袁屹璋，邓 辉，张 晋

（成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059）

0 引言

近年来边坡稳定性问题已成为岩土工程研究的基本问题之一，尤其是随着众多边坡失稳等自然灾害的发生，目前边坡稳定性分析已成为重要的研究方向［1－3］。某电厂拟建场地的自然标高约160～218m，厂坪设计标高为218m。长江三峡库区水体位于场地的北东部，冬季最高水位175m，最低水位145m。厂区回填至平整标高后，将在场地临江一侧形成长约2.5km，填方厚度约50～60m的填方边坡，场区原始地形地貌属剥蚀残丘地貌和河谷阶地地貌，冲沟发育，出露的地层主要是第四纪坡残积、冲洪积松散覆盖层以及侏罗系上统遂宁组粉砂岩及泥岩。该填方边坡稳定性问题将是影响电厂安全生产和运行的关键因素之一。

1 气象与水文条件

1.1 气象

厂址所在区域属亚热带湿润季风气候，其特点为：四季分明，冬暖夏热，雨量充沛，无霜期长；年平均气温18.0℃；多年平均降雨量1 131.0mm，最大1日降雨量127.6mm，暴雨一般出现在4月—10月，最多为7月；年平均雷暴日数43次；多年平均风速0.6m/s，10分钟最大风速14.3m/s，风向 NE，极大风速31.5m/s，风向NNE；平均年雾日数62d，霜冻发生在11月至次年3月。

1.2 水文

厂区位于长江干流右岸。长江上游洪水发生的时间和地区分布与暴雨一致。长江上游洪水一般出现在6月—10月，以7月—8月为主要汛期，占全年径流量的35%，占汛期总水量的48%，7月出现年最大洪峰流量的机会最多，在8月下旬前后洪水有所衰减，9月又稍有回升。

2 场区工程地质条件

2.1 地形地貌

场地内地形西南高，东北及北部低。场地内地面标高一般为150.0～220.0m，相对高差30.0～70.0m。山体坡向多为北西或北东向，坡角15°～40°；在场地北部及西南部地段，山脊与冲沟相间发育，冲沟走向多为北东、北西向，冲沟底标高一般为150.0～200.0m。场地地貌分为2个地貌单元：剥蚀残丘地貌和河谷阶地地貌，另外还发育一些微地貌。

2.2 地层岩性

场地内地层由2大部分构成：第四系土层和侏罗系上统遂宁组（J3s）沉积岩。其中，第四系地层主要为第四系上更新统冲—洪积层（Qal＋pl3）的含卵砾石粉质黏土，卵石、圆砾含量约15%～35%，成分杂乱，密实，卵石磨圆度好，粒径一般为2～5cm。覆盖层厚度最大达19.2m，地貌上为长江的Ⅱ级阶地。场地内基岩为侏罗系上统遂宁组沉积岩，主要为粉砂岩、泥岩、粉砂质泥岩。岩性呈互层或夹层状分布，层厚不等，倾向一般为280°～345°，倾角一般为4°～15°。

2.3 地质构造

拟建场地在区域上位于扬子准地台四川台拗川东南褶皱束垫江拗褶带内，近区域位于珍溪向斜南东翼靠近轴部地段，根据测绘结果及前期资料，场地内地质构造简单，无断裂存在，构造以节理裂隙及层理为主，走向NE、倾向SE向节理裂隙最发育。水平层理、交错层理发育、清晰，局部可见波痕、泥裂等原生构造。

2.4 水文地质条件

场地内水文地质条件比较简单，最主要的地表水为长江三峡库区水体，位于场地的北部、北东部。由于三峡库区已开始正常蓄水，冬季最高水位175m，大部分冲沟将被江水淹没，场地内其余地段未发现大的地表水体、河流。

3 填方边坡重点剖面稳定性计算

3.1 计算参数的选取

计算参数的选取通过对场区岩土体进行物理力学试验，结合类似工程的参数取值，综合考虑各项因素和指标，场区涉及的各岩土体物理力学参数取值见表1。

表1 填方边坡计算岩土参数取值表

3.2 建立计算模型

根据场地勘察和钻孔等地质资料，图切了23条稳定性计算剖面作为填方边坡稳定性计算剖面。本文选取其中1条地层岩性最具代表性的剖面作为研究对象，其工程地质剖面图见图1，计算模型简图见图2。

3.3 计算工况及安全系数

稳定计算过程中考虑的工况主要包括以下6种：工况1：145m水位＋天然工况；工况2：145m水位＋持续降雨工况；工况3：145m水位＋地震工况；工况4：175m水位＋天然工况；工况5：175m水位＋持续降雨工况；工况6：175m水位＋地震工况。

