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摘要：在我国经济社会全面快速发展，国家能源需求和安全、环境保护等都要求大规模地进行水利、水电资源的开发和利用。水利、水电资源的开发建设会形成水库，从而使得很多原来离库岸很远的公路变成库岸公路，不可避免地存在或产生大量的库岸公路和桥梁。因水库形成后会改变原有的水文状况、水动力状态和库岸岩土的工程性质，水库的形成不仅使蓄水前处于稳定的岸坡、路基、桥基等发生滑动、坍塌、崩塌和沉陷隆起，也会产生新的变形和破坏，影响公路的正常行车和安全稳定性。本文借鉴西南某项目针对沿水库岸坡公路边坡稳定性计算示例，不但可以对已有库区公路的维护管理和新建公路的设计、施工及维护管理提供帮助，还可以为水库周边的其他工程设施和人员、财产的安全保障提供有益的借鉴和参考。

本公路项目于2013年开工建设，K34+899.191～K40+100.000为沿水库库区路段，全长5.183448公里，采用设计时速40公里/小时，路基宽度8.5米的二级公路标准进行建设，路面类型为沥青混凝土路面。其中K34+899.191～K36+081.408段位于大坝上游12km处的库区右岸，K34+899.191～K36+081.408段（1.151314公里（短链30.903米））左侧为江流，右侧紧靠古滑坡体，该库区因当地新建电站蓄水需求，水位由蓄水前的最高洪水位1353.50m上升至1418.00m（正常洪水位），由于库区水位的升降、风浪的掏蚀等多种因素的作用，该段路基左侧库岸受到不同程度的浸蚀而被掏空、坍塌、库岸线不断后移，对原设计路基的稳定构成了严重威胁，为此对该段工程进行研究并提出合理防治建议。

1原岸坡稳定性计算结果分析

公路库岸稳定性计算采用由加拿大开发的土工专用有限元软件GEO-SLOPE，分析边坡在水库蓄水、正常运行水位、库水位快速下降、地震作用等工况下的稳定性。

1.1正常运行水位工况

原岸坡正常运行水位工况，通过GEO-SLOPE软件模拟在正常蓄水位工况（1418m），实测浸润线下的库岸稳态渗流过程，利用Ordinary法，Bishop法，Janbu法，Morgenstem-Price法四种常用极限平衡法，计算库岸最小安全系数，并通过自动搜索最危险滑面功能，找出库岸最易滑坡的破坏面。

由计算结果得知，原岸坡在正常运行水位工况下，利用Ordinary法，Bishop法，Janbu法，Morgenstem-Price法四种常用极限平衡法，计算库岸最小安全系数都远小于1，滑坡宽度为85.5m，边坡处于失稳状态。原库岸岸坡会继续滑动，导致失稳坍塌，岸坡线后移。

1.2库水位快速下降工况

根据《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）规定，库区渗流稳定计算应考虑坡体排水，实际情况中库水位骤降，坡体排水是有滞后效应的，因而考虑坡体排水的滞后效应更加接近于真实。水库水位下降容易导致库岸失稳，本文利用GEO-SLOPE软件，建立坡体排水渗流模型，对原岸坡在库水位5天下降20m（4m/day）、10天下降20m（2m/day）、15天下降20m（1.33m/day）、20天下降20m（1m/day）的工况进行模拟，利用极限平衡Morgenstem-Price法计算4种工况下的最小安全系数，并通过搜索危险滑面，找出坡体最易坍塌的破坏面。

根据计算结果可知，库水位下降速率对边坡稳定性有重要影响。安全系数随着水位的下降逐渐减小，在四种水位下降速率下，最小安全系数都发生在库水位下降20m时。最小安全系数与下降速度呈反相关，下降速度越快的工况，安全系数越小，下降速度越慢的工况，安全系数越大。

在库水位下降同样高度时，下降速率快的工况的安全系数小于下降速率慢的工况。换言之，在库水位下降同样深度时，下降速率越快，安全系数越低，越容易导致岸坡失稳坍塌。

从库水位下降的库岸稳定性安全系数与正常运行水位的库岸稳定性安全系数计算结果对比看，库水位下降的库岸稳定性安全系数比正常运行水位的库岸稳定性安全系数小很多，即原岸坡在库水位骤降的工况下比正常水位工况下更易发生库岸滑坡。

