青海东部输电走廊不稳斜坡计算模型的有效性分析

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摘要：青海东部地区输电走廊不稳斜坡分布广泛，对这类斜坡的稳定性评价中的计算模型的有效性研究十分必要，本文以以青海东部地区典型黄土坡体为研究对象，通过采用瑞典条分法和简化毕肖普法两种计算模型的有效性对比分析发现，此类滑坡稳定性评价中，采用瑞典条分法更具有可靠性。

关键词：黄土滑坡；滑坡稳定性；瑞典条分法；毕肖普法；

0 前言

鉴于青海省东部地区输电走廊内广泛发育黄土滑坡，本文选取该地区某典型黄土滑坡及其隐患的发育特征、分布规律、形成的地质环境条件及其形成机理进行了分析[1]，并利用瑞典条分法[2]和简化毕肖普法[3]两种计算方法对其稳定性进行评价，分析研究两种模型下的稳定性评价的有效性，对于同类滑坡灾害的稳定性评价和防治灾害发生具有重要意义。

1 地质环境

黄土滑坡主要分布于青海东部地区的河谷区，海拔为2500m左右，地貌单元为侵蚀堆积平原区[4]，由扇形地、河漫滩交错形成的Ⅰ～Ⅳ级阶地组成，具二元结构，依附于水系呈扇形分布于黄土低山丘陵之间，地势相对低平，海拔2100～2800m，河谷宽300～5000m，植被较发育，但在高阶地前缘，具备了滑坡形成的有利条件，滑坡灾害较常见。研究区内的地层主要为古近系（E）和第四系（Q） [5]。晚新近纪以来，研究区新构造运动较为活跃，主要运动方式以震荡式垂直升降运动为主，具明显继承性和差异性，其显著标志是山区夷平面和河流多级阶地的形成[6]，这些为滑坡的形成提供了有利的地形地貌条件。

2 不稳斜坡发育特征

选择的不稳定斜坡在地质历史时期已发生滑动，目前有再次滑动的隐患。目前，该典型不稳定斜坡坡脚高程为2347m，坡顶高程为2477m，相对高差230m，坡度35°，微地貌呈陡坡，坡向270°，组成斜坡的岩性为黄土，滑坡长度为40m，宽度30m，平均厚度11m，不稳坡体面积约为1200m2，体积约为1.32×104m3，属于小型不稳斜坡。据野外勘察，不稳坡体后壁陡峭，冲沟发育，冲沟两侧多出现垮塌现象，坡体上发育南北延伸的落水洞，滑坡总体呈舌形，表面呈阶形，剖面形态凸形，坡体变形迹象明显，坡体后壁很可能会产生局部垮塌，目前对当地的生命财产构成严重威胁，如图2-1所示。

通过对钻孔柱状图的分析可知[1]，构成该坡体的岩性主要为可塑性较好的第四系黄土状土，黄土层的厚度较大，有67.17m厚；下伏一定厚度的古近系泥岩和砂砾石。鉴于黄土具有孔隙多且大，结构疏松；无层理，垂直节理发育，湿陷性等特性；砂岩的透水性，泥岩的低强度等都为滑坡的形成提供了的有利的岩性条件，根据获得的相关数据，绘制该坡体的实测横剖面图如下图2-2。

分析上图可知，组成不稳斜坡的岩性主要为第四纪黄土，下伏基岩为古近系泥岩和砂砾石；在坡体上发育有深切冲沟，并在坡体上出露有一下降泉，坡体的后壁较陡；这些都构成了形成滑动的有利条件，是滑动的主要诱发因素。并且从图上可以看出其软弱面为接近圆弧面，为该不稳定斜坡的稳定性计算模型的选择提供了依据。

3 滑坡稳定性计算及分析评价

3.1 典型剖面及参数选取

根据建材地质青海总队实验检测中心土样室内试验结果分析，本文对典型不稳斜坡计算中，滑体土天然重度取值范围γ=16.2～19.4KN/m3，饱和重度γ=20.12～24.25kN/m3。在天然状态下，软弱带土体抗剪强度指标C=12.2～19.6kPa，φ=15～25.3°，在饱和状态下，软弱带抗剪强度指标C=9.52～19.21kPa，φ=13.5～20.74°，本文以此为基准值对斜坡体进行稳定性计算。

