基于传递系数法的岸坡稳定性分析——以某电站

某水电站库区为河流侵蚀堆积及构造剥蚀地貌，地形北高南低，且由于该地区暴雨洪水频繁发生，水位经常急剧上升和下降，造成库区岸坡稳定性欠佳，给电站的安全运行构成极大威胁。为此，本文采用传递系数法对该库区的典型岸坡进行稳定性分析。沈尧亮和侯殿英等［1］通过理论研究，分析了传递系数法的原型与衍生过程。周海清等［2］通过实际案例推导了滑面指标反算方法，该法通过验证可用于实际工程。袁兴平等［3］通过实例证明了在实际工程运用中剩余下滑力的差异及其对设计计算造成影响。通过文献综述，不难发现传递系数法在我国工程领域已获得了快速发展，应用广泛，且可靠性较高。

1 岸坡地质条件

本研究岸坡对象工程区出露地层以区域性微—中变质地槽型沉积建造为主，以三叠系最发育，分布最广。

1.1 工程区沿河出露主要地层

三叠系上统图姆沟组下段（T3t1）的板岩，岩层产状N 45°W/SW∠75°。第四系整个流域均有分布，沿河以冲洪积堆积为主，两岸缓坡地带以坡、残积堆积为主，洪积堆积主要分布在各支沟沟口。由于区域变质作用，岩层受强烈挤压、变形，岩体中节理、片理、板理非常发育，岩体破碎，区内构造格架以北西向为主。第四系以来区内新构造运动表现十分强烈，整个区域基本处于强烈抬升而遭受剥蚀的构造环境，表现为间歇抬升。区内抬升总体表现为东部抬升速度相对西部较快。河谷河流阶地不发育，洪积台地发育，阶面高出河水面5～20m。在地貌上表现为断层槽谷、断层陡坎、垭口及地表水系与断层的同步偏转。此外，强震主要集中分布在地质块体的活动边界断裂的某些特殊的构造部位成丛、成段出现。

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1.2 工程区地质为岩体风化、卸荷

岩体受构造因素及地形的影响，风化、卸荷分带较明显。强风化岩体结构部分遭破坏，岩体颜色多为浅黄色，裂隙发育，间距0.15～0.2m，裂面普遍锈染，锤击声哑，岩体为层状碎裂结构。弱风化岩体裂隙较发育，裂隙间距0.3～0.5m，大部分裂面有轻微铁锈渲染，锤击声略哑，岩体为层状镶嵌状结构。新鲜岩体结构未发生变化，裂面新鲜，锤击声清脆。河床强风化带垂直厚1～2m，弱风化带厚4～5m；岸坡强、弱风化带垂直厚度分别为3～4m和6～8m。岩体的卸荷作用主要表现为裂隙数量的增加和裂隙开度的增大，并沿主要结构面卸荷松弛。强卸荷岩体松驰，隐微裂隙和次生裂隙显现，构造裂隙普遍张开，且多处见有宽度大于2cm的陡倾角卸荷裂隙，常充填岩屑及次生泥，裂面普遍严重锈染。弱卸荷岩体较松驰，部分隐微裂隙显现，构造裂隙轻微张开，长大裂面普遍严重锈染，一般裂面有轻微锈染，可见宽度达0.5～1cm的陡倾角集中卸荷裂隙，局部充填有岩屑及次生泥。两岸强、弱卸荷带水平厚度分别为3～4m和10～15m。

1.3 区域内基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙潜水

1.3.1 第四系松散堆积层孔隙潜水

主要埋藏于河床、冲洪积台地中。地下水主要受大气降水与河水补给控制，与河水、沟水联系密切，受季节变化较明显。

1.3.2 基岩裂隙水

考虑到该水电站工程区岸坡地质构造及河水、暴雨对岸坡的影响，勘察期（即枯水期）水位262.3m，50年设计洪水位284.6m，选取50年暴雨条件和饱和参数计算滑动面。此外，由于工程区地震烈度为7°，则本次边坡稳定性计算需考虑地震荷载。根据上述条件，选取4种典型工况进行岸坡稳定性计算如表2。

通过对该区域工程地质和水文地质条件进行分析，并根据研究岸坡的现状，验证反演分析得到的c和φ值。计算时以项目所在区域已发生的滑坡作为依据，即已知滑坡的稳定性系数，参数取值区间0.95 ～1，可通过反算得到该区域范围内滑带土的抗剪强度参数c，φ。存在c和φ两个未知参数，首先，确定c值验算范围，并在该范围内选择一系列黏聚力值ci，通过反算得到对应的内摩擦角值φi。在不同参数组合中选择最优值，作为本滑坡案例的稳定性计算参数。计算如式（1）：

2 计算条件

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图1 边坡稳定计算断面及相关水位

2.1 计算参数选取

主要埋藏于基岩裂隙及断层破碎带中，其埋藏及补给、运移、排泄条件复杂，含水裂隙（带）之间水力联系差，主要接受大气降水补给，以下降泉形式排泄于沟谷或河流。该河段河水水质类型为重碳酸硫酸钙型水，对岸坡稳定有一定影响。

