楊晉柳，李波，李光明

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院，昆明 650041)

宜良縣月牙變電站滑坡穩(wěn)定性分析

楊晉柳1，李波1，李光明2

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院，昆明 650041)

我國是世界滑坡地質(zhì)災(zāi)害重災(zāi)區(qū)，特別是西南山區(qū)。位于云南省的宜良縣月牙變電站滑坡嚴重威脅滑坡后緣的月牙變電站和前緣的樂力升生物科技有限公司，對該滑坡進行穩(wěn)定性分析從而為后期治理提供科學(xué)依據(jù)是十分必要。在勘查鉆探等資料的基礎(chǔ)上，對主滑向2-2′剖面進行計算，計算出在自然工況、飽水工況、地震工況下的穩(wěn)定性系數(shù)分別為0.96、0.80、0.79。通過SLOPE/W軟件對3種工況建模進行計算驗證，分別得出3種工況的穩(wěn)定性系數(shù)為1.002、0.853、0.842。兩種方法對比，SLOPE/W軟件分析的滑動面是圓弧狀，計算出的穩(wěn)定性系數(shù)更加真實可靠。總體，該滑坡在飽水狀態(tài)和地震狀態(tài)時處于不穩(wěn)定，存在滑動失穩(wěn)的可能。

宜良縣；月牙變電站；滑坡；穩(wěn)定性系數(shù)；SLOPE/W軟件

我國是世界滑坡地質(zhì)災(zāi)害重災(zāi)區(qū)，特別是西南山區(qū)，滑坡災(zāi)害成為發(fā)生頻率最高、損失最大的地質(zhì)災(zāi)害類型[1]，嚴重威脅山區(qū)人民的生命和財產(chǎn)安全。對滑坡穩(wěn)定性分析的研究一直是經(jīng)久不衰的熱點課題[2-4]。

月牙變電站滑坡位于宜良縣工業(yè)園區(qū)飼料產(chǎn)業(yè)基地，月牙變電站西斜坡為構(gòu)造侵蝕低山地貌，原始地形坡度約20°～25°，坡向320°。為獲取建設(shè)用地，2011年對斜坡進行削坡。自2012年雨季(6、7月份)以來，斜坡右側(cè)、前緣、后緣便發(fā)生了多處次級滑移，2015年雨季過后，斜坡變形加劇，自2015年12月至2016年6月，后緣裂縫由5～30 cm擴展至30～60 cm(圖1)，并下錯約3 m，裂縫長40余米，已貫通?；麦w前緣寬120 m，順坡向長約65 m，平面面積約4 300 m2，滑體厚度5.12 m，平均厚度約10 m，規(guī)模約4.3×104m3?，F(xiàn)今滑坡處于急劇變形階段，嚴重威脅滑坡后緣的月牙變電站(投資4 500萬元的110千伏中央投資電網(wǎng)建設(shè)項目)，以及前緣的樂力升生物科技有限公司(固定資產(chǎn)約600萬元，公司職工15人)。因此，查明該滑坡的穩(wěn)定性狀況具有極其重要的意義。

圖1 滑坡后緣裂縫

處于特定地質(zhì)環(huán)境中的滑坡的穩(wěn)定性分析是十分復(fù)雜的問題，滑坡變形失穩(wěn)是由內(nèi)因和外因共同作用導(dǎo)致的?；聟^(qū)的地形地貌、地層巖性和結(jié)構(gòu)構(gòu)造是滑坡發(fā)育的最根本原因，降雨、地震及人類工程活動是誘發(fā)或加速滑坡變形破壞的外部因素。目前滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)一般采用規(guī)范中規(guī)定的有限元強度折減法或極限平衡法[5]。其步驟是先假定破壞是沿土體內(nèi)某一確定的滑動面滑動，根據(jù)滑動土體的靜力平衡條件和摩爾-庫倫破壞準則，計算沿滑動面滑動的可能性，即安全系數(shù)的大小[6]。

1 滑坡概況

月牙變電站滑坡位于云南省宜良縣北古城鎮(zhèn)，滑坡后緣地理坐標為東經(jīng)25°0′5″，北緯103°11′39″?；聟^(qū)屬低緯度北溫亞熱帶高原季風氣候區(qū)，多年平均降水量為949.1 mm，一般6～10月為雨季，降雨量達全年降雨量的85%。

滑坡區(qū)處于宜良盆地北部，屬構(gòu)造侵蝕低山地貌，山峰多呈孤峰饅頭狀，山峰相對高差30～50 m?；卢F(xiàn)狀最高標高約1 630.53 m，最低標高為斜坡腳，標高約1 596.24 m，最大高差約34.0 m，滑坡區(qū)斜坡向西北傾斜，原始地形坡度約20°～25°，以削坡改造后，呈5級臺狀分布，坡率1∶1～1∶1.5，分級高4.0～8.0 m，各級間設(shè)置寬2.0～4.0 m寬的馬道(圖2)。

