三峽庫區地質災害勘察信息系統（GHEIS）

三峽庫區滑坡穩定性評價系統（LASA）內容及時間安排內容課時方式1關于滑坡穩定性評價的幾個問題（理論）1講授為主2滑坡穩定性評價系統2-3教、學互動3崩塌、塌岸評價預測系統4教、學互動4練習、考核5-8自習第一講

關于滑坡穩定性評價的幾個問題目錄一、概述二、滑坡穩定性評價基本技術規定三、滑坡穩定性評價方法四、滑坡穩定性評價差異分析五、危巖體穩定性評價六、庫岸塌岸預測七、幾點體會三峽庫區是我國地質災害多發的地區，由于大壩的興建和移民搬遷，在一定程度上改變了原有地質環境的平衡狀態，不可避免的加劇了地質災害的發生。庫區庫岸全長5300km，水庫蓄水后的塌岸段預測有441km。在庫區范圍（淹沒影響區和移民遷建區，面積15000km2），共發現地質災害2548處。其中，崩滑體2490個、崩滑體總體積448501萬m3由于三峽庫區地質災害數量多，時間緊，任務重，進入三峽庫區從事滑坡的勘察、設計、施工的單位及人員很多

，開發三峽庫區滑坡穩定性評價軟件是非常必要的，必將為三期滑坡地質災害治理帶來巨大的經濟效益和社會效益。

一、概述研發的滑坡穩定性評價系統（LAndslideStabilityAnalysisSystem，簡稱LASA）通過調用滑坡信息系統，管理對象主要是滑坡穩定性評價模型，設計方法以模型驅動，信息趨向分散使用，其目標是希圖實現一個具有潛力的、適應性強的評價系統，強調充分發揮計算機的計算、判斷功能，使作出的決策正確、有說服力。本子系統LASA軟件適用于：（1）滑坡穩定性評價；（2）危巖體穩定性評價；（3）塌岸（庫岸）預測。服務對象（1）政府主管部門（3）工程參建單位（2）監測預警管理部門二、滑坡穩定性評價基本技術規定2.1滑坡分類

滑坡形成于不同的地質環境，并表現為各種不同的形式和特征?；路诸惖哪康木驮谟趯伦饔玫母鞣N環境和現象特征以及產生滑坡的各種因素進行概括，以便正確反映滑坡作用的某些規律

