向家坝水电站某滑坡体稳定性分析及加固方案研究

向家坝水电站某滑坡体稳定性分析及加固方案研究曾小云河海大学水利水电工程学院，南京（210098）E-mail：[e-mail]摘要：目前的边坡稳定性分析主要采用很成熟的刚体极限平衡法如Spencer法、Sarma法等，同时重要的边坡还以有限元计算作为参考。本文的研究对象是出现裂缝而且不断在变形的复活老滑坡体，特点是短期必须分析出加固方案，本文使用Bishop法通过各种方案的对比分析提出可靠的加固方案，对工程类似情况提供参考。关键词：边坡，稳定分析，安全系数1.引言向家坝水电站是目前国内在建或已建的第三大水电站，是金沙江下游河段规划的最末一个梯级。在其某对外公路的修建过程中由于连续大量降雨以及施工扰动使得老滑坡体复活，因为滑坡体前缘有铁路线通过，因此该滑坡的稳定性显得格外重要。该老滑坡复活体分布高程为324m～280m，地处平缓斜坡中段。对外公路该段路面（原设计高程314m）在滑坡体中部通过，铁路路面高程为291.5m，在其前缘穿行而过。铁路修建时，铁道内侧（靠近对外公路一侧）边坡建有浆砌石挡土墙，在外侧设置混凝土抗滑桩和浆砌石挡土墙护坡。滑坡坡顶有堆渣。力学参数值取为：滑面在饱水的情况下，综合内摩擦角为14°、凝聚力为15kPa、土体的容重为20kN/m3；在地下水疏干的情况下，综合内摩擦角为15°、凝聚力为15kPa、土体的容重为18～18.5kN/m3。滑坡堆积体自身的内摩擦角取为17°、凝聚力为20kPa。由于滑坡堆积体由松散的含碎块石土组成，按圆弧法中的简化Bishop法进行最危险滑动面的搜索，以求得最小安全系数[1][2][4]。2.滑坡稳定性分析及剩余下滑力计算2.1公路线形不变条件下的稳定性分析针对滑动体Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ、Ⅲ－Ⅲ剖面进行分析计算，计算分别考虑以下4种坡面情况：坡面情况一：对外公路施工前的原始地形。坡面情况二：对外公路路基填至310.00m，坡面内侧有部分虚渣（滑坡体复活前的状况）。坡面情况三：对外公路路基填至310.00m，坡面内侧虚渣已全部清除（滑坡体目前状况）。坡面情况四：按原设计路基填至314.00m，公路内侧无虚渣。计算参数为：饱水状态γ=20KN/m3、φ=14°、C=15Kpa；计算考虑公路车辆荷载时按路中布置60kN/m的匀布力（分布宽度3.2m）计。Ⅰ－Ⅰ坡面情况四0.933坡面情况一1.145坡面情况二0.975坡面情况三0.9990.991Ⅱ－Ⅱ坡面情况四0.898坡面情况一1.094坡面情况二0.999坡面情况三1.0321.014Ⅲ－Ⅲ坡面情况四0.913备注：均为饱水工况下的最小安全系数。各剖面在各种坡面情况下的危险滑面如下图：公路线形不变情况下危险滑面布置图从上述计算结果及危险滑面图形分析可以得出如下结论：1）原始地形时边坡在饱水工况下的最小安全系数为1.1左右，上游断面的安全系数稍大，中间剖面最小，与实测的坡面变形数据相吻合。2）由于危险滑面出口在铁路内侧边沟，入口在现对外公路路面处，公路后侧堆渣对边坡的影响较小，而公路路基填方和路面上的汽车荷载对边坡的影响相对较大。3）由于现公路线形对边坡不利影响较大，应适当内靠至危险滑面入口以外。2.2公路线形内靠条件下的分析现适当调整线形，将公路在滑坡体部位内靠10～15m，公路高程降为310.00m，路基全部落在挖方基础上。计算参数的选择及相关假定同公路线形不调整方案，工况均按饱水情况，并考虑如下三种开挖方案：方案一：内侧按路基开挖宽度往上削1:1.5的边坡，外侧削平至高程310.00m。方案二：内侧按路基开挖宽度往上削1:1.5的边坡，外侧将原公路路基填方全部清除至原地面线。方案三：内侧按路基开挖宽度往上削1:1.5的边坡，外侧将在高程305.00m挖宽10m的平台，平台内侧按1:1.5往上削坡。各剖面的计算成果如下：表2各剖面危险滑面安全系数表剖面开挖情况公路中线处开挖高度（m）最小安全系数开挖方案一1.122开挖方案二1.194Ⅰ－Ⅰ开挖方案三0.71.28开挖方案一0.998开挖方案二1.144Ⅱ－Ⅱ开挖方案三3.31.195开挖方案一1.032开挖方案二1.096Ⅲ－Ⅲ开挖方案三2.91.180备注：1．均采用饱水工况；2．