金沙江大陆底滑坡稳定性评价

杨天勇,余先华

(成都理工大学环境与土木工程学院,成都 610059)

金沙江大陆底滑坡稳定性评价

杨天勇,余先华

(成都理工大学环境与土木工程学院,成都 610059)

在缺少钻孔和平洞勘探资料的条件下,通过现场调查和测量获得的坡体特征确定滑面形态及位置。通过仿真压密试验,获得不同压力下滑带土的孔隙比,用有限元计算滑面正应力,根据仿真样剪切试验得到滑带土强度参数。在此基础上,刚体极限平衡法计算的稳定性系数表明,天然工况下坡体稳定,蓄水工况下将失稳破坏。

大陆底;滑坡;强度参数;稳定性

大陆底滑坡位于鲁地拉水电站库区金沙江右岸,前缘高程1170m,后缘高程1550m,高差380 m,宽度200～470m,滑坡地段地形坡度较缓,中后部为 30°～40°,至前部地形变缓 ,为 20°左右 ,滑坡目前未见整体变形迹象,仅前缘局部垮塌,但其前缘高程低于正常蓄水位,水库蓄水将影响滑坡的稳定性,因此分析蓄水前后的稳定性状态,对鲁地拉水电站的安全运营具有重要的意义。限于目前工作阶段,滑坡上未布置任何勘探工作,本文在现场调查、测量的基础上,获得滑带在滑坡中后部地段的出露位置及特征以及前缘地段反翘的形态和坡度,结合后缘残留滑坡壁的产状,去分析获得滑面的形态[1～3]。根据试验结果,确定了滑带土的强度参数,最后开展了稳定性的计算与评价。

1 大路底滑坡形态特征

1.1 平面形态特征

大路底滑坡为一发育于顺层斜坡中的滑移弯曲破坏模式的滑坡,圈椅状地形明显(图1),后缘宽度200～240m,前缘宽470m,滑体中有冲沟发育。从地形上看,该滑坡位于金沙江右岸,滑动方向176°～178°。

滑坡体从上部向下坡度逐渐变缓,面积变大。坡面上有砾岩巨石,粒径范围为20cm～5m不等(推测为滑坡形成以后后缘滑壁岩体崩塌产生)。

图1 大路底滑坡圈椅状地形Fig.1 Daludislopeintheshapeofaround-backedarmchair

坡体上发育有两级平台,下部一级平台,顺河向长130～150m,顺坡向宽 40～60m,面积约700 m2,平台上植被覆盖很少,有荒废的农田。

中部二级平台,顺河向长60～80m,顺坡向宽20～30m,面积约200m2。平台上有大块石,直径3～5m。

1.2 大路底滑坡剖面形态的解释及特征

滑坡表面的形态不仅是了解滑坡的规模、滑床的形态的依据,而且也是稳定性评价的主要依据。前缘平缓段过长会造成稳定性系数K的增大,反之则减小,因此获得可信的滑面形态至关重要。由于大路底滑坡目前尚无勘探钻孔,因而不能揭示剖面的形态及滑体的厚度。为了获得有一定可信度的剖面形态,这里根据滑坡周边地形地貌、后缘残留滑面、滑坡中部台阶的特征来解释大路底滑坡的剖面的形态。主要的依据有以下几点:

(1)现场调查在滑坡左右两侧冲沟内均发现了滑带土,并且冲沟内两侧的滑带土基本处于同一水平位置,这可以作为一个判断滑面位置的有力证据。

(2)在滑坡前缘的岩层有反翘现象,与水平面的夹角为 15°～20°。

(3)现场踏勘测得滑坡后缘坡度为36°～40°。

依照滑坡中段大多沿最大剪切应力的特征,即可以解释出大路底滑坡在剖面上的大致形态(图2)。

图2 大路底滑坡剖面形态Fig.2 SectionalformoftheDaludislope

从图2可以看出,大路底滑坡在剖面上的形态像勺形或帚状形,前缘厚度最大,近60～70m,中部厚度30～40m,后缘高程1600m。

根据平面剖面的尺寸,计算出大路底滑坡的体积为120×104m3。

2 大路底滑坡物质组成

大路底滑坡发生在侏罗系下统冯家河组(J1f),以滨湖-浅湖相沉积为主,紫红色中-粗粒石英砂岩与灰质砾岩、页岩及泥岩。

滑坡中部、前部主要为碎石块石构成,向下游块径有变小趋势。滑坡体中部的块石多呈架空状(图3),中前部为碎块石,结构较密实。

3 大路底滑坡滑带土的物理力学特征

3.1 滑带土的基本物理指标

现场在滑坡体两侧冲沟内开挖探槽,揭露出滑带土,取得滑带土的原状样,物理性质见表1,从表中塑、液限指标可以看出,滑带土属粘性土。

表1 大路底滑坡滑带土物理指标Table1 Soilphysicalindexes

图3 大路底滑坡中上部左侧沟中块石架空现象Fig.3 Overhangingrocksintheupperleftditchinthe Daludislope

3.2 滑坡滑带土强度参数取值分析

(1)滑带土的室内压缩试验

在室内将现场取回的滑带土配制成接近液限的试样,放入高压固结仪中,分别以25kPa、50kPa一直到1600kPa进行加压,其各级压应力下获得的孔隙比e见表2。得到的e-p关系曲线见图4。

