堆积体边坡极限平衡法稳定性计算分析

堆积体边坡极限平衡法稳定性计算分析摘要：库岸危害以分布于库岸的滑坡体、堆积体的整体失稳破坏最为严重，因而对库岸滑坡体、堆积体作出稳定性科学评价就显得尤为重要。采用极限平衡法对库枝堆积体边坡进行稳定性计算分析。

关键词：极限平衡法瑞典条分法剩余推力法稳定性系数

中图分类号：tu43 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）004-001-02

1 堆积体边坡变形破坏机制分析

库枝堆积体所处河段岸坡类型主要为斜向坡，其走向与河流交角为13?啊？6?埃夜钩啥盖阃獠阕幢咂拢痪弑覆蠊婺；碌幕肪车刂时尘啊6鸦逯饕杀浪鸦纬桑运榭槭⒙牙却挚帕n鳎羲缮⒔橹时咂拢庑钏螅鸦搴芸赡苁取s捎谇霸档匦谓隙福枚鸦宓闹饕刃问轿潮聿阋约扒霸档匦谓隙覆课徊率购竺娑鸦灞湫尾r皆不⌒位剖取？

2 堆积体边坡稳定性分析设计标准

根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（dl/5180—2003），确定近坝库岸堆积体边坡的级别为2级。设计标准如下：设计荷载考虑边坡体的自重，孔隙水压力，地震荷载。

当有坡外水位时，坡外水位以上滑体部分考虑潜在滑面以上2m 水头，边坡内部浸润线以上的土体采用天然容重；位于浸润线以下又在坡外水位以上的土体采用饱和容重；坡外水位以下的滑体考虑

全水头，土体按浮容重计算自重。

地震荷载，采用拟静力法计算地震惯性力，计算中只计入水平地震力作用。水平向地震加速度代表值取基准期50年内超越概率p=10%时的地震加速度0.160g，地震作用的效应折减系数取0.25。经计算的地震效应系数kc=0.04。

考虑水库蓄水后滑坡可能遇到的情况，拟定出以下三种工况进行稳定性计算：

工况一、天然（在天然工况下地下水位埋深较大，均在滑床以下）；

3 潜在滑动面的确定及用剩余推力法进行稳定性分析

根据失稳模式和该堆积体的工程地质条件设定三个假定滑动面，为区别表示，滑动面分别标以1，2，3。因滑动面为圆弧形滑面，且瑞典条分法计算简便，采用瑞典条分法计算天然工况下这三个假定滑动面的稳定性系数。比较三个滑动面计算出来的fs值，选取fs最小值，确定滑动面3为边坡局部潜在滑动面，得fs=1.16。计算简图如图1。

图1 瑞典条分法计算示意图

由于剩余推力法能够为滑坡治理提供推力而得到广泛应用。现将此法运用于该堆积体边坡的稳定性分析中，分别对三种工况下的稳定性计算用excel计算，将确定的潜在滑动面条分为18块，条块顺序设定为从左到右，在计算中改变f的值到使p18=0为止。因

为土体中不允许出现拉力，所以当p 中有负值时将其置为0其计算示意图如图2，结果见图3。

得到天然工况下稳定性系数fs=1.27，正常蓄水期fs=1.11，正常蓄水期地震条件下fs=0.89。由此可知除天然工况满足安全系数控制要求外，其他两种工况下均不满足安全系数控制要求。

将瑞典条分法与剩余推力法的计算结果相比较，发现天然工况下剩余推力法算得的稳定性系数（fs=1.27）要比瑞典条分法

（fs=1.16）大。这是由于瑞典条分法忽略了土条侧面的作用力，只满足于滑动土体整体的力矩平衡条件，却不满足土条块之间的静力平衡条件，由此算出的稳定安全系数偏低，而剩余推力法在计算中忽略了两相邻条块间共同分界面上的摩擦力，因而只考虑了力的平衡，对力矩平衡没有考虑，实际计算中采用安全系数乘以下滑力或除以抗滑力来弥补计算中带入的不确定性，其结果是计算所得的滑坡推力常较实际值大。