计算过程对潜在滑移面的搜索分以下2种情况：一种是剪出口位于填方边坡坡脚处；另一种是剪出口位于护岸边坡部位。

图1 填方边坡工程地质剖面图

图2 填方边坡工程计算模型简图

计算过程中坡顶218平台考虑20kPa的均布荷载。

边坡的安全系数可以定义为总阻力与总下滑力之比［4］。结合本填方边坡工程的重要性、规模以及失稳可能构成的威胁，本次设计过程中对填方边坡的安全系数取值做如下要求：（1）持久工况（天然）：Ks≥1.5；（2）短暂工况（天然＋暴雨）：Ks≥1.3；（3）偶然工况（地震）：Ks≥1.1。

3.4 稳定性计算结果分析

计算结果见表2。结果显示当将搜索剪出口指定为护岸边坡时，边坡在145m和175m水位下各工况的稳定性计算结果均能达到要求。而当搜索剪出口指定为填方边坡部分时，存在145m水位降雨和175m水位降雨2种工况稳定性计算结果不能达到要求。软件搜索滑动面示意图见图3～4。

表2 稳定性计算结果

图3 145m水位滑面搜索示意图

图4 175m水位滑面搜索示意图

综上所述，该填方边坡在降雨时存在滑动的可能，剪出口位于填方体端部和护岸交界处。

4 防治工程及变形稳定性复核

4.1 防治工程方案设计

由于该边坡出露的软弱土层主要是含卵砾石粉质黏土，砾石含量约15%～35%，硬塑状，厚度约20m。对于这类软弱土层采用一般的地基处理措施往往难以达到良好效果，因此考虑对边坡采用抗滑支挡措施。

方案设计为：抗滑桩支挡＋坡面菱形格构防护＋植被绿化护坡＋坡面截排水。

根据稳定性定量计算结果进行抗滑桩设计，通过进一步计算得到抗滑桩设计荷载为450.26kN/m。根据设桩处横纵剖面与推力综合分析，在高程191.12m处布置一排抗滑桩，设计桩长24m，受荷段14.0m，锚固段10.0m，截面为1.5m×2.5m，横向间距为5m。

4.2 边坡变形稳定性复核

变形稳定性复核的目的是为了更好地分析填方边坡防治方案的治理效果。有限元法是以连续介质力学为基础的数值分析方法［5］，其计算通过SIGMA/W模块完成，过程中以给剖面最不利工况（175m水位＋持续降雨）作为计算工况，计算结果见表3、图4～5。

表3 剖面治理前后最大变形量对比

图5 剖面治理前塑性区

图6 剖面治理后塑性区

剖面的治理措施为抗滑桩。从剖面治理前后的计算结果（表3）我们可以看到，边坡在经过抗滑桩处理之后，水平变形和竖向变形均在布桩位置得到了有效的抑制；从图4和图5的对比中来看，治理前边坡塑性区主要集中在填筑体边坡端部与护岸边坡相交处，治理后边坡塑性区主要集中在了布桩处，抗滑桩工程有效地控制了填筑体前缘连续贯通型塑性破坏区的形成。

复核结果表明，防治工程对于提高剖面坡体稳定性起到了较为显著的作用。

5 结语

本文通过GEO－Slope中的SLOPE/W模块的计算得知，该剖面在145m和175m水位持续降雨工况下的稳定性计算不符合安全要求，进而结合稳定性计算的定量结果对该安全隐患进行相应的防治工程设计，之后运用SIGMA/W模块对边坡变形稳定性复核结果显示，防治工程对于提高剖面坡体稳定性起到了较为显著的作用。

［1］秦凯旭，冯文凯，郎秋玲.GEO－Slope软件在某滑坡稳定性计算中的应用［J］.灾害学，2007，22（2）：21－24.

［2］刘奉银，刘国栋，张瑞，等.GEO－Slope在工程应用中竖向边界取问题的探讨［J］.长江科学院院报，2010（7）：76－78.

［3］李显燕.基于GEO－Slope软件对某高边坡的稳定性分析与评价［J］.工程地质计算机应用，2010（1）：24－27.

［4］曾亚武，田伟明.边坡稳定性分析的有限元法与极限平衡法的结合［J］.岩石力学与工程学报，2005，24（增2）：5355－5359.

［5］郑涛，张玉灯，毛新生.基于GEO－Slope软件的土质边坡稳定性分析［J］.水利与建筑工程学报，2008，6（1）：6－8.