3.2 计算工况选取

根据研究区的地质背景及形成机制以及所处的构造位置，根据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006），计算中主要考虑降雨和地震等因素，本次稳定性计算采用以下3种工况类型：

工况1：自重；工况2：自重+暴雨或久雨；工况3：自重+地震。其中，在工况1条件下安全系数取1.3，工况2条件下安全系数取1.2，工况3条件下安全系数取1.1。

3.3稳定性计算方法

由前述可知，该典型不稳定斜坡的软弱面接近为圆弧，依据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006），本次稳定性计算采用适用于圆弧滑动面的瑞典条分法[12]和毕肖普法[3]两种方法来对比计算该坡的稳定性。

3.3.1 瑞典条分法

（1）稳定性系数计算公式[14]

（3-1）

式中：孔隙水压力： （3-2），即近似等于侵润面以下土体的面积乘以水的容重（KN/m3）；

渗透压力产生的平行滑面分力

（3-3）

渗透压力产生的垂直滑面分力

（3-4）。

Wi—第i条块的重量（KN/m）；Ci—第i条块内聚力（KPa）；Φi—第i条块内摩擦角（°）；

Li—第i条块滑带长度（m）；αi—第i条块滑带倾角（°）；A—地震加速度（重力加速度g）；

βi—第i条块地下水线与滑带的夹角（°）；Kf—稳定系数

3.3.2 简化毕肖普法

稳定性系数计算公式[15]

（3-5）

式中：

（3-6）

3.4 稳定性计算及分析

3.4.1瑞典条分法

（1）稳定性计算条分图。稳定性计算的典型剖面进行条块划分如下图3-3。

（2） 滑坡稳定性计算

对典型剖面稳定性计算，充分运用野外实地收集资料，在三种工况用瑞典条分法利用公式3-1进行稳定性计算：

① 在工况1条件下：只考虑滑坡自重，采用计算公式如下：

（3-7）

② 在工况2条件下：考虑滑坡自重和久雨，采用计算公式如下：

（3-8）

③ 在工况3条件下：考虑滑坡自重和地震影响，采用计算公式如下：

（3-9）

具体见计算成果表3-1。

根据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006），关于斜坡稳定性状态按稳定系数的分级见表3-2

注：Fst为滑坡稳定性安全系数，规范中Fst=1.15

综合以上计算和分析，据表3-2对不稳斜坡的稳定状态进行评价，研究坡体的稳定性基本状态如下：

① 在工况1条件下：该典型不稳斜坡在工况1条件下，稳定系数Kf=1.243，处于稳定状态；

② 在工况2条件下：该典型不稳斜坡在工况2条件下，稳定系数Kf=1.146，处于基本稳定状态；

③ 在工况3条件下：该典型不稳斜坡在工况3条件下，稳定系数Kf=0.747，处于不稳定状态。具体稳定性系数和稳定性状态见表3-3

3.4.2简化毕肖普法

计算工作充分运用野外实地收集资料，在三种工况下用简化毕肖普法利用公式3-5和公式3-6进行了计算。

在第一种工况下，只考虑滑坡自重，采用计算公式如下：

（3-10）

取粘聚力C=13.7Kpa，内摩擦角φ=15.8°；假设Kf=1.25和Kf=1.26试算出mai，来求出稳定系数Kf。

第一次试算假定稳定系数Kf=1.25，计算求得Kf=138300/108954.2=1.249，第二次试算假定Kf=1.26，计算求得Kf=141045.4/108954.2=1.29。第一次试算结果与假定值基本接近，故取滑坡稳定系数Kf=1.26。

