徐 康马才波

（1.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2.内蒙古引绰济辽供水有限责任公司，内蒙古 乌兰浩特 137400）

0 引言

长期以来，边坡稳定性一直是工程地质和岩石力学研究的重要课题，而边坡失稳受多种因素的影响，其中包括自然环境、地质构造、滑坡组成物质等。其中降雨是边坡变形破坏主导因素之一［1］，这是由于在持续降雨渗流作用下，导致边坡土体孔隙水压力增大以至于有效应力减小。同时由于降雨形成的径流在边坡表面对护坡物质的冲刷作用，导致边坡表面发生破坏，从而进一步增大雨水的渗透强度，加速边坡的变形破坏［2］。

针对边坡稳定性众多学者都开展了研究。其中，周明月等［3］对梅冲河系统边坡表面布置变形监测点进行边坡稳定性研究，结果表明该边坡均出现不同程度变形且同降雨存在明显正相关性；杨磊等［4］通过边坡表观变形、多点位移及锚索荷载等监测数据来研究长河坝水电站泄洪洞进口边坡的稳定问题；杜怡韩等［5］通过野外地质调查、工程地质勘察等方法以安徽省芜湖市繁昌区某小区南侧大型滑坡为研究对象，研究了强降雨对滑体土压力的影响规律、滑体在强降雨作用下的破坏机制。

经过对边坡稳定性的长期研究，逐渐从理论发展到对滑坡发生时间和规模的预测预报，掌握滑坡发生及发展规律，提前做好防护，从而减少滑坡产生的不良影响，因此滑坡预测预报相关工作顺势而生［6-7］。滑坡形成的机制相对而言比较复杂，影响因素较多并且演化机制复杂，因此，根据云南某水库边坡监测数据，采用数值仿真方法进行研究，分析强降雨条件下的边坡稳定情况，综合分析该滑坡的变化规律及发展趋势。

1 工程概况

某边坡位于云南省怒江州兰坪县营盘镇大华村附近澜沧江右岸坡体上，边坡距下坝址约5.1 km。其地貌形态如图1所示，曲线所标范围即为边坡滑坡体的范围，高程为1 410.00～1 870.00 m，滑坡堆积体预计体积约5×107m3。当水库水位达到1 500.00 m时，滑坡体将会有近70 m的范围淹没在水位之下。整个边坡呈扇形，前宽后窄，呈南北向展布，前缘沿河流约1.2 km。在整个斜坡区，整体表现出西部坡体高于东部坡体，上部坡体陡于下部坡体的斜坡地貌。滑坡岸坡坡度50°～60°，部分岸坡已失稳滑动。整个滑坡地表原始天然植被较少，且多为季节性植物，滑坡地表植被覆盖度随季节变化较大。

2 边坡观测数据分析

通过分析边坡监测数据，实时掌握边坡土体的实际变形情况以及可能滑动坡体的面积或体积，相应地进行预报和预警并采取相应的应急措施，以避免人员伤亡和财产损失。

2.1 监测点的选取

监测点位置的选择要既能全面反映边坡的变化过程，又能够确保监测的准确度，从大量实际工程得出的经验可知［8-9］，在不同部位布置监测点监测会对边坡的整体分析造成很大的影响，甚至差别很大，因此监测点的选取是一个极其重要的工作。监测点的选择需要根据边坡类型、监测要求、地质条件以及破坏情况综合选取。

在边坡设置3个断面，共布置6个监测点（ZK1-1~ZK3-2），监测断面分布情况如图1所示。

2.2 监测结果分析

根据监测成果分析，监测点ZK3-1位置滑动明显，从监测孔垂直方向（顺滑坡方向）和水平方向（顺水库方向）可以看出，曲线在12 m深处存在明显的拐点，上下错动距离0.1 m。

根据数据计算结果，监测点ZK3-1处沿x轴方向位移量在-2～8.42 cm，沿y轴方向位移量在-4.2～6.97 cm，位移速度0.020～0.078 mm/d，且运动速度与降雨有关。

3 模型建立

根据测斜仪监测结果，本次建模选取的边坡剖面为断面1-1~断面3-3，为了满足边界条件选取长240 m、宽200 m、高160 m的模型。基于有限差分原理对该滑坡进行动力学以及静力学的相关计算，数值模型一共划分单元141 200个，节点148 920个，网格基本上是六面体网格，建立的模型如图2所示。

