不同滑動破壞模式下的邊坡穩(wěn)定性分析

林 雁

（安徽開放大學(xué)，合肥 230022）

我國地域廣闊，土地面積大，地質(zhì)地貌豐富，天氣變化多端。因此，一些丘陵地區(qū)不穩(wěn)定的邊坡滑動或崩塌破壞時(shí)常發(fā)生，特別是大規(guī)模的邊坡巖和土體的破壞能引起一系列的重大影響，對國家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。所以，邊坡穩(wěn)定問題一直是巖土工程領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。

水電站右岸壩肩自然邊坡高陡，在1 220 m高程以上地形較緩的斜坡表面分布有數(shù)米厚的崩坡積物，纜機(jī)邊坡巖體風(fēng)化卸荷較強(qiáng)烈。在對壩頂以上邊坡平硐及地表詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，本次計(jì)算采用3DSLOPE軟件[1]進(jìn)行右岸開挖邊坡的整體穩(wěn)定性分析[2-5]，并就最不利的可能滑動面及滑動組合模式來進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算，為工程實(shí)踐提供理論依據(jù)。

1 穩(wěn)定分析軟件3D-SLOPE

3D-SLOPE[5]是基于Spencer法[6-7]的邊坡三維剛體極限平衡分析可視化軟件。有機(jī)地結(jié)合三維地層信息系統(tǒng)和極限平衡分析法，不僅豐富了極限平衡分析法的表現(xiàn)形式，還能夠拓寬三維地層信息系統(tǒng)的專業(yè)分析功能，體現(xiàn)了高層次的巖土工程信息化設(shè)計(jì)與施工。3D-SLOPE程序通過三維地層模型的建立，擬合函數(shù)計(jì)算是通過使滑體內(nèi)每個(gè)條塊經(jīng)歷中的滑裂面、不同地層、水位面的高程值和相應(yīng)的物性參數(shù)來確定的，使計(jì)算過程能夠大范圍地簡化，計(jì)算效率得到很大提高。在實(shí)際分析中可結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定可能的滑裂面和滑體范圍，對工程上可能的多個(gè)滑動方向進(jìn)行計(jì)算，自動搜索潛在最危險(xiǎn)滑面及主滑方向，同時(shí)軟件還能考慮自重、水壓力、地震作用等多種荷載及其組合。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

壩址區(qū)兩岸山體雄厚，谷坡陡峻，基巖裸露，地應(yīng)力較高，巖體卸荷及風(fēng)化強(qiáng)烈，自然坡度一般40°～65°，相對高差一般在600 m以上?；鶐r主要巖性為澄江期花崗巖類。兩岸1 250 m高程以上分布有一定厚度的崩坡積層。壩址區(qū)巖脈、擠壓破碎帶、斷層和節(jié)理裂隙發(fā)育。

由于邊坡具有“兩高一強(qiáng)烈”（高地應(yīng)力、高地震烈度、卸荷風(fēng)化強(qiáng)烈）的顯著特點(diǎn)，且中、陡傾角的順坡向節(jié)理裂隙較為發(fā)育，因此，邊坡穩(wěn)定問題較為突出。

2.2 計(jì)算分析

2.2.1 邊坡整體穩(wěn)定控制性結(jié)構(gòu)面

經(jīng)分析，影響邊坡整體穩(wěn)定控制性結(jié)構(gòu)面的不利組合見表1。

表1 右岸邊坡整體穩(wěn)定控制結(jié)構(gòu)面組合

2.2.2 計(jì)算參數(shù)

邊坡巖體強(qiáng)度，特別是巖體結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度對邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果有著重要影響，本次計(jì)算參數(shù)詳見表2和表3。

表2 巖體力學(xué)參數(shù)

表3 結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)

2.2.3 滑動模式

滑動模式一：該滑動模式主要以陡傾坡內(nèi)的γL5花崗細(xì)晶脈巖脈為后緣拉裂面，以卸荷裂隙XL9-15及斷層f208為底滑面，上游側(cè)邊界為斷層f202，由這些結(jié)構(gòu)面組合形成的滑塊主要位于剖面LPI-I到LPIX-IX下游200 m，以及EL1 170～1 360高程之間。

滑動模式二：該滑動模式主要以陡傾坡內(nèi)的γL5花崗細(xì)晶脈巖脈為后緣拉裂面，以卸荷裂隙XL9-15及斷層f208為底滑面，上游側(cè)邊界為巖脈β209，由這些結(jié)構(gòu)面組合形成的滑塊主要位于剖面LPIII-III到LPIX-IX下游160 m，以及EL1 170～1 340高程之間。

