唐古栋滑坡参数反演及稳定性分析

李映霞　李剑武

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司)



唐古栋滑坡参数反演及稳定性分析

李映霞李剑武

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司)

摘要结合楞谷水电站唐古栋滑坡的工程地质条件及初始参数，根据滑坡体的稳定现状，利用极限平衡法对滑带的力学参数进行反演分析，从而确定滑带的c、φ值，然后用SLIDE软件分析滑坡在各工况下的稳定性，为水电站的正常运行提供参考。

关键词滑坡极限平衡法反演计算稳定性分析

土质边坡的稳定性及滑坡治理工程设计主要受滑带土的黏聚力c和内摩擦角φ等强度参数的影响。目前，确定c、φ值的方法主要有3种：一是现场及室内试验，该法需要耗费大量的人力、物力,另外，试验数据可能存在失真、非均匀性、误差及多样性等问题；二是经验类比法，根据工程经验类比确定滑带的力学参数。该法要求滑坡地形地貌、水文地质条件、滑坡形态及成因等基本相同，但实际上不同滑坡的地质情况、成因等千差万别，难以准确地得到滑带土的力学参数，常作为校核之用；三是参数反演分析法，即参照试验数据，根据滑坡近期的稳定情况及变形迹象来反演得到滑带的力学参数。实际应用时，采用科学合理的反演法及综合多种方法评估滑带土的c、φ值被证明是有效的途径[1]。

1滑坡概况

唐古栋滑坡位于雅江县孜河乡雨日村1.2 km处的雅砻江右岸，滑坡发生于1967年6月8日，当时有1.1亿多m3的岩体在几分钟内高速下滑。滑体前缘高达200余m的碎石流堆积堵塞河谷，形成坝高175～355 m、库容6.8亿m3的拦河坝，致使雅砻江堵江断流达9 d之久，溃坝后最大流量达53 000 m3/s，坝下游洪水位陡涨到50.4 m。滑坡规模巨大，前缘高程为2 450 m，后缘高程为3 500 m，前后高差达1 000余m，滑坡纵长1 500 m，前缘宽约1 400 m，展布面积为1.4 km2以上。目前残存体积仍有约4 875万m3[2]。

滑坡位于雅砻江V形峡谷的陡坡地段，岸坡自然坡度为40°～50°，雅砻江在该段较顺直，河水面高程为2 450 m，流向为170°左右。

滑坡所处地层岩性为上三叠统侏倭组中厚层砂岩与石英岩脉互层，岩层产状310°∠54°。砂岩多为中粗粒结构，中等—强风化，石英岩脉为伟晶结构，单层厚度一般为30 cm左右，砂岩中偶夹薄层板岩。岩性组合为层状坚硬工程地质岩组。岸坡结构为斜反向坡。

2滑坡参数反演

2.1反演分析思路

参数反演分析法有很多种[3-4]：正反分析法、逆反分析法、局部最优化方法、人工神经网络法、遗传算法、粒子群算法、梯度类法、混合算法等，各有优缺点。其中，地质条件相对简单的情况下可采用反分析法。

唐古栋滑坡没有明显的滑带厚度，多为沿基覆界面滑动。滑带的力学参数按其所在层的力学参数来取值，只调整滑带的力学参数，使得最不利剖面在天然工况下处于极限平衡状态，此时的参数即为滑带的力学参数，也即滑带所在岩层的力学参数，然后利用该参数分析滑坡在各工况下的稳定情况。

2.2参数反演分析

根据《水电水利工程边坡设计规范》(DLT 5353—2006)，唐古栋边坡属Ⅱ级B类边坡，在持久工况、短暂工况下其设计安全系数[K]不应低于1.05，偶然工程下不应低于1.00。反演分析中所涉及的天然工况属持久工况，其极限状态的安全系数为1.05。

唐古栋滑坡典型地质剖面见图1。可以看出，图1(a)剖面中，滑坡有3种可能的滑带，其中滑带1为col+dlQ4层底边界，滑带2为fglQ层底边界，滑带3为T3zh(4-7)强风化强卸荷层底边界。图1(b)剖面中，滑坡有3种可能的滑带，其中滑带1为delQ4层底边界，滑带2为结构面、裂隙等与T3zh(1-3)及T3zh(4-7)强风化强卸荷层底边界组合形成的可能的滑带，滑带3为结构面、裂隙等与T3zh(4-7)强风化强卸荷层底边界组合形成的可能的滑带。图1(c)剖面中，滑坡有2种可能的滑带，滑带1为dlQ4层底边界，滑带2为结构面、裂隙等与T3zh(4-7)强风化强卸荷层底边界组合形成的可能的滑带。图1(d)剖面中，滑坡有一种可能的滑带，滑带1为col+fglQ层底边界。