圖2 月牙變電站滑坡全貌

圖3 月牙變電站滑坡平面圖

圖4 2-2′工程地質(zhì)剖面圖

深灰色為主，局部褐黃色，巖性以頁巖為主，含碎塊石或角礫、水泥塊，為人類工程填土，主要在變電站附近、坡體中部的凹腔及下方擋墻后分布。志留系上統(tǒng)玉龍群組(S3y)②1全風化頁巖：全風化頁巖厚0.5～1.0 m，呈散體-碎裂狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)大多破壞，少部分結(jié)構(gòu)較清晰，多呈碎石、鱗片狀。②2強風化頁巖：強風化頁巖厚5.0～30.0 m，呈層狀，但差異風化強烈，夾多層風化劇烈并且切層的薄層，風化、節(jié)理裂隙密集發(fā)育，巖石松弛破碎，發(fā)育兩組豎向節(jié)理，密度9～11條/m，節(jié)理面較平直光滑，多呈閉合-微張狀。經(jīng)鉆孔揭露，該層呈碎石土狀，碎石粒徑5～70 mm。巖層呈緩傾斜狀，產(chǎn)狀310°～330°∠5°～10°,與滑坡區(qū)坡向組成順向坡，節(jié)理：①273°∠78°，②350°∠82°。②a2全風化頁巖：為強風化頁巖中夾多層風化劇烈并且切層的薄層，在強風化頁巖巖層中，差異風化強烈，局部巖體完全風化為土狀。經(jīng)探井和鉆孔揭露，該層呈粉質(zhì)粘土、粘土狀，局部含礫，碎石粒徑5～8 mm。該層風化強度極高，與上下巖體在粒徑、軟硬狀態(tài)等方面有明顯的差異性，為滑坡滑動的軟弱結(jié)構(gòu)面。②3中風化頁巖：呈層狀結(jié)構(gòu)、少部分碎裂狀，巖體結(jié)構(gòu)清晰，表面完整。巖層呈緩傾斜狀，產(chǎn)狀310°～330°∠5°～10°,與滑坡區(qū)坡向組成順向坡，節(jié)理：①273°∠78°，②350°∠82°。

2 滑坡穩(wěn)定性計算分析

2.1 計算公式的選取

根據(jù)滑坡物質(zhì)組成及形態(tài)特征，選取折線形滑面進行穩(wěn)定性計算。公式如下：

(1)

其中：

Ri=(Wi((1-γU)cosαi-Asinαn)-RDi)tanφi+CiLi(i=1，…，n)

Ti=Wi(sinαi+Acosαi)+TDi(i=1，…，n)

ψj=cos(αi-ai+1)-sin(αi-ai+1)tanφi+1(j=i)

式中,Kf為穩(wěn)定系數(shù)；Ri為作用于第i塊段的抗滑力(kN/m)；Ti為作用于第i塊段滑面上的滑動分力(kN/m)；Rn為作用于第n塊段的抗滑力(kN/m)；Tn為作用于第n塊段滑動面上的滑動分力(kN/m)；Di為作用于第i塊段的動水壓力(kN/m)；Wi為第i條塊自重標準值與相應(yīng)附加荷載之和(kN/m)；Ci為第i條塊滑面粘聚力標準值(kPa)；φi為第i條塊滑面內(nèi)摩擦角標準值(°)；Li為第i塊段滑動面長度(m)；αi、αi+1為第i、i+1塊段滑面傾角(°)；A為地震加速度(單位：重力加速度g)(a：地震綜合影響系數(shù))；ψj為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時的傳遞系數(shù)(j=i時)。

(2)

式中，Pi、Pi-1為分別為第i塊段、第i-1塊段滑體的剩余下滑力(kN/m);Kf為滑坡推力計算安全系數(shù)，按各種工況取值。

下滑力：

Ti=Wi(sinαi+Acosαi)+γwhiwLicosαisinβicos(αi-βi)

抗滑力：

Ri=(Wi(cosαi+Asinαi)-Nwi-γwhiwLicosαisinβicos(αi-βi))tanφi+CiLi

Ψ=cos(αi-βi)-sin(αi-βi)tanφi

孔隙水壓力：Nwi=γwhiwLi

即近似等于浸潤面以下土體的面積hiwLi乘以水的容重；

滲透壓力平行滑面的分力：TDi=γwhiwLicosαisinβicos(αi-βi)

滲透壓力垂直滑面的分力：RDi=γwhiwLicosαisinβisin(αi-βi)