滑動模式三：該滑動模式主要以陡傾坡內(nèi)的γL5花崗細(xì)晶脈巖脈為后緣拉裂面，以卸荷裂隙XL9-15及斷層f208為底滑面，上游側(cè)邊界為巖脈β219，由這些結(jié)構(gòu)面組合形成的滑塊主要位于剖面LPIV-IV到LPIX-IX下游120 m，以及EL1 180～1 320高程之間。

3 滑動破壞穩(wěn)定性分析

3.1 滑動模式一

滑塊的空間位置、滑裂面的空間展布及滑塊的三維可視化圖形分別如圖1—圖3所示。

圖1 塊體在邊坡上的位置示意圖

圖2 塊體三維可視化圖

圖3 塊體滑裂面構(gòu)成示意圖

根據(jù)三維極限平衡分析，得到該滑動模式在不同工況下的穩(wěn)定性安全系數(shù)，見表4。

表4 滑動模式一的穩(wěn)定性安全系數(shù)

對于壩頂以上邊坡完全開挖后沿XL9-15及斷層f208組合滑面滑動的整體滑移模式，在正常工況下其安全系數(shù)為1.265、降雨工況下的安全系數(shù)為1.216、地震工況下安全系數(shù)降低到了1.103。3種工況下的安全系數(shù)值均滿足規(guī)范要求。

邊坡實(shí)施錨索加固后，邊坡在正常工況下的安全系數(shù)為1.344，降雨工況下的安全系數(shù)為1.294，8度地震條件下的安全系數(shù)為1.172，開挖邊坡安全系數(shù)有一定的提高，為0.08左右，但由于該滑動模式的滑坡總方量較大，故錨索加固后滑塊的安全系數(shù)提高幅度不大。

3.2 滑動模式二

根據(jù)三維極限平衡分析，得到該滑動模式在不同工況下的穩(wěn)定性安全系數(shù)，見表5。

表5 滑動模式二的穩(wěn)定性安全系數(shù)

對于壩頂以上邊坡完全開挖后沿XL9-15及斷層f208組合滑面滑動的整體滑移模式，在正常工況下其安全系數(shù)為1.317、降雨工況下的安全系數(shù)為1.269，地震工況下安全系數(shù)降低到了1.156。安全系數(shù)值均能滿足規(guī)范要求。

邊坡實(shí)施錨索加固后，邊坡在正常工況下的安全系數(shù)為1.423，降雨工況下的安全系數(shù)為1.372，8度地震條件下的安全系數(shù)為1.247，挖邊坡安全系數(shù)有一定的提高，為0.11左右。

3.3 滑動模式三

根據(jù)三維極限平衡分析，得到該滑動模式在不同工況下的穩(wěn)定性安全系數(shù)，見表6。

表6 滑動模式三的穩(wěn)定性安全系數(shù)

對于壩頂以上邊坡完全開挖后沿XL9-15及斷層f208組合滑面滑動的整體滑移模式，在正常工況下其安全系數(shù)為1.386、降雨工況下的安全系數(shù)為1.337，地震工況下安全系數(shù)降低到了1.228。

邊坡實(shí)施錨索加固后，邊坡在正常工況下的安全系數(shù)為1.529、降雨工況下的安全系數(shù)為1.477，8度地震條件下的安全系數(shù)為1.350，3種工況下的安全系數(shù)值均能滿足規(guī)范要求，錨固邊坡安全系數(shù)有一定的提高，為0.14左右。

4 結(jié)論

采用三維極限平衡分析方法對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：

（1）邊坡可能發(fā)生3種滑動破壞模式，其方量在87.2～19.3萬方之間，以γL5為后緣拉裂面，斷層f202，巖脈β209（f205），β219（f221）等為上游側(cè)裂面。

（2）邊坡開挖后滑動模式一、二和三在正常工況下的安全系數(shù)分別為1.265，1.317、1.386，在降雨工況下的安全系數(shù)分別為1.216、1.269、1.337，在地震工況下的安全系數(shù)分別為1.103、1.156、1.228。計(jì)算結(jié)果表明開挖后這3種滑動模式的穩(wěn)定性均滿足施工期及運(yùn)行期穩(wěn)定性要求。錨索支護(hù)后，3種滑動模式在正常工況下的安全系數(shù)對比支護(hù)前分別提高0.08，0.11，0.14。故錨索支護(hù)后，滑動模式一、二和三穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步的提高。