沿软岩夹层普遍发育有泥化夹层。泥化夹层在饱和状态下抗剪强度很低，易构成潜在滑移面。因此，岩体易沿泥化层失稳滑动而形成易滑地层组合。

图1　东苗家滑坡区地形平面图

图2　东苗家滑坡3-3剖面图

(2)河谷下切构成了岸坡临空条件。中更新世末、晚更新世初为黄河河谷急剧下切阶段，形成了相对较陡的基岩岸坡，对顺向坡进一步构成了切割临空条件。

(3)F1断层(见图2)和陡倾角节理构成了滑坡体后部切割分离面。规模较大的F1断层横贯滑坡体后部，构成了滑坡体后缘切割分离面。受F1断层影响，断层带附近地层变陡，其北侧岩层倾角达45~58°，从而为岩层的顺层滑移提供了推动力。

除此之外，降雨及地下水作用、地震活动等也对岸坡的变形破坏造成了影响。滑体两侧的冲沟切割也使滑坡体周围易形成有利于滑动变形的地质边界条件。

2滑坡体稳定性分析

2.1计算方法的选择

通过Sarma法对滑坡稳定性验算，基于刚体极限平衡理论，即边坡岩体除非是沿一个理想的平面或弧面滑动，才可作为一个完整的刚体运动；否则，岩体必须先破裂成多块相对滑动的块体，才可能发生滑动，亦即在滑动前滑面上的剪力不但要平衡，而且还要在滑体内部发生剪切[7-8]。东苗家滑坡体为一种复杂的多种变形组合破坏形式。其前部以塌滑为主，中部以平面滑动为主，后缘则以拉裂变形为主，并在整体滑动变形中有多层及多级分块滑动。根据东苗家滑坡体的变形机制，考虑F1断层和后缘裂缝，采用Sarma法计算其稳定性是合适的。

2.2计算剖面的选取

东苗家滑坡体3-3地质剖面位于滑坡体的中间位置(见图1)，方向NE 10°，与滑体主滑方向基本一致。因此，可选取3-3剖面(见图2)作为典型计算剖面。

2.3计算参数的确定

2.3.1滑面抗剪强度参数确定

东苗家滑坡体滑面抗剪强度参数由类比法确定。根据大量的坝址区构造泥化夹层抗剪强度研究成果及工程实践经验，全泥型夹泥抗剪强度参数f应取0.20~0.23，c=0.005 MPa。此外，对小浪底一坝址右岸滑体内滑带泥进行3组大型原位抗剪试验(无侧限)(见表1)，全泥型滑带泥，f=0.18~0.24，c=0.003~0.004 MPa。

表1　一坝址右岸滑坡滑带泥原位抗剪试验成果表

注：φ表示内摩擦角；C表示粘聚强度。

根据以上资料，并考虑东苗家滑带泥性状特征，取其抗剪强度参数f=0.22，c=0.007 MPa。对滑坡前部滑塌体及中后部分块体滑动破裂面，根据其破坏形式及物质结构特征，参照有关经验数据，进行参数反演分析，建议其抗剪强度参数取值如下：前部滑塌体：f=0.40，c=0.018 MPa；分块滑动破裂面：f=0.45，c=0.020 MPa。

2.3.2滑体容重

组成滑体的各类岩土物质容重值可参照经验数据确定如下：前缘滑塌体：γ=23 kN/m3；滑体表层黄土：γ=20 kN/m3；中后部滑体：γ=24 kN/m3。

2.3.3地震力

分别按无地震及Ⅶ度地震烈度考虑，Ⅶ度地震条件下地震水平加速度取0.1 g。

2.4计算结果

选取计算参数后，采用Sarma法对滑坡体进行计算，得到了东苗家滑坡体总体滑移情况下的安全系数。计算时，根据地表和岩体结构特征将滑坡体剖分为11个块体，如图3所示。计算结果见表2。

2.5结果分析

由表2结果可知：东苗家滑坡体在自然状态下，安全系数略大于1.0，处于基本稳定状态；地震因素对滑坡体稳定性影响显著，在考虑Ⅶ度地震烈度条件下，安全系数小于1.0，滑坡体将处于不稳定状态；地下水位的抬升对滑坡体稳定性具有一定的影响，但影响不是很明显。地下水对滑坡体稳定性更明显的影响表现在滑面泥质夹层强度的降低。

