库岸边坡滑坡发生变形机制及稳定性分析

龙秀梅

(昌图县镇村振兴发展服务中心，辽宁 铁岭 112500)

0 引 言

对于边坡工程已有众多学者通过不同的方法开展研究。殷跃平[1]以三峡库区边坡为研究对象，通过有限元软件建立三维数值模拟，获得了边坡的变形过程。基于此，进一步研究了边坡失稳模式。蒋秀玲等[2]同样以三峡库区边坡为研究对象，通过ABAQUS软件建立库岸边坡模型，分析了库区水位变动下库岸边坡的变形机制，深入研究了了库区水位变动对滑坡稳定性的影响规律。王思敬等[3]基于某边坡工程，通过数值模拟和现场监测相结合的方法，分析了地震作用下边坡的动力响应。吴江鹏等[4]以某土质边坡为研究对象，模拟降雨下土质边坡的开挖过程，获得了降雨作用下边坡开挖过程中的受力变形规律。刘新喜等[5]基于某库岸边坡工程，对边坡变形进行现场监测，获得了边坡的变形规律，分析了库水位下降对边坡稳定性的影响。周翠英等[6]以某边坡工程为背景，通过有限元软件建立边坡模型，分析了边坡变形破坏过程。

文章以某水库工程为背景，对降雨后库岸边坡发生滑坡进行勘察，并通过数值模拟和现场监测，分析分析了滑坡规律。

1 工程概况

某水库工程建成后，为该地区提供用水保证，同时也为该地区提供电力保障。水库位于山区，山势陡峻，山体雄厚，两侧山体海拔高程为1300-1750m，河谷深度为90-450m，水库两侧山体对称性好，山体狭窄，所处区域呈凹形，水库两岸边坡坡度较陡，基岩裸露。该地区夏季雨量较充沛，冬季积雪，雨水和融雪都会渗入地层，补给地下水。

2 滑坡基本特征及其诱因的初步判断

2.1 滑坡过程

2016年6月，水库导流洞洞口左侧坡体因持续大暴雨而发生变形，导流埋涵段底板发生隆起现象，且出现裂缝。随着埋涵段的基坑施工，库岸边坡变形加速，埋涵段混凝土底板裂缝进一步发展。截止2016年7月份，底板混凝土裂缝最大宽度达到1.45m，错距达到0.9m。

2.2 变形破坏特征

由现场勘查报告可知，边坡前缘为河床，边坡左右侧分别为冲沟和小山梁，滑坡位于冲沟内，滑坡上部为环状，呈上陡中缓下陡趋势，主滑面方向245°，滑坡坡度为16°-24°。边坡中部与后缘呈15°坡度，边坡中部与前缘呈14°坡度，滑坡体剪出口长度为298m，前后缘高超为78m，滑坡厚度范围为11.5-17.5m。滑坡坡面存在多处沉降和裂缝，裂缝宽度超过0.5m。综上所述，滑坡体有向河床倾斜的趋势，在前缘剪出口部位有地层变形趋势的反倾。

2.3 滑坡体综合勘察

探明滑坡体具体工程地质状况以便后期治理滑坡，在滑坡体布设5条勘探剖面，4个钻孔。根据勘察结果可知，滑坡体主要由泥岩和碎石土组成。滑坡体上层碎石土平均厚度达到14m，且渗透性较强。泥质砂岩和角砾泥岩地层位于碎石土下方，本土层主要位于滑坡体后半部分，土层最大厚度超过8m。滑坡体前缘主要为泥岩，最大厚度超过16m。该层土透水性差，这是因为泥岩致密。对地下水的勘察结果表明，导流洞处出现地下水渗出现象，此处主要为泥岩和碎石土。

根据勘察资料可判断滑坡体为古滑坡复活，滑坡主要有降雨导致，且坡底道路和前齿槽施工也有一定程度的影响。

3 滑坡的发生机制分析

该水库工况所处地区夏季雨水丰沛、冬季长期下雪，雨水和融雪都会渗入地层，补给地下水。另外，滑坡体的主要组成泥岩遇水极易发生软化。因此，地下水的充足和泥岩遇水软化的特性，是水库边坡发生滑坡的主要原因。从滑坡体所处地区的地形地貌来看，滑坡体周边环绕一圈较高的山体，在边坡中后区域将滑坡体包围，形成凹形地势，边坡前缘地势高差下。滑坡体特殊的地势导致冲沟和周边山体雨水汇聚。当夏季降雨较多时，滑坡体地层会渗入大量的雨水。同时滑坡体地表为渗透性好的碎石土，故雨水会逐渐渗入泥岩地层。泥岩遇水软化导致边坡岩石力学性能变差，在古风化壳与泥岩交界面逐渐形成滑动面。当滑坡后缘因受拉产生裂缝，会促进地表水渗入地层，加速了滑坡产生。