2.2 計算工況的選取

根據(jù)滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，設(shè)定3類計算工況：

Ⅰ.天然狀態(tài)(自重+地下水)：以天然狀態(tài)的容重和自然狀態(tài)的抗剪強度指標為主要計算參數(shù)，處于地下水影響帶及地下水位下取有效容重及和飽水抗剪指標。

Ⅱ.飽水狀態(tài)(自重+地下水+暴雨)：考慮到滑坡區(qū)降雨充沛，加之其地形條件、巖土類型使坡體易水浸、飽水特點，以飽和容重和飽水抗剪指標為主要計算參數(shù)。

Ⅲ.地震狀態(tài)(自重+地下水+地震)：考慮到滑坡區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，采用天然狀態(tài)的容重和天然狀態(tài)的抗剪強度指標為主要計算參數(shù)。

2.3 計算參數(shù)的選取

依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》劃分滑坡穩(wěn)定狀態(tài)(表1)。

表1 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分表

采用工程地質(zhì)剖面計算滑動方向剖面2-2′。按照室內(nèi)試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)取平均值，天然重度為21.2 kN/m3，飽水重度為23.0 kN/m3?？辜魪姸炔捎没w土直接剪切峰值強度指標，C值取室內(nèi)試驗統(tǒng)計平均值的修正值，φ值取反算值。天然狀態(tài)內(nèi)聚力C為19.31 kPa，內(nèi)摩擦角φ為17.25°，飽和狀態(tài)取反算值，內(nèi)聚力C為16.15 kPa，內(nèi)摩擦角(φ)為16.32°。

經(jīng)計算，各工況下2-2′剖面滑坡穩(wěn)定性如下(表2)：

表2 各工況下2-2′剖面穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果表

2.4 滑坡穩(wěn)定性分析

由表2可以看出，主滑動方向2-2′剖面滑體在工況Ⅰ自然狀態(tài)下，穩(wěn)定性系數(shù)Kf=0.96；在工況Ⅱ飽水狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性系數(shù)Kf=0.80；在工況Ⅲ地震狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性系數(shù)Kf=0.79。

3 滑坡數(shù)值模擬分析

SLOPE/W是Geostudio軟件中一個十分重要的模塊，主要用于邊坡穩(wěn)定性分析[7-9]。該軟件對于邊坡穩(wěn)定性分析可以采用4種方法，分別為Morgenstern-Price方法、Ordinary方法、Bishop方法、Janbu方法。本文對宜良縣月牙變電站滑坡主滑向2-2′工程地質(zhì)剖面圖作為計算剖面，采用Morgenstern-Price方法分別模擬自然狀態(tài)、飽水狀態(tài)、地震狀態(tài)3種不同工況對月牙變電站滑坡進行計算驗證。

根據(jù)勘查資料顯示，在自然狀態(tài)下地下水位位于軟弱夾層附近。在雨水季節(jié)，雨水滲透滑坡體，各巖土體層的重度隨之增大，抗剪強度降低，下滑力增大，地下水位線相應(yīng)上升，本文模擬該工況時，采用飽和狀態(tài)下各巖土體層物理力學(xué)參數(shù)進行計算。在地震狀態(tài)下，勘查區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.30 g，按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》計算水平地震荷載，地震影響系數(shù)a=0.075。

數(shù)值模擬穩(wěn)定性分析中巖土體的物理力學(xué)參數(shù)采用現(xiàn)場取樣，通過室內(nèi)土工試驗而獲得(表3)。

表3 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

為方便建立模型，在滑坡現(xiàn)狀實際情況的基礎(chǔ)上對2-2′工程地質(zhì)剖面圖做相應(yīng)簡化處理。通過模擬，計算出3種不同工況下的穩(wěn)定性系數(shù)(圖5～圖7)。

圖5 自然狀態(tài)

圖6 飽水狀態(tài)

圖7 地震狀態(tài)

從圖5～圖7可以看出，通過SLOPE/W進行計算驗證，滑坡在自然狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)為1.002，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在飽水狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)為0.853，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；在地震狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)為0.842，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。3種工況下的最危險滑移面均沿著滑坡體中的軟弱夾層滑動，滑坡入口位于坡頂?shù)脑卵雷冸娬玖芽p處，滑坡剪出口樂力升生物科技有限公司廠房后側(cè)。

3種工況下，通過SLOPE/W計算驗證的最危險滑動面與工程鉆探所確定的折線形滑動面基本一致。SLOPE/W分析計算的自然狀態(tài)下滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.002，為欠穩(wěn)定狀態(tài)，飽水狀態(tài)及地震狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)分別為0.853、0.842，均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但均比采用折線形滑坡計算所得出的穩(wěn)定性系數(shù)偏大。由于軟件分析計算的滑動面是圓弧狀，比折線形滑面更加接近真實滑動面，結(jié)合滑坡現(xiàn)狀，即自然狀態(tài)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，飽水狀態(tài)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，本文得出，SLOPE/W所計算得出的穩(wěn)定性系數(shù)更加真實可靠。