1.3地震作用工况

本公路项目K34+899.191～K35+860段库岸地理位置，根据《中国地震烈度表》规定，该地区抗震设防烈度为8级，本文利用GEO-SLOPE软件对原岸坡在地震烈度8级，动峰加速度值为0.30g，正常水位的工况下进行模拟，运用拟静力法，自动搜索最危险滑面，找出坡体最易滑坡的破坏面。根据计算结果，8级地震作用下，库岸安全系数只有0.351，原岸坡的路基下边坡极易发生坍塌，建议采取抗滑防护措施。

1.4原岸坡稳定性计算结果的对比分析

针对正常运行水位工况、库水位快速下降工况，利用Ordinary法，Bishop法，Janbu法，Morgenstem-Price法四种常用极限平衡法，计算库岸最小安全系数，并通过自动搜索最危险滑面功能，找出库岸最易滑坡的破坏面与路基的关系汇总见表1-1。Ordinary法，Bishop法，Janbu法，Morgenstem-Price法计算出的最小安全系数分别为：0.668、0.734、0.717、0.730；滑坡宽度分别为：85.5m、85.5m、85.5m、85.5m；滑坡距路基上边缘宽度分别为：34.0、34.0、34.0、34.0；滑坡距路基下边缘宽度分别为：43.5、43.5、43.5、43.5；剩余下滑力（kN）分别为：Janbu法3201.6KN，Morgenstem-Price法为3057.4KN。

从原岸坡正常运行工况下不同计算方法的稳定性计算结果对比表、原岸坡水位下降工况及地震工况的稳定性计算结果对比表看，在正常运行工况下不同稳定性计算方法计算获得的原岸坡稳定性计算的安全系数及下滑力虽然不同，但是滑坡的滑坡宽度、上界（后缘）距路基的距离基本一样；在不同库水位下降速率及地震工况下，相同计算方法不同水位下降速率及地震工况下的安全系数计算结果不同，随着下降速率的增加，最小安全系数降低，滑坡范围和剩余下滑力减小；地震作用与库水位下降进行对比，地震作用下的最小安全系数较小，滑坡范围和剩余下滑力增大；正常运行工况与地震和水位下降工况对比看，正常运行工况计算中的最大滑坡范围和剩余下滑力比地震和水位下降工况下的最大滑坡范围和剩余下滑力大，最小安全系数也较大。

从上面的计算结果及其对比分析看，有些不合常理的地方，如最小安全系数小的情况（如库水位下降速率大）剩余下滑力还小，再如最小安全系数大滑坡范围还大，等等。这是因为计算方法和考虑的因素不同获得不同的计算结果，考虑现有理论方法的成熟度不足，建议在工程中推荐最危险的（安全系数最小）、滑坡范围最大的情况作为工程布置或处治的情况进行设计。

2公路上边坡修整后库岸稳定性计算结果分析

公路上边坡修整后库岸稳定性同第一章一样，计算采用由加拿大开发的土工专用有限元软件GEO-SLOPE，分析边坡在水库蓄水、正常运行水位、库水位快速下降、地震作用等工况下的稳定性，分析方法不再赘述，仅展示分析结果。

2.1正常运行水位工况

安全系数计算结果得知，原岸坡在正常运行水位工况下，利用Ordinary法，Bishop法，Janbu法，Morgenstem-Price法四种常用极限平衡法，计算库岸最小安全系数都小于1，平均滑坡宽度为48.5m，边坡处于失稳状态。因此认为库岸可能仍然会滑动，易失稳滑动，岸坡线后移。

2.2库水位快速下降工况

从上边坡修整后的正常库水位与库水位下降情况下的稳定性安全系数对比看，库水位下降对岸坡的稳定性影响较大，即在库水位下降的情况比库水位不变的安全系数小，库水位下降速率大的安全系数比库水位下降速率小的安全系数小。

2.3地震作用工况

即地震作用下比库水位5天降低20米和正常水位情况下的安全系数还要小，即地震作用下下边坡产生滑动的可能性更大。

2.4公路上边坡修整后库岸稳定性计算结果的对比分析

针对正常运行水位工况、库水位快速下降工况，利用Ordinary法，Bishop法，Janbu法，Morgenstem-Price法四种常用极限平衡法，计算公路上边坡修整后库岸的最小安全系数，并通过自动搜索最危险滑面功能，找出库岸最易滑坡的破坏面与路基的关系汇总见表2-1。Ordinary法，Bishop法，Janbu法，Morgenstem-Price法计算出的最小安全系数分别为：0.692、0.763、0.742、0.761；滑坡宽度分别为：48m、48.5m、49m、49m；滑坡距路基上边缘宽度分别为：-4、-3.5、-3、-3；滑坡距路基下边缘宽度均为：43；剩余下滑力（kN）分别为：Janbu法为867.3KN，Morgenstem-Price法为808.5KN。