。表2-1一般滑坡分類表2.2滑坡防防治工工程分分級級別ⅠⅡⅢ危害對象縣級和縣級以上遷建城市。主要遷建集鎮、省道和國道、橋梁。移民遷建居民點、一般工礦企業。受災對象與損失危害人數(人)>20002000～300<300可能經濟損失(萬元)>1000010000～2000<2000表2-2滑坡、、崩塌塌（危危巖體體）及及塌岸岸按危危害對對象和和危害害損失失分級級※注：確確定防防治工工程等等級，，應符符合危危害對對象、、危害害人數數、可可能的的經濟濟損失失三項項指標標中的的兩條條或兩兩條以以上。。因特特殊情情況需需要進進行等等級增增減，，需要要經過過專門門論證證與批批準。。2.3荷載組組合及及安全全系數數穩定性性計算算荷載載及荷荷載組組合穩定性性計算算工況況2.4滑坡穩定狀狀態分級滑坡穩定性性狀態按穩穩定系數分分四級（據據【DB50/143-2003】），其中界定滑滑坡穩定程程度與工況況條件及滑滑坡災害程程度分級有有關，不同同災害等級級滑坡安全全系數見表表2-4。當某一工工況條件下下滑坡穩定定系數大于于或等于滑滑坡穩定性性安全系數數時，該滑滑坡在該工工況下的穩穩定性可視視為滿足要要求。2.5地面荷載地面荷載作作用方向為為垂直向下下，作用點點（面）為滑坡地表表面。集中荷載p（kN）線荷載p（kN/m）2.6水壓力計算算（1）孔隙水壓壓力（2）裂隙水引引起的靜水水壓力Vi（3）（滲透壓力））動水壓力力圖2-1作用在滑塊上的附加力2.7水平地震力力計算根據三峽庫庫區地質災災害防治工工作指揮部部（2004，12），《三峽庫區三三期地質災災害防治工工程設計技技術要求》，地震烈度度為Ⅵ度時，不計計入地震力力；大于Ⅵ度時，災害害體穩定計計算應計入入地震力。。地震荷載一一般只考慮慮沿滑動主主滑軸線方方向的水平平向地震作作用，整體體穩定分析析一般不計計入地震動動水壓力。。作用于質點點的水平地地震慣性力力按按下式計算算：三、滑坡穩定定性評價方方法定性評價方方法工程地質類類比法定量評價方方法：傳遞系數法法改進圓弧法法單平面法Fellenius法Bishop法Janbu法3.1傳遞系數法法（推薦方方法1）圖3-1傳遞系數法法計算說明明圖假設:1.條塊推力作作用方向平平行于滑面面。2.條塊劃分為為豎直方向向，忽略兩兩相鄰條塊塊間的摩擦擦力。3.只考慮了力力的平衡，，對力矩的的平衡沒有有考慮。式中：―滑坡穩定系系數；―作用于第塊塊段的抗滑滑力（kN/m）；―第塊段滑帶帶土的內摩摩擦角（°）；―作用于第塊塊滑動面上上的滑動分分力（kN/m）；―傳遞系數。。圖3-2滑坡傳遞系數法計算模型傳遞系數法法適用于各各種滑動面面形態，當當滑動面為為折線形時時，計算模模型如圖3-2。滑坡穩定系系數Fs的求解公公式：滑坡推力計計算①按傳遞系系數法計算算，公式如如下，②下滑力力Ti(kN)③抗滑力Ri(kN)④傳遞系數數3.2改進圓弧弧法（推推薦方法法2）圖3-3改進圓弧弧法計算算模型圓弧法適適用于堆堆積層（（土質））滑坡，，或均質質巖質滑滑坡?；路€定定系數Fs為：若假定有效應力，其中，rUi為孔隙壓力比，可表示為：簡化公式：3.3單平面法法（推薦薦方法3）單平面法法適用于于巖質滑滑坡，一一個滑動動面和一一個近鉛鉛直的張張裂縫，，常見于于傾斜層層狀巖體體斜坡中中。圖3-4巖質滑坡坡的計算算模型3.4Fellenius法（瑞典典條分法法）Fellenius又稱為瑞瑞典條分分法，是是滑坡穩穩定性分分析領域域中最早早出現的的一種方方法。Fellenius法是將滑滑動土體體豎直分分成若干干個土條條，將所所分的條條塊看作作是剛體體，分別別求出作作用于各各個條塊塊的力對對圓心的的滑動力力矩和抗抗滑力矩矩，然后后按公式式求滑坡坡的穩定定系數圖3-5Fellenius法（瑞典典條分法法）的受受力分析析圖（1）假設條條件該法假設設滑裂面面為圓弧弧形，假假定作用用在土條條間的作作用力對對滑坡的的整體穩穩定影響響不大，，故可以以忽略不不計。計計算穩定定系數時時，簡單單的將條條塊重量量向滑面面法向方方向分解解求得法法向力。。（2）根據圖圖示和下下列的極極限平衡衡方程及及摩爾—庫侖準則則，即，，①Ｘ方向向合力：：∑Ｆx=0(N個條塊，，N個方程)；②Ｙ方向向合力：：∑Ｆy=0(N個條塊，，N個方程)；可以得出出Fellenius法的穩定定系數的的計算公公式，3.5Bishop（比肖浦））法Bishop（1955)考慮條塊塊間側面面力，為為圓弧滑滑動條分分法。（1）假設條件①圓弧滑裂裂面②多余未知知力X=0（X為作用在土條條垂直面上的的剪力）;③靜力平衡。（2）計算表達式式為，3.6Janbu（簡布）法圖3-6Janbu法的計算圖示示Janbu法通過假設滑滑體推力線位位置并考慮慮微分條塊的的力矩平衡，，巧妙地推導導出條塊水平平推力與豎向向剪力的關系系，再根據條條塊的力平衡衡條件導出穩穩定系數迭代代求解格式。。但是，經過過大量的工程程證明，Janbu法存在著嚴重重的不收斂問問題，特別是是條塊劃分的的過密時，收收斂是很難保保證的。（1）假設條件①它考慮了土土條間的作用用力，提高了了計算精度，，能用于任意意形狀的滑動動面條件；②條塊上所有有垂直荷載的的合力之作用用線和滑面的的交點與Ni的作用點為同同一點，并滿滿足所有條塊塊的力平衡條條件；③整個滑面上上的穩定系數數是一樣的；；④假定條塊作作用力的方向向與該條塊的的滑面平行。。