基于强度折减法的兵团第四师某水库库坝区滑坡稳定性评价

邱 曼

（新疆生产建设兵团地质勘查测绘中心，新疆 乌鲁木齐 830002）

兵团第四师位于我国西北地区易发生地质灾害的新疆伊犁地区。由于独特的黄土沉积环境和湿润气候背景，加之开挖坡体等人类工程活动的日趋频繁，对地质环境影响很大，往往造成滑坡等地质灾害，给人类生产生活造成极大危害。本文以兵团第四师某水库库坝区滑坡为研究对象，采用地形测量、地面测绘与调查、井（槽）探、钻探、岩土试验等手段，查明滑坡地质环境条件、特征及成因，采用强度折减法对滑坡稳定性进行分析与评价，以期为下一步地质灾害勘查设计及施工提供参考。

1 滑坡地质环境条件

1.1 气象水文

滑坡地处昭苏盆地西北部，年平均温度3.5℃，年平均蒸发量1039.7mm，年平均降水量496.1mm，具有典型大陆性气候特点，区内常年性流水为小也尔门提沟，年均径流量553×104m3，主要集中在4～9月。

1.2 地形地貌

区内地貌由北向南呈阶梯状分布，分别为构造剥蚀低山丘陵地貌和山前冲洪积平原地貌。构造剥蚀低山丘陵地貌分布于滑坡北侧，山势较陡峻，坡度10°～30°，山体基岩裸露，冲沟发育，坡体上部多分布有残积土，地形起伏，沟梁相间，地表植被稀疏。山前冲洪积平原地貌分布于低山丘陵区以南，地形平缓。

1.3 地层岩性

区内出露地层主要有新生界新近系和第四系，岩性分述如下：新近系中—上新统为灰绿色、黄褐色、黄棕色、棕红色泥岩，呈互层状，以泥岩为主，局部夹薄层砂岩和砾岩；第四系中更新统冰水沉积层为砂砾石，灰白色、稍密—中密，稍湿，磨圆差，分选差，填充粉土，厚0.7～6m；第四系上更新统风积层为黄土状粉土、局部含砾，土黄色—棕红色、灰褐色，稍密—中密，稍湿，夹薄层砂砾石透镜体，厚1.5～14m；第四系全新统冲洪积层为卵砾石，黄褐色、灰白色，稍密—中密，厚3.5～6.5m；第四系全新统滑坡堆积体为黄土状粉土、粉质粘土、全风化泥岩，土黄色—棕红色、灰褐色，稍密—中密，稍湿，夹薄层砂砾石透镜体，厚5～12m。第四系全新统人工填土为黄土状粉土，土黄色、灰褐色，稍密，稍湿，含少量砂砾石，厚1～4m。

1.4 水文地质条件

区内主要为赋存于第四系松散土中的孔隙水和上层滞水。地下水补给来源主要为大气降水和库水入渗，通过黄土裂隙向沟壑排泄，其径流途径较短，就地在滑坡所在斜坡的低洼处以泉水或渗水形式排泄于沟谷[1]。

1.5 人类工程活动

区内人类工程活动主要为水库施工建设。地表多覆盖第四系风积黄土与第三系泥岩，风化强烈，加之须开挖斜坡修建各类水利设施及施工道路，势必形成不稳定边坡，极易产生山体滑坡。

2 滑坡地质特征及成因分析

2.1 滑坡规模、形态及变形活动特征

滑坡滑动面上陡下缓，近似圆弧形，长约270m，滑坡壁坡度较陡，在60°～80°之间，高度20～30m，属中型复合式土质滑坡。滑坡体两侧、前缘和鼓丘上已产生性质不同的拉张裂缝、挤压裂缝和剪切裂缝，斜坡面发现大量表层裂缝、半坡前缘鼓胀，中上部变形严重，形成3处二级平台和鼓胀现象。整个滑坡滑动向西偏南，滑坡前缘由于水库蓄水、坡脚浸水等已发生局部滑动，后期蓄水会加速滑坡体整体变形滑移，南侧泄洪渠施工开挖处也已发生滑动，其余部分在降雨等不利因素影响下，也有滑坡风险。

2.2 滑坡结构特征

滑坡体主要为基岩上覆盖层，覆盖层主要是粉土、粉质粘土和卵砾石，在河床边上和山顶上为砾质土，基岩为泥砂岩互层。该区多数区域覆盖层厚度0～15m，滑动层在覆盖层和基岩层内都会发生滑动，滑体厚度0～12.8m。滑面主要位于覆盖层和基岩接触带。滑床为泥岩，后部较陡，约40°，中部和前部趋缓，约15°～25°。

2.3 滑坡主要成因分析

（1）岩土体性质与结构：滑坡体结构疏松、垂直裂隙发育、透水性较好，雨水易入渗至下部基岩顶面，在相对隔水的基岩层表面易形成汇水区，使底部黄土饱水软化，同时泥岩上部遇水微膨胀、泥化、强度降低，易在黄土和基岩接触带处形成相对软弱的外倾层间滑动带。