由于建模需要對2-2′工程地質(zhì)剖面圖做出相應(yīng)簡化處理，總體符合客觀事實，對通過軟件計算得出的滑移面及各工況的穩(wěn)定性系數(shù)的影響可忽略不計。

4 結(jié)語

宜良縣月牙變電站滑坡位于宜良縣工業(yè)園區(qū)飼料產(chǎn)業(yè)基地，滑坡體前緣寬120 m，順坡向長約65 m，平面面積約4 300 m2，滑體厚度5.12 m，平均厚度約10 m，規(guī)模約4.3×104m3?；履壳疤幱诩眲∽冃坞A段，天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。且滑坡仍在繼續(xù)變形滑動，處于動態(tài)變化中。嚴重威脅滑坡后緣的月牙變電站以及前緣工業(yè)園中的樂力升生物科技有限公司。因此對該滑坡進行穩(wěn)定性分析從而為后期的治理方案設(shè)計提供支撐就顯得刻不容緩。

通過現(xiàn)場調(diào)查結(jié)合勘查資料，對滑坡進行穩(wěn)定性計算分析。采用折線形滑面計算得出主滑動方向2-2′剖面滑體在工況Ⅰ自然狀態(tài)下，穩(wěn)定性系數(shù)Kf=0.96；在工況Ⅱ飽水狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性系數(shù)Kf=0.80；在工況Ⅲ地震狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性系數(shù)Kf=0.79。

通過SLOPE/W進行計算驗證，3種工況下，通過SLOPE/W計算驗證的最危險滑動面與工程鉆探所確定的折線形滑動面基本一致。SLOPE/W分析計算的自然狀態(tài)下滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.002，為欠穩(wěn)定狀態(tài)，飽水狀態(tài)及地震狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)分別為0.853、0.842，均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但均比采用折線形滑坡計算所得出的穩(wěn)定性系數(shù)偏大。由于軟件分析計算的滑動面是圓弧狀，比折線形滑面更加接近真實滑動面，結(jié)合滑坡現(xiàn)狀，即自然狀態(tài)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，飽水狀態(tài)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，本文得出，SLOPE/W所計算得出的穩(wěn)定性系數(shù)更加真實可靠。

在建模過程中，對2-2′工程地質(zhì)剖面圖做出相應(yīng)簡化處理，但滑坡形態(tài)總體符合客觀事實，對通過軟件計算得出的滑移面及各工況的穩(wěn)定性系數(shù)的影響可忽略不計。

采用折線形滑坡計算和通過SLOPE/W軟件模擬分析計算驗證得出的結(jié)果顯示，該滑坡處于急劇變形階段，建議相關(guān)部門時刻對該滑坡進行實時變形監(jiān)測，并盡早進行防范治理。

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STABILITY ANALYSIS OF YUEYA SUBSTATION LANDSLIDE,YILIANG COUNTY

YANG Jin-liu1, LI Bo1, LI Guang-ming2

(1.Faculty of Land Resource Engineering,Kunming University of Science and Tecnology, Kunming 650093,China; 2.Yunnan Geological Engineering Survey and Desigm Institute,Kunming 650041,China)

Our country is the heavy disaster areas of geological disasters in the world, especially in the southwest mountainous area. Yueya substation landslide is located in Yiliang county of yunnan province It seriously threats the substation in the trailing edge of landslide and the Lelisheng biological technology liability company.So,analysis on the basis of the exploration drilling data, for calculation of the main sliding into 2-2′profile,calculated in the natural condition, the water-saturated conditions and the earthquake conditions stability in the cases of coefficient is 0.96, 0.80, 0.79, respectively. Through the SLOPE/W software to buliding modeling of three different conditions to calculation and verification, obtained three kinds of condition of the stability coefficient is 1.002, 0.853, 0.842. Compared to two kinds of methods, the sliding surface of SLOPE/W software analysis is arc shape,calculate the stability coefficient is more reliable. Overall, the landslide in Water-saturated state and Earthquake state is not stable, It exists the possibility of sliding instability.

Yiliang county; Yueya Substation; Landslide; Stability Analysis; SLOPE/W software

1006-4362(2017)02-0006-06

2017-02-21 改回日期： 2017-03-27

P642.22

A

楊晉柳(1991- )，男，湖北咸寧人，碩士研究生，研究方向為工程地質(zhì)及水文地質(zhì)。E-mail:707143072@qq.com