图1　唐古栋滑坡工程地质剖面

由图1可知，需要计算4个剖面中9种可能的滑动情况。为简化计算模型，将col+dlQ4、delQ4合并为col+dlQ4，fglQ、col+ fglQ合并为fglQ，见表1。

表1计算滑带所在的岩层由表1得出需要进行力学参数反演的岩层和相应的剖面及滑带，见表2。

计算剖面及滑带滑带所在的岩层纵1剖面1滑带col+dlQ4纵1剖面2滑带fglQ纵1剖面3滑带T3zh(4-7)强风化强卸荷纵2剖面1滑带col+dlQ4纵2剖面2滑带T3zh(4-7)强风化强卸荷,T3zh(1-3)强风化强卸荷纵2剖面3滑带T3zh(4-7)强风化强卸荷纵3剖面1滑带col+dlQ4纵3剖面2滑带T3zh(4-7)强风化强卸荷纵4剖面1滑带fglQ

根据地质勘查报告，该滑坡的初始力学参数取值见表3。利用极限平衡slide软件，试算需反演的岩层相对应的剖面及滑带中沿哪种滑带滑动的安全系数最小，即哪种滑带最不利；然后，以相应剖面及滑带中最不利剖面在天然工况下的稳定系数达到1.05为原则，依次对上述各岩层的力学参数进行反演，得到反演后的力学参数，见表4。

表2　需进行力学参数反演的岩层

3滑坡稳定性计算

唐古栋滑坡利用表4中的力学参数，在slide软件中建立计算模型，滑坡纵1剖面1滑带不同工况，计算结果见图2。各剖面计算结果汇总见表5。

根据《水电水利工程边坡设计规范》(DLT 5353—2006)，稳定分析中涉及的工况一、工况四属于持久工况，工况二属于短暂工况，工况三属于偶然工况。

由表5可知：唐古栋滑坡纵1剖面1滑面的工况一、工况四处于极限平衡状态，工况二安全系数低于1.05，工况三安全系数低于1.00，均处于极限破坏状态。纵2剖面1滑面的工况二安全系数低于1.05，处于极限破坏状态；纵2剖面3滑面工况一、工况四处于极限平衡状态，工况二安全系数低于1.05，工况三安全系数低于1.00，处于极限破坏状态。纵3剖面2滑面的工况一、工况二、工况四安全系数低于1.05，工况三安全系数低于1.00，均处于极限破坏状态。纵4剖面1滑面的工况一、四处于极限平衡状态，工况二安全系数低于1.05，工况三安全系数低于1.00，均处于极限破坏状态。

表3　唐古栋滑坡初始力学参数

表4　唐古栋滑坡反演后的力学参数

图2　滑坡纵1剖面1滑带计算结果

计算剖面滑带编号工况一(天然工况)工况二(暴雨工况)工况三(地震工况)工况四(蓄水工况)纵1纵2纵3纵411.050.9240.9551.04921.2511.0961.1441.25131.4391.4371.3071.43911.1621.0181.051.16321.1691.1151.0571.14731.050.9850.9591.0511.2481.0961.1231.24820.9850.9190.8970.98511.050.9220.9611.05设计安全系数1.051.051.001.05

4结语

(1)根据地质剖面分析所有可能的滑动面以及其所处的岩层，找出该岩层相对应的最不利滑动面，进行参数反演，得到该岩层更趋于实际的力学参数，结合极限平衡理论对唐古栋滑坡纵1～纵4剖面进行了稳定计算，结果表明唐古栋滑坡纵1～纵4剖面均处于临界状态，需要进行治理。滑动面以外的岩层力学参数对滑坡稳定性分析影响不大，无需进行反演修正。

(2)地质报告中提供的各层初始力学参数(试验数据)可能存在失真、非均匀性、误差及多样性等问题，需结合滑坡近期变形迹象，采用参数反演方法对初始力学参数进行修正。这样可使滑坡稳定分析结果更趋于实际，为滑坡治理设计提供依据，避免治理措施偏保守而造成浪费，或者避免治理措施偏危险而给工程运行埋下安全隐患。

参考文献

[1]周平根.滑带土强度参数的估算方法[J].水文地质工程地质,1998(6):30-33.

[2]中国水电顾问集团成都勘测设计研究院.四川省雅砻江楞古水电站可行性研究阶段工程地质报告[R].成都：中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，2009.

[3]班宏泰，覃文文，赵昕，等.岩体参数的反演分析方法[J].科技创新导报，2008(8) :7-8.

[4]王乐华，杨学堂，李建林，等.水布垭瓦屋场滑坡参数反分析研究[J].三峡大学学报:自然科学版，2005，27(5)：390-393.

(收稿日期2015-11-24)

李映霞(1984—)，女，工程师，550081 贵州省贵阳市。