图3　Sarma法计算剖面图

状 态地震水平加速度/g安全系数自然状态下01.0480.10.726滑面以上10m饱水01.0360.10.718滑体全部饱水01.0220.10.704

由此可知：自然条件下河水对滑坡体前缘坡脚的冲刷与滑坡体前部堆积物的缓慢蠕动变形基本保持平衡，现有条件下滑坡处于基本稳定状态，但稳定系数不高，需采取必要的防护措施。

3结语

对东苗家滑坡体地质条件调查、成因机制分析以及各种状态的稳定性研究可知：东苗家滑坡体在自然情况下基本处于稳定状态。但是，当环境条件变化后，其稳定性会发生变化。当地下水位抬升，直至滑坡体全部饱水，滑坡体稳定性有所降低但也基本处于稳定，其影响不甚显著。在Ⅶ度地震烈度条件下，东苗家滑坡体有失稳下滑的可能性，并随地下水位抬升其失稳下滑的可能性增大。因此，基于长期稳定性要求，需对东苗家滑坡体采取工程处理，防患于未然。

参考文献：

[1]胡杰,王道熊,胡斌.库岸滑坡灾害及其涌浪分析[J].华东交通大学学报, 2003, 20(5): 26-30.

[2]王育林,陈凤云,齐华林,等.危岩体崩滑对航道影响及滑坡涌浪特性研究[J].中国地质灾害与防治学报, 1994, 5(3): 95-100.

[3]徐瑞春,徐同海.清江隔河岩水库杨家槽滑坡稳定性工程地质研究[J].地质力学学报, 1999, 5(2): 1-9.

[4]马水山,王志旺,张漫.滑坡监测资料的因子分析[J].岩石力学与工程学报, 2002, 21(7): 1003-1006.

[5]张保军,李亦明,马水山.从隔河岩水利枢纽库岸稳定性监测实施谈长江三峡库岸滑坡安全监测[J].岩石力学与工程学报, 2001, 20(s1): 1658-1662.

[6]王志旺,杨健,张保军,等.水库库岸滑坡稳定性研究[J].岩土力学, 2004, 25(11): 1837-1840.

[7]陈祖煜.土质边坡稳定分析(原理·方法·程序)[M].北京：中国水利水电出版社, 2003.

[8]熊将,王涛,盛谦.库区边坡稳定性计算的改进Sarma法[J].岩土力学, 2006, 27(2): 323-326.

(责任编辑：王长通)

Stability Analysis of Xiaolangdi Dongmiaojia Landslide

in Original State

LI Chen， HU Jiang-chun, LIU Xiao-yang, GUO Nai-sheng, LIN Guo-hua

(Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 450007，China)

Abstract:Aiming at the geological conditions of Dongmiaojia landslide, according to its landslide deformation characteristics, as well as a variety of complex deformation and combination in the form of damage, Sarma method is chosen to analyze and evaluate the stability of Dongmiaojia landslide under original state. Results show that Dongmiaojia landslide in the natural state is basically in a steady state. Accordance with the provision of Seismic Design of Buildings,landslide district has a Ⅶ degrees fortification intensity and the landslide will be instability at the time of Ⅶ degrees seismic. It proves that the impact of seismic activity on landslide stability is significantly. Changes in groundwater level has a certain influence on the stability of landslide,but can not afford a major role. Conclusions has reference significance on the long-term stability evaluation of Dongmiaojia landslide.

Key words:Dongmiaojia landslide; Sarma method; natural state; earthquake factors; groundwater level changes

文章编号：1671-6906(2015)01-0079-05

作者简介：孙俊伟(1986-)，男，河南周口人，硕士，研究方向为水处理理论与技术。

基金项目：安徽高校省级自然科学研究项目(KJ2012B016)；安徽工程大学青年科研基金项目(2013YQ39)

收稿日期：2014-04-22

中图分类号：TV223

文献标志码：ADOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2015.01.019