表2 滑坡滑带土各级压力下的孔隙比Table2 Soilporosityratiosunderdifferentpressures

由此,可得到孔隙比e与压力p的关系:

(2)滑面上正应力计算及对应的孔隙比、含水量分析

计算剖面见图5,可将滑体分为11个条带,用有限元计算各条带滑面上的正应力,其值见表3。利用公式(1)可以得到滑面不同部位的孔隙比,再利用公式(2)得到不同位置的含水量(表3)。

图4 滑带土压密试验压力(p)与孔隙比曲线Fig.4 Curve of p ressure to po rosity in the compaction test

式中,e为孔隙比;Sr为饱和度;G为颗粒密度(2.79 g/cm3)。

图5 滑面应力计算模型Fig.5 Stress calculation model for the sliding surface

表3 滑面不同部位正应力及计算的孔隙比、含水量Table 3 No rmal stresses,porosity ratios and moisture contents in the different locationsof the sliding surface

(3)利用室内剪切试验获得含水量与c、φ值的关系

由于滑带土所呈现的散体结构特征,无论是用平硐,还是钻孔勘探去获得滑带土,都是非常困难的。用钻孔获得的滑带土不仅因数量少不能开展强度试验,也因钻井中水的进入,性状改变而和实际状态不符。对于没有勘探钻孔、平硐的大路底滑坡的强度参数,这里采用仿真试验来解决。从土的物理性质与强度参数的关系可知,当土的粘粒含量,粘土矿物成分相同或一定时,土的强度参数与含水量、孔隙比、干密度有较好的相关性。利用这一特征,在室内可以将滑带土制成不同密度、含水量、孔隙比的试样进行剪切,建立滑带土孔隙比、含水量与摩擦系数、内聚力的关系。由于在粒度上、物质组成上都为同一滑带土,用室内的性状去等效原位地带滑带土的物理性状,因而在强度参数上应当是相近的,这种试验方法称为仿真试验[4,5]。

完成的8组剪切试验的含水量(W)及对应的摩擦系数(f)、内聚力(c)见表4。

表4 大路底滑坡滑带土不同含水量下强度指标Table 4 Soil strength parameters under different moisture contents

对表4中的含水量-摩擦系数、含水量-内聚力进行相关分析,获得相关方程:

式中 ,f为摩擦系数;c为内聚力(kPa);W为试样含水量(%);R为相关系数。

(4)滑坡剖面不同位置强度参数的获得

将表3中的含水量带入式(3),式(4),可以得到滑带土不同位置的强度参数,见表5。

表5 大路底滑坡滑带土不同含水量下c、f值Table 5 c and f values under differentmoisture contents

3.3 大路底滑坡滑带土强度参数综合取值

对计算获得的滑带土c、f值,应考虑一定的储备,这里按0.8折减。滑带土参数取值如下:

自然状态:c=40 kPaf=0.35

蓄水状态:c=25 k Paf=0.30

4 滑坡的稳定性计算及评价

采用刚体极限平衡法对滑坡稳定性进行计算,该滑坡:

(1)天然工况下稳定性系数K=1.11,滑坡处于稳定状态。

(2)蓄水工况下稳定性系数K=0.98,滑坡将发生失稳破坏。

根据稳定性计算结果及现场调查的变形动态,预计水库蓄水后滑坡会发生失稳破坏。

[1] 李树森,等.层状结构岩体失稳机理的力学分析[J].地质灾害与环境保护,1995,6(2):24-29.

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[3] 刘小丽,邓建辉,李广涛.滑带土强度特性研究现状[J].岩土力学,2004,25(11):1849-1853.

[4] 聂德新,任光明,左三胜.用重力压密原理评价大型滑坡滑面强度参数[J].地质灾害与环境保护,1996,7(1):7-12.

[5] 任光明,聂德新,左三胜.滑带土结构强度再生研究[J].地质灾害与环境保护,1996,7(3):7-12.

STABIL ITY EVALUATION FOR THE DALUD ISLOPEON JINSHA RIVER

Yang Tian-yong,Yu Xian-hua
(College of Environmental and Civil Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

The shape and position of the sliding slope were determined by its characteristics obtained through field investigation and measurement.Under different p ressures,soil po rosity ratios were

by compaction simulation test,no rmal stresses on sliding surface by finite element calculation and soil strength parameters by shear test on samp les.Then,the rigidbody limit equilibrium method was used to calculate stability coefficients w hich indicate a stable slope under natural conditions and a failing one after the reservoir impounded.

Daludi slope;sliding;strength parameters;stability

P642.22

A

1006-4362(2011)02-0088-04

2011-03-15 改回日期: 2011-04-10

杨天勇(1978- ),男,硕士研究生。