从表4的稳定性计算结果可看出，水电站库区天然岸坡的电流稳定系数均大于临界安全系数1并处于稳定状态，即水电站岸坡在工况1时是稳定的。在工况2，3，4条件下，岸坡的安全系数均小于1，说明此时岸坡若不采取加固措施将发生失稳和滑移。同时，由于本段岸坡覆盖层较厚，松散土体的稳定性将直接影响岸坡稳定和安全，进而影响到该工程水电站等其他水工建筑物的稳定性。

同时，结合该岸坡地理环境及当前状态，并参考类似工程的经验资料，充分考虑滑坡引起的地下水，如表1。

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表1 库区边坡稳定性计算相关参数取值

名称 容重/（kN/m3） 黏聚力c/kPa 内摩擦角φ/（°）黏土 19.4 22.3 14.0粉细砂 18.9 0.1 10.0砾石 20.8 0.0 16.0强风化泥岩 24.7 420.0 33.0

2.2 计算工况及荷载组合

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表2 不同工况荷载组合及稳定系数取值

荷载组合 最低稳定系数/Fs自重+地表荷载+勘察期间水位262.3m 1.15自重+地表荷载+设计50年一遇洪水位284.6m＋50年一遇暴雨1.15自重+地表荷载+设计50年一遇洪水位284.6m降至262.3m＋50年一遇暴雨 1.10自重+地表荷载+设计50年一遇洪水位284.6m降至262.3m＋50年一遇暴雨+地震 1.05

2.3 计算结果

本次稳定计算选取了覆盖层较厚的两个典型断面（如图1），采用传递系数法［4-5］计算边坡稳定系数结果如表3。结果包含了表3中设置的4种工况。

项目所在区域岸坡以土质岸坡为主，稳定性较差。土体主要为河流冲洪积堆积层，厚度大于10m，地面表层有厚度0.3m的壤土，含少量砾石，壤土为褐黄色，硬塑状，含较多的植物根系。下部为粗粒土漂块卵砾石夹砂层，粒径一般10～20cm，大者0.6～1.5m，成分主要为花岗岩、闪长岩、板岩、砂岩，磨圆度较好，分选性差。漂块卵砾石夹砂层中的细粒含量为17.1%，不均匀系数为85.45，曲率系数为6.05，属于级配不均匀的漂卵砾石土。天然干密度2.23g/cm3。土体结构松散，局部架空，人工扰动较多。局部岸坡段受人类活动的磨蚀，导致岸坡崩塌，形成的陡坎高达2～6m，根据现场地质勘察成果，选择覆盖层较厚和常年浸水前缘土壤进行稳定性计算，如图1。

表3 不同工况下两段边坡稳定计算成果

断面 计算成果 工况1 工况2 工况3 工况4图1（a） 安全系数 1.19 0.99 0.99 0.97稳定状态 稳定 不稳定 欠稳定 不稳定图1（b） 安全系数 1.17 0.94 0.98 0.93稳定状态 稳定 不稳定 不稳定 不稳定

式中 Si为无量纲变量，Si中最小值对应的ci和φi为最优的滑带土抗剪强度参数，其中ci为最优的滑带土对应的黏聚力 （kPa），φi为最优的滑带土对应的内摩擦角（°）；ηc，ηφ分别为黏聚力和内摩擦角对边坡稳定性影响系数，ηc∶ηφ=1∶3。μc为黏聚力均值（kPa）；σc为黏聚力方差（kPa）；μφ为内摩擦角均值（°）；σφ为内摩擦角方差（°）。

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3 结语

以某水电站库区内的天然岸坡为例，介绍了该工程区的工程地质和水文地质条件，采用传递系数法计算了该水电站库区内两段天然岸坡的稳定性大小。

（1）枯水期，两段岸坡的稳定系数均大于1.15；在考虑不利的运行工况时，岸坡对象的安全系数低于1，说明边坡需要采取加固措施才能保持自身的稳定。

（2） 该电站库区岸坡对象的稳定性受水和地震作用的影响十分显著，应注重岸坡的稳定问题。

（3）在后期工程建设过程中，应采取必要的边坡加固措施，预防滑坡等自然灾害的发生，从而保证库岸稳定及水电站的安全运行。

参考文献：

［1］沈尧亮，侯殿英.传递系数法的原型与衍生［J］.工程勘察，2010，1（S1）：477-486.

［2］周海清，刘东升，陈正汉，等.基于传递系数法的滑面指标反算方法的研究［J］.地下空间与工程学报，2010，6（6）：1161-1167.

［3］袁兴平，李珂，张顺斌.差别定义下边坡传递系数法计算差异分析［J］.地下空间与工程学报，2014，10（2）：347-350.

［4］GB50021—2001，岩土工程勘察规范［S］.

［5］GB50330—2002，建筑边坡工程技术规范［S］.