在第二种工况下，考虑滑坡自重和久雨，采用计算公式如下：

（4-11）

取粘聚力C=11.919Kpa，内摩擦角φ=14.694°，假设Kf=1.14和Kf=1.15试算出mai，来求出稳定系数Kf。

第一次试算[15]假定稳定系数Kf=1.14，计算求得Kf=160043.6/139690.66=1.147，第二次试算假定Kf=1.15，计算求得Kf=160645.3/139690.66=1.29。第一次试算结果与假定值基本接近，故取滑坡稳定系数Kf=1.147。

在第三种工况下，考虑滑坡自重和地震影响，采用计算公式如下：

（4-12）

取粘聚力C=13.7Kpa，内摩擦角φ=15.8°，假设Kf=0.6和Kf=0.7试算出mai，来求出稳定系数Kf。

第一次试算假定稳定系数Kf=0.6，计算求得Kf=82390.2/108954.2=0.76，第二次试算假定Kf=0.7，计算求得Kf=84722.8/108954.185=0.778。第二次试算结果与假定值基本接近，故取滑坡稳定系数Kf=0.778。

根据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006），关于滑坡稳定性状态按稳定系数的分级见表3-2。综合以上计算和分析，据表3-2对玉拉滑坡的稳定状态进行评价，研究区滑坡稳定性基本状态如下：

①在工况1条件下：该典型不稳斜坡在工况1条件下，处于稳定稳定状态；

②在工况2条件下：该典型不稳斜坡在工况2条件下，处于基本稳定状态；

③在工况3条件下：该典型不稳斜坡在工况3条件下，处于不稳定状态。

具体稳定性系数和稳定性状态见表3-4

3.5 瑞典条分法与简化毕肖普法的有效性分析

简化毕肖普法与瑞典条分法在三种工况下的计算结果比较：

（1）在工况1条件下：毕肖普法的Kf=1.26>Kf=1.243（瑞典条分法）

（2）在工况2条件下：毕肖普法的Kf=1.147>Kf=1.146（瑞典条分法）

（3）在工况3条件下：毕肖普法的Kf=0.778>Kf=0.747（瑞典条分法）

运用两种方法计算出的结果基本相同，但简化毕肖普法的分析过程得到了简化，且稳定性系数偏大。在工程实践中我们考虑偏于工程安全的保守值，并结合当地的工程经验；认为瑞典条分法的计算结果更符合工程实际，更具有可靠性。

4 结论

青海省东部地区输电走廊中分布诸多黄土体构成的不稳定斜坡，位于河谷丘陵上，微地貌呈陡坡，其岩性为黄土。坡体后壁陡峭，冲沟发育，冲沟两侧多出现垮塌，坡体变形迹象明显，坡体后部很有可能会产生局部垮塌。根据现场调查、工程地质测绘、勘探工程及室内试验所获得的数据和成果，采用瑞典条分法和简化毕肖普法对典型坡体进行稳定性对比计算，通过全面系统的分析研究斜坡变形的地质环境条件、诱发因素等表明：

（1）青海东部输电走廊老滑坡形成时期较早，势能降低较大，目前无整体失稳迹象。由于坡体受雨水入渗、黄土湿陷、基岩软化等，在老滑坡基础上形成的了新的不稳定黄土坡体，实际调查发现存在软弱面平缓、老滑坡形成的平台阻滞等，增加了坡体稳定性与安全性。

（2）通过对瑞典条分法和简化毕肖普法的对比计算发现，瑞典条分法更符合工程实际，更具有效性。

（3）输电走廊中多数不稳定坡体前缘部分地段存在人为开挖建房或垦地使老滑坡后部坡体变陡，有可能会产生局部垮塌，增加了坡体产生失稳的临空条件，对坡体稳定性不利，虽然滑坡目前处于基本稳定状态，但在各种不良地质作用和外界影响下可能失稳，建议进行加固等防灾处理。

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作者简介：张卫红（1968.10—），女，汉族，高级工程师，国家注册咨询工程师，国家注册监理工程师，主要从事岩土工程勘察工作。

通讯作者：莫先恒（1966.5—），男，汉族，高级工程师，主要从事岩土工程勘察工作。