另一方面，导流洞埋涵段的开挖会导致古滑坡被挖出部分丧失阻滑作用，减小抗滑力，从而影响古滑坡的切脚。导流洞埋涵段的开挖会破坏滑坡体的平衡状态。这也是滑坡形成的原因之一。

4 滑坡体物理力学特性及稳定性分析

4.1 滑坡体特征及力学性质

将探槽和钻孔取出的岩石原状样进行室内试验，得到岩石的物理力学性质。根据试验结果，建议滑体岩石饱和状态抗剪强度值图表1所示。

表1 饱和状态抗剪强度值

根据地勘报告，滑坡体滑面主要为泥岩，局部为混合碎石土(古风化壳和含砾泥岩混合)。对泥岩试样开展不排水反复直剪试验，根据试验结果可知，其残余黏聚力为13.01-24.98kPa，平均值约为18.2kPa，残余内摩擦角为15.9°-17.9°，平均值约为14.6°。图1给出了滑坡底滑面钻孔试样。

为深入研究滑坡各部分物理力学参数，为模拟真实地层构造，在滑床泥岩和泥岩底滑面间放置一层起润滑作用的泥膜。对其进行不排水直剪试验，根据试验结果可知，其残余黏聚力为11.98-12.56kPa，残余内摩擦角为12.0°-12.5°。综合上述不排水试验结果，滑带土黏聚力为11.98-12.56kPa，内摩擦角为12.0°-12.5°。根据勘探结果可知，在泥岩层下方分布滑坡体有古风化壳条带状，图5给出了古风化壳勘察现场图。

对钻孔原状岩石试样开展室内试验，试验结果建议安山岩黏聚力为36kPa，内摩擦角为30.5°。综上所述，表1给出了滑坡各部分物理力学参数。

表2 滑坡各部分物理力学参数

4.2 滑坡体稳定性数值分析

根据研究区钻孔资料，以边坡钻孔揭露的地层为依托建立计算模型，模型图如图2所示，对X、Y方向设置水平向的约束，对z方向的底部设置固定约束。本节边坡三维模型共划分网格单元111459个，节点165726个。

(a)钻孔深度6m

(b)钻孔深度16m

(c)钻孔深度14.6m

(d)钻孔深度22.7m

图2 三维模型图

通过有限元软件计算，可以很明显的确定出边坡潜在滑动面的位置，即边坡发生滑动破坏的剪切带或位移突变的地方，如图3所示。可见，现状边坡的潜在滑动面自开挖坡顶后方一定距离处剪入，以接近较大半径圆弧的形状斜向下延申，滑坡体厚度较大，从图中的网格划分的土层分布清晰可见潜在滑体的范围及滑动方向。同时，软件计算结果得到该边坡的安全系数为0.901。

根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T32864-2016)2.4.6条确定评价标准，见表3。可见，坡体稳定性状态为不稳定，存在进一步向下滑动的极大可能。

表3 滑坡稳定状态分级

(a)边坡剪应变增量云图

(b)塑性区图

4.3 滑坡体现状的变形监测

因为导流洞埋涵段开挖(即滑坡体前缘开挖)，滑坡体发生蠕滑，此施工期监测显示混凝土垫层产生裂缝。2016年7月份导流洞边坡发生失稳，滑坡体周边岩体受拉产生裂缝，进一步导致示混凝土垫层裂缝发展。

(a)桩号0+162

(b)桩号0+171

图4给出了导流洞两个桩号处裂缝变形随时间的变化曲线。从图中可以看出，滑坡体在主滑方向移动达到5cm(图中水平错距)，累计移动超过1.1m。混凝土垫层沿洞轴线移动达到8cm(图中垂直错距)，累计移动超过1..47m。因此，滑坡体主要沿主滑方向移动，且滑坡体处于蠕滑状态。

5 结 论

以某水库工程为背景，对降雨后库岸边坡发生滑坡进行勘察，并通过数值模拟和现场监测，分析分析了滑坡规律。主要获得一下规律：

1)滑坡体地表为渗透性好的碎石土，雨会渗入遇水会软化泥岩地层，在古风化壳与泥岩交界面逐渐形成滑动面。当滑坡后缘因受拉产生裂缝，会促进地表水渗入地层，加速了滑坡产生。另外，导流洞埋涵段的开挖会导致古滑坡被挖出部分丧失阻滑作用，减小抗滑力，从而破坏滑坡体的平衡状态，促进滑坡的发生。

2)数值模拟和现场监测数据显示，，库岸边坡的潜在滑动面自开挖坡顶后方一定距离处剪入，以接近较大半径圆弧的形状斜向下延申，滑坡体厚度较大，该库岸边坡的安全系数为0.901。此外，滑坡体主要沿主滑方向移动，且滑坡体处于蠕滑状态。