从公路上边坡修整后正常运行工况下不同计算方法的稳定性计算结果对比表、公路上边坡修整后水位下降工况及地震工况的稳定性计算结果对比表看，在正常运行工况下不同稳定性计算方法计算获得的原岸坡稳定性计算的安全系数及下滑力虽然不同，但是滑坡滑坡宽度、上界（后缘）距路基的距离相差不大；在不同库水位下降速率及地震工况下，相同计算方法不同水位下降速率及地震工况下的安全系数计算结果不同，随着下降速率的增加，最小安全系数降低，滑坡范围和剩余下滑力减小；地震作用与库水位下降进行对比，地震作用下的最小安全系数较小，滑坡范围和剩余下滑力增大；正常运行工况与地震和水位下降工况对比看，正常运行工况计算中的最大滑坡范围和最小安全系数比水位下降工况下的最大滑坡范围和剩余下滑力大，但剩余下滑力较小；正常运行工况计算中的最大滑坡范围与地震作用工况相比相当，最小安全系数比地震作用的大，但剩余下滑力较小。

从上面的计算结果及其对比分析看，有些不合常理的地方，如岸坡最小安全系数大滑坡范围还大。这是因为计算方法和考虑的因素不同获得不同的计算结果，考虑现有理论方法的成熟度不足，建议在工程中推荐最危险的（安全系数最小）、滑坡范围最大的情况作为工程布置或处治的情况进行设计。

2.5公路上边坡修整后库岸与原库岸稳定性计算结果的对比分析

从原岸坡和修整后的岸坡对比分析看，公路上边坡修整后除在库水位5天降20m工况下的安全系数降低外，其他（无论是正常运行工况、库水位降低或地震工况）工况，修整后的岸坡稳定性安全系数提高，剩余下滑力降低，滑坡范围宽度减小。虽然对公路上边坡进行修整是有益的，但从修整后的岸坡稳定性看，整体边坡还是达不到规定的安全系数。

从原岸坡和修整后的岸坡在正常运行工况和库水位下降及地震工况下的边坡稳定性计算结果看，稳定性安全系数都小于1，公路所在的库岸边坡都不稳定，且岸坡不稳定的破坏面都会危及或影响到公路工程的安全。需要对公路工程所在边坡进行加固或者把公路布置在岸坡滑动破坏的影响范围之外。

3本公路库岸塌岸预测

据《塌岸预测报告》中采用的塌岸预测参数，现利用三种塌岸预测方法（卡丘金法、卓洛塔廖夫法、三段法）对本公路原岸坡进行塌岸预测，并与稳定性计算中滑动面对比分析。三种分析方法如下：

3.1卡丘金法塌岸预测

卡丘金于1949年提出岸坡最终塌岸宽度预测计算公式，实质是依据实测的洪枯水位变幅带各类岩性岸坡长期稳定坡角，根据几何关系用计算图解法求解岸坡最终塌岸预测宽度，其精度取决于计算参数的选定。考虑到计算参数大多选自经验值，因此，在实际预测时必须对类似水动力条件和类似岩土体条件下的己有岸坡塌岸进行观测，以获得相应的较为可靠的计算参数。有时参考水库蓄水前的洪、枯水位变幅带岸坡形态数据来计算，也具有较好的预测效果。该方法适用于黄土类土层及平原地区水库的塌岸预测，研究显示，卡丘金法的预测结果偏于安全。

3.2卓洛塔廖夫法塌岸预测

此法为苏联学者卓洛塔寥夫于1955年提出，通过计算图解法进行岸坡最终塌岸宽度预测。

3.3三段法塌岸预测

在三峡库区塌岸地质条件研究调查期间发现，三峡库区大多数的库岸岸坡都可以简化为折线型岸坡，在河流地质作用下，库岸岸坡剖面大多数都会呈现陡缓缓（上、中、下）的三段式结构。据此提出了塌岸预测的“三段法”，即根据三段式岸坡在水库蓄水后仍以三段式演化的规律和特点，用蓄水前岸坡上、中、下各段的特征和参数去预测蓄水后上、中、下各段塌岸特征的一种塌岸预测方法。