由计算结果知，该潜在滑动面在天然状况下处于稳定，但在正常蓄水位工况下不满足安全系数控制要求，处于不稳定状态。这是由于水库蓄水后，岩土体饱和软化，水的润滑作用使土体颗粒间的摩阻系数及胶结能力降低，边坡潜在滑动面抗剪参数降低，进而降低了坡体的抗滑力。而浸没于库水中的岩土体受到水的浮托作用。浮托力减小了滑体的有效重量，一方面，它降低了滑面的抗滑力，给边坡稳定性带来不利影响，另一方面，滑体重量减少，使其下滑

力减少，有助于边坡稳定，由计算结果分析得这两种因素综合影响使位于该滑动面的堆积体稳定性下降。

该潜在滑动面正常蓄水位地震工况稳定系数fs=0.89，处于不稳定状态。原因可能如下：水平地震力使法向压力和下滑力增强，促使边坡易于滑动；饱水松散土体在震动作用下易于产生较大的孔隙水压力，导致土体抗剪强度降低；地下水位以下受浮力作用的土体，在地震作用下更易于发生粒间位移而导致结构破坏。

4 整体进行稳定性计算

考虑到该堆积体十分松散，除了潜在滑动面外很有可能整体沿基岩面下滑，因此有必要对整个堆积体边坡的稳定性进行分析，将堆积体与基岩的接触面作为一个潜在滑动面，其计算示意图如图4。

图4 剩余推力法整体潜在滑动面计算示意图

用剩余推力法分别对三种工况下的稳定性计算用excel计算。将滑动面条分为23块，条块顺序设定为从左到右，在计算中改变f 的值到使23=0为止。因为土体中不允许出现拉力，所以当p 中有负值时将其置为0。

经计算得：天然工况下稳定性系数fs=1.59，正常蓄水位

fs=1.04，正常蓄水位地震条件下fs=0.87。

分析结果，发现天然状态下边坡整体的稳定系数（fs=1.59）大于局部滑体（fs=1.27），这是由于在天然工况下地下水位埋深较大，均在滑床以下，水的作用很小，在滑带土粘聚力c和内摩擦角相

同的条件下，对于稳定系数起主要影响作用的因素为滑动土体。相对于局部滑体，整体边坡的重量增加，下滑力增加了，但抗滑力也随之增加，由计算结果分析得这两种因素综合影响使堆积体稳定性上升。

但蓄水位工况下，边坡整体的稳定系数（fs=1.04，fs=0.87）反而小于该边坡局部（fs=1.11，fs=0.89），这是由于库水位上升，边坡上段较薄，土体均处于饱水状态，而中段土体较厚，部分土体处于饱水状态；滑坡前缘，土体均处于充水状态。相对于局部滑体，库水位的上升对于整体边坡的影响更大，使蓄水位工况下边坡整体的稳定系数小于该边坡局部的稳定系数。

5 结论

经过以上计算分析得，不论边坡局部还是边坡整体，蓄水工况下稳定安全系数是不满足安全系数控制要求的，且很明显正常蓄水位工况和正常蓄水位地震下边坡整体更容易失稳。

一般而言，对于稳定安全系数不满足安全控制标准的边坡，主要采用锚挡措施、削坡减载及排水等三类措施以提高边坡安全度。具体到本工程，堆积体的下伏基岩以上没有明显滞水层，无论在蓄水位以上或以下设置地下排水系统对降低地下渗压效果均不明显。因该堆积体有居民长期居住，治理措施主要考虑锚挡措施。对于锚挡措施，考虑堆积体锚索尚未经实际工程的长期考验，加之加固措施布置的重点位于正常蓄水位以下，存在耐久性问题，因此在锚挡