由于路面已调至危险滑面以外，车辆荷载对安全系数没有影响。各剖面在各种开挖方案下危险滑面位置如下图：公路线形调整情况下危险滑面布置图从上述计算结果及危险滑面图形分析可知，路线路内靠，外侧减载对边坡的安全系数提高作用较大。外侧边坡的减载会使危险滑面的入口发生变化，危险滑面的入口位置以控制在公路路基外侧附近为宜，这样既可使滑面较缓，坡体的安全系数较高，又可减少开挖出渣的工程量，避免车辆荷载对公路边坡的不利影响。2.3剩余下滑力的计算针对各种条件下的边坡最小安全系数的计算结果，原公路线形的各种坡面情况下的安全系数较调整后公路线形的明显偏低，剩余下滑力的计算仅考虑可行的设计处理方案，具体为：设计处理方案一：公路线路不变，坡面情况三。设计处理方案二：公路线路内靠，开挖方案一。设计处理方案三：公路线路内靠，开挖方案二。设计处理方案四：公路线路内靠，开挖方案三。上述可行的设计处理方案的剩余下滑力具体计算结果如下：表3各剖面不同情况下的剩余下滑力计算成果表剖面处理方案安全系数K=1.2安全系数K=1.25安全系数K=1.3设计处理方案一434524591设计处理方案二333406479设计处理方案三299386474Ⅰ－Ⅰ设计处理方案四214300385Ⅱ－Ⅱ设计处理方案四412499585设计处理方案一692779866设计处理方案二694781868设计处理方案三500572644Ⅲ－Ⅲ设计处理方案四408504599备注：1.均为饱水工况下的相应安全系数下的剩余下滑力。2.所取剩余下滑力位置为铁路挡墙内侧14m处。根据上表计算结果可知，在采用公路线形内靠和开挖方案三的情况下，剩余下滑力最小。安全系数每增加0.05，剩余下滑力约增加70～100kN。3.结论与建议根据计算分析成果，永久加固处理方案按如下原则设计：降低公路高程，公路线路内靠对滑坡体进行减载，内侧的堆渣全部清除；采取行之有效的排水措施，增加地下水的排水通道和尽可能减少地表水的下渗；比较各种开挖和抗滑桩的组合，选出经济合理的治理措施。该边坡失稳后的危害性较大，因此加固后的安全系数要相应提高。采用公路线形调整的方案可使下游段边坡稳定的安全系数提高，从而避免可能出现新的边坡稳定问题，因而在投资相差不多的情况下可以优先考虑。适当开挖减载和下部设置抗滑桩能确保边坡的稳定，达到永久加固处理的要求。从工程实际加固措施来看，选择了推荐的设计处理方案，稳定性良好。但由于滑坡体地质条件的复杂性和滑坡机制的多样性，设计处理方案施工完成后仍应维持对坡体1～2个汛期的变形监测，并定期检查坡面和坡体内的排水系统，确保排水系统的畅通。参考文献[1]潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析[M].北京：水利出版社，1980[2]陈祖煜.土质边坡稳定分析[M].北京：中国水利水电出版社，2003.[3]钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算[M].北京：水利出版社，1980.[4]BishopAW.Theuseoftheslipcircleinthestabilityanalysisofslopes[J].Goeehenique,1955(5)：7～17[5]中南设计院.向家坝水电站枢纽区人工高边坡稳定分析研究报告[R].2003.，Nanjing（210098）AbstractInstituteofWaterConservancyandHydropowerEngineering,HohaiUniversity,Nanjing(210098)Thestabilityanalysisofslopeuseslimitequilibriummethodsuchasspencermethodandsarmamethodmostlynow.FEMisalwaysusedasreferenceinimportantslopes.Thispaperisreliedonthebighydopowerengineering,analyzingthestabilityoftheoldslope.Bishopmethodisusedtobringupareinforementplanreliable.Keywords：slope；stabilityanalysis；safetyfactor