该方法适合于岸坡结构较均一的土质或岩质库岸，计算时将待预测岸坡剖面作三段式简化，采用调查统计塌岸预测参数进行塌岸预测。该方法简便，可操作性强，且预测精度较好。

3.4分析结果

在原库岸稳定计算中，正常运行工况下计算的滑动面范围较大，塌岸宽度为85.5米，距路基上边缘最远（为34米）。现将此滑动面与本章塌岸预测所得的最终岸坡线对比分析。图3-1为塌岸范围对比图。

由塌岸范围对比分析可得，稳定性计算所得的最危险滑动面范围比塌岸预测所得的最终横向塌岸范围小得多，而在垂直方向上的破坏范围更深。

坡体稳定性计算是在坡体重力、库水压力、地下水压力和地震作用力等情况下产生的剪切滑动应力是否大于坡体的抗剪强度，如果产生滑动，是坡体的抗剪强度小于坡体的下滑应力。稳定性计算所得的最危险滑动面范围是一个对应工况下的、暂时的、不稳定状态的结果，当发生坡体滑塌之后，对应于另一滑坡体形状后的状况，还可能会继续滑塌，库岸可能会由一种相对不稳定状态转变为另一种相对不稳定状态，滑塌到最终稳定的坡体形态。本次计算的稳定性计算结果，是现有坡体形态下最不稳定的情况。

塌岸是由于岸坡在库水的浪蚀和软化作用下，从坡体表面开始产生浸蚀，先是产生浪蚀龛，然后浪蚀龛之上的土体产生坍塌；在库水的浪蚀和软化作用下又发生下一次循环的浪蚀龛和坍塌；如此循环形成最终的稳定边坡，经过多年的坍塌最终达到稳定状态。塌岸预测所得的最终塌岸范围是一个最终的，相对稳定状态的结果，岸坡已经达到了相对稳定状态，岸坡线几乎不再后移。

所以，在进行库岸边坡防护设计过程中，不仅要考虑到计算工况下的滑坡范围，还要考虑到塌岸预测的最终塌岸范围。如果水库岸坡发生塌岸，也发生滑坡，为了岸坡的稳定，既要防止浪蚀，也要防止滑坡；如果只发生塌岸，不产生滑坡，只采取防浪蚀措施即可；如果只产生滑坡，不产生浪蚀，只进行滑坡防治即可。这样才能保证边坡防护设计的合理性和科学性。

4防护建议

从本项目在库区路段K34+899.191～K36+081.408段的稳定性计算和塌岸预测计算结果看，该路段会发生滑坡也会产生塌岸破坏。从现有塌岸防护措施和方法看，主要是采取表面的防浪蚀破坏，进行表面防护。而对于该路段的可能滑坡看，滑坡深度较大，采取挡滑（如抗滑挡墙）的措施效果不是太好，有效的抗滑措施是采用抗滑桩或者是锚索（杆），而由于该路段滑坡土体松散，滑坡深度较大，如采用抗滑桩或者是锚索（杆）进行加固，还要进行桩间或锚索（杆）之间土体的支护（如框格梁或是框格梁+表面防护），而且还需要较长的锚固段。因此，如果采用既要进行塌岸防护也要进行滑坡防治，合适的方案是：抗滑桩+桩间挡墙、或者是锚索（杆）+框格梁+表面防护（干砌或浆砌块石（混凝土预制块））、或者是抗滑桩+锚索（杆）+桩间挡墙，并且还要有较长的抗滑桩锚固段或者是锚索（杆）锚固段。因此，如果采用防塌岸和防滑坡措施的话，费用较高，工期较长，且施工期间对现有公路的交通影响较大。

采取绕避的方案，把公路布置在塌岸和滑坡影响范围之外，避免库岸滑坡或塌岸对公路的影响。从滑坡影响范围和塌岸影响范围看，滑坡影响范围小于塌岸影响范围，如果个别段落避不开塌岸也要避开滑坡，这样有一个好处，塌岸是渐进式发展的，可以在绕开滑坡的情况下，在公路施工和运行期间，观察塌岸进展情况和形态，再确定合适的防护范围和防护方法，这可以节约经费，推迟投资，从经济和技术方面确定合理的塌岸防护措施。

通过以上分析，公路沿库区路段K34+899.191～K36+081.408段采用绕避方案较为合适，推荐采用布线绕避滑坡和塌岸的对策。

采取绕避方案的原则是：最好避让塌岸和滑坡影响范围，一定要避开滑坡影响范围。在路线布置时，先确定滑坡范围和塌岸范围，尽量避开滑坡和塌岸的影响范围布线；如果个别路段虽然避开了滑坡影响范围，但很难避开塌岸影响范围时，可以把路线布置在滑坡后缘之外塌岸影响范围之内。

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