图2 滑坡计算模型图

模型边坡表面为自由约束，模型四周施加法向约束，底部施加竖直位移约束［10］。该模型采用Mohr-Coulomb模型塑性模型［11］，初始应力场为重力场。

3.1 计算参数的选取

根据实际的地质勘查结果与室内土体试验获得土体的力学参数，并参考同类型滑坡文献数据［12］，综合得到模拟仿真分析正常工况及强降雨工况下不同土层参数如表1所示。

表1 正常工况下土体物理力学参数

3.2 正常工况下稳定性分析

以下计算是该边坡正常工况下稳定性计算，即只考虑在自重情况下平衡条件的稳定性。根据模拟仿真软件中自重应力平衡计算方法，计算结果如表2所示。

表2 强降雨工况下土体物理力学参数

通过图3、图4的位移云图可知，沿x方向的位移基本上跟滑坡整体位移方向一致，最大的位移主要集中于滑坡的表面部位以及滑坡中下部，沿x轴负向位移最大滑移量达到8.06 cm。从沿y方向的位移云图可知，滑坡的中上部有向y轴负方向位移的趋势，位移量达到10.6 cm，模拟结果与实际结果方向一致，沿y轴位移量偏小，整体呈牵引滑动趋势。

图3 正常工况边坡沿x方向位移云图

图4 正常工况边坡沿y方向位移云图

通过上述分析可知出现变形的区域主要集中于滑坡的中上部，并且整体的位移有向下滑动的趋势，跟位移矢量图的方向一致。整体变化表明滑坡上部不稳定，导致后续土体向前滑动。该滑坡失稳是由于上部破坏牵动下方土体稳定性从而导致边坡破坏。

3.3 强降雨工况下稳定性分析

降雨条件作为滑坡失稳的重要因素之一，常常需要考虑该条件下滑坡的稳定性。连续降雨使雨水沿孔隙、裂隙向下渗透，使滑体岩土含水饱和度或含水量增大，滑体重量增大，抗滑力减小，滑力增大，从而引发滑坡。除此之外，滑坡中部呈现一个“凹”形，出现局部洼地，下雨时容易形成雨水的聚集出现地表水，地表水的缓慢下渗容易加速该滑坡的滑动。

由于土体经过强降雨的浸泡后，相应的力学参数也会产生一定的变化，进行强降雨工况下稳定性分析，设置降雨量为107 mm/d，边坡表层土体相应参数会发生改变，具体参数选用参考表2，强降雨条件下的稳定性分析具体如图5、图6所示。

通过图5、图6位移云图可知，水平方向的位移基本上跟滑坡整体位移方向一致，最大的位移主要集中于滑坡的表面部位以及滑坡中下部，沿x方向最大滑移量达到31.1 cm。根据沿y轴方向云图分析可知，滑坡的中上部有向沿y轴负向位移的趋势，位移量达到51.7 cm，滑坡呈现的位移趋势为剪出形式，因此强降雨条件下，土体的重力增加，整体呈现牵引滑动趋势。

图5 强降雨条件下边坡沿x方向位移云图

图6 强降雨条件下边坡沿y方向位移云图

通过上述分析可知，出现变形的区域主要集中于滑坡的中上部，并且整体的位移有向下滑动的趋势，不同位移区域在降雨后破坏的特征发生明显变化，滑坡体在强降雨后土体颗粒饱和状态下，抗剪强度明显下降致使滑坡失稳时滑动面近似一个平面。滑坡体上部出现破坏现象，相较于正常工况变形破坏增大，与实际监测结果相比滑坡的位移方向一致，但位移量更大。

4 结论

结合工程实例，通过边坡实际监测数据与数值模拟相结合的方式对强降雨下边坡的稳定性进行分析，可以得出以下结论。

①通过模拟仿真模拟正常工况下边坡稳定性，水平方向上位移与实际监测结果一致，位移量与实际监测结果差值在1 cm以内，模拟仿真结果良好。

②通过监测分析得出边坡危险断面，结合数值仿真模型分析边坡在正常工况下位移量在强降雨工况下存在明显的滑动现象，模拟结果显示水平位移方向与实际监测结果一致，且位移量为正常工况下的3~5倍，因此强降雨会促进滑坡的发生。

③针对变形区域主要集中在边坡的中上部，且整体有向下滑动的趋势，可以采用设抗滑桩的支护措施，比削坡压脚的支护方法更有效。