（2）地下水：滑坡堆积体内裂缝发育，为雨水、地表水入渗提供了条件[2]。黄土下伏的泥岩为隔水层，地下水长期在上述两种地层接触面以上富集，导致接触面以上一定厚度的黄土饱和，自重增加，强度降低，基岩表面膨胀、软化形成泥化层，抗滑能力明显降低，上覆黄土体沿接触面易发生滑动。

（3）人类工程活动：水库工程建设开挖斜坡，削坡位置泥岩裸露，无防水措施，在雨水浸泡下，易泥化、软化，抗剪强度降低，边坡的开挖，也改变了边坡原有的应力状态，对斜坡稳定性产生影响；水库蓄水后，滑坡坡脚在库水的浸泡下饱和软化，在蓄水位波动时会降低滑坡稳定性，随着水位上下多次变化，会使滑带土抗剪强度产生累进性折减。

3 滑坡稳定性分析与评价

强度折减法能够分析从边坡起始状态到破坏状态的变形过程，其是通过对土体剪切强度的逐步减小直至某点计算不再收敛，则将该点定为处于破坏状态，最大强度折减率即为最小安全系数[3-9]。用于该法中的土体材料模型有摩尔—库伦、德鲁克—普拉格、修正摩尔—库伦，分析过程中，本构参数除了粘聚力c、内摩擦角φ和膨胀角是可变的，其他均不变。和土体单元相关的参数（粘聚力、内摩擦角、膨胀角）是逐渐减小的，边坡破坏安全系数（Fs）表达式如下：

式中：τ——坝坡的剪切强度因子；

τf——滑动面上的剪切应力；

SRF——强度折减系数。

3.1 滑坡稳定性计算模型选取

本次有限元计算针对滑坡剖面进行稳定性计算，滑坡坡高近60m。岩土体材料分为粉土、砂砾石、泥岩三部分，本构模型采用摩尔—库伦。模型坡脚延伸取90m，坡顶延伸取120m，坡体基础深度取120m。模型网格采用四边形为主、三角形为辅的混合网格，共剖分6个单元，10650个节点。

3.2 滑坡计算参数选取

以试验值和经验值相结合的方式确定滑坡土层计算参数，计算参数见表1。

表1 滑坡土层计算参数表

3.3 滑坡稳定性计算工况选取

计算工况分5种。工况1——现状工况；工况2——正常蓄水工况；工况3——暴雨（正常蓄水）工况；工况4——地震（正常蓄水）工况；工况5——水位骤降16.7m工况。

3.4 计算结果及评价

依据自然资源部《滑坡防治工程勘查规范》（GB/T32864-2016）滑坡稳定状态划分表，见表2，评价确定滑坡稳定状态，滑坡稳定系数计算结果见表3。

表2 滑坡稳定状态划分表

表3 滑坡剖面稳定系数计算结果表

数值分析的滑坡各工况等效剪切应变和水平方向位移结果如图1～图10所示。

图1 现状边坡等效剪切应变

图2 现状边坡水平方向位移结果

图3 正常蓄水等效剪切应变

图4 正常蓄水水平方向位移结果

图5 地震工况等效剪切应变

图6 地震工况水平方向位移结果

图7 暴雨工况等效剪切应变

图8 地震工况水平方向位移结果

图9 水位骤降工况等效剪切应变

图10 水位骤降工况水平方向位移结果

（1）现状边坡工况

（2）正常蓄水（1840m）工况

（3）地震（正常蓄水）工况

（4）暴雨（正常蓄水）工况

（5）水位骤降16.7m（1840m降至1823.3m）工况

计算结果表明：滑坡在现状工况和正常蓄水工况下处于基本稳定状态，地震（正常蓄水）工况下为不稳定状态，暴雨（正常蓄水）工况下为欠稳定状态，水位骤降（骤降16.7m）工况下为不稳定状态，预测在发生强烈地震、强降雨或有扰动坡脚的人类工程活动时，会发生滑动。

4 结论

（1）影响滑坡稳定的因素有不利的地形、地层岩性、水文地质条件等，水库蓄水后浸润坡脚和地下水抬升是诱发滑坡滑动的主控因素。

（2）根据滑坡现今活动特征，结合稳定性计算结果，综合评价认为：滑坡现状及正常蓄水后处于基本稳定状态，预测发生强烈地震、暴雨或水库骤降水时滑坡发生较大规模滑动的可能性大。现状边坡、正常蓄水及骤降水时滑坡的滑动最有可能是上部滑体发生浅表层滑移，地震及暴雨工况下最有可能是滑坡整个后缘贯通，整体沿滑面滑移。

（3）滑坡一旦发生，滑坡产生的涌浪将对大坝造成威胁，间接威胁沟口居民生命财产安全，并且滑坡滑动后，可能引发滑坡体东侧坡体失稳，造成更大危害。

（4）根据滑坡稳定性和发展趋势，建议对滑坡体局部削方减载，滑坡周界修建截排水沟，滑坡体中下部做抗滑桩支护，坡脚做止水帷幕，对受库水影响的坡面做防护工程，夯填滑坡体裂缝，防止雨水渗入。