（2）穩定系數的的計算3.7滑動面參數反反分析方法反分析方法一一般應根據已已經滑動或有有明顯變形的的滑坡，采用用雙剖面法進進行聯合反算算，條件不具具備時可采用用單剖面進行行計算。應準準確考慮滑坡坡出現滑動或或變形時所處處的工況，根根據室內與現現場不擾動滑滑動面（帶））土的抗剪強強度的試驗結結果及經驗數數據，給定內內聚力c或內摩擦角φ，反求另一值。。已知φ，求內聚力已知c，求內摩擦角對已經滑動的的滑坡，Fs=0.95～1.00；對有明顯變形形但暫時穩定定的滑坡，Fs=1.00～1.053.8庫水位影響地地下水浸潤線線圖3-7河（庫）水位位上升引起的的地下水位浸浸潤3.8.1庫水位上升3.8.2庫水位下降圖3-8河（庫）水位位下降引起的的地下水位浸浸潤線變化a—導水系數(m2/s)；M—含水層厚度度(m)；μ—給水度，無無試驗資料料時可按有有關表取值值；3.9工程地質類類比法工程地質類類比法定性性評價法是是采用對信信息進行評評分的形式式進行穩定定性的評價價的。基本因素包包括：巖性性、地質構構造、地質質結構、巖巖體結構、、風化程度度、巖土體體變形破壞壞規律、地地下水等；；易變因素包包括：降雨雨、地震、、施工等變變化較大的的因素。考慮的因素素巖性（易滑坡地層層和不易滑滑坡地層）地質構造（復雜、中等、簡單）地質結構（順向坡、斜交坡、平疊坡、橫交坡、逆向坡）地下水坡角、滑面面頃角與內內摩擦角（β＞α＞φ、β＞α＜φ、β≤α）植被發育情情況（馬刀樹、醉醉漢林、地地表植被不不發育；植植被發育正正常）地變形及破破裂情況（后緣環狀狀拉裂縫，，前緣隆起起及隆張裂裂縫、有蠕蠕變跡象，，側壁出現現羽狀裂縫縫、尚未發發現異常））有效降雨量量（高誘發性、、中等誘發發性、低誘誘發性，降降雨量）地震（高誘發區、、中等誘發發區、低誘誘發區）人為活動的的影響（人工切坡腳腳、加載和和生活用水水和灌溉用用水直接排排入坡體、、人為振動動、無人為為活動）四、滑坡穩穩定性評價價差異分析析滑坡穩定性性評價是基基于剛體極極限平衡理理論基礎之之上的，完完全不考慮慮滑體本身身的應力應應變關系。。各種方法法的最大不不同之處僅僅僅在于對對相鄰條塊塊之間的內內力作何種種假定，也也就是如何何增加已知知條件使超超靜定問題題變成靜定定問題。這這些假定的的物理意義義是不同的的，所能滿滿足的平衡衡條件也不不相同，計計算步驟也也有簡有繁繁。因此，，在具體應應用時應注注意它們各各自的適用用場合。表表4-1給出了各種種方法所能能滿足的平平衡條件及及適用情況況。4.1適用條件表4-1各種方法所所滿足的平平衡條件計算方法所滿足的平衡條件滑裂面形式計算手段整體力矩條塊力矩垂直力水平力手算機算Fellenius法是否否否圓弧可可Bishop法是否是否圓弧可可Janbu法是是是是任意可可Sarma法是是是是任意可可傳遞系數法否否否是任意可可4.2實例計算結結果比較為驗證不同同穩定性計計算方法的的差異性，，特選取了了11個具有不同同巖組、滑滑動面性質質的滑坡進進行穩定性性計算。所所選例子主主要來自三三峽庫區滑滑坡、或已已在期刊雜雜志中發表表了的滑坡坡例子，所所選例子計計算工況見見表4-2表4-2滑坡穩定性性計算實例例工況滑坡代號工況組合A天然B天然C暴雨+地震D暴雨+地震E天然F175m水位G天然H84m水位I175m水位J150m水位K172m水位表4-3滑坡穩定性性計算結果果滑坡傳遞系數法Fellenius法Bishop法Janbu法A1.0391.161.3201.204B1.7001.7461.7931.730C1.0451.061.1481.075D1.4231.4151.4241.407E1.7601.4561.6851.806F1.5691.3281.6711.752G1.0341.0111.0921.140H1.1681.2501.3261.217I0.9510.9631.0040.982J1.0181.0101.0141.015K0.8710.8920.9260.930采用傳遞系系數法、Fellenius法、Bishop法和Janbu法分別對11個滑坡進行行穩定性系系數計算，，計算結果果見表4-3和圖4-1、圖4-2。圖4-1自然和低水水位工況計計算結果對對比圖4-2特殊殊工工況況計計算算結結果果對對比比對比比結結果果（1）除除傳傳遞遞系系數數法法外外，，Fellenius法（（瑞瑞典典條條分分法法））計計算算得得到到的的穩穩定定系系數數值值最最小小，，在在E、F這兩兩個個滑滑坡坡計計算算中中尤尤為為明明顯顯。。這這一一結結論論是是與與其其他他他他學學者者的的研研究究成成果果一一致致。。對對于于φ等于于零零或或數數值值很很小小的的軟軟粘粘土土，，滑滑裂裂面面底底部部的的正正應應力力對對有有效效抗抗剪剪強強度度影影響響較較小小。。用用瑞瑞典典圓圓弧弧滑滑動動法法求求出出的的穩穩定定系系數數并并不不一一定定比比其其它它方方法法來來得得保保守守。。當當φ比較較大大時時，，用用瑞瑞典典圓圓弧弧滑滑動動法法求求出出的的結結果果就就顯顯得得偏偏低低些些；；用其其它它方方法法卻卻得得出出大大致致相相同同的的結結果果；；出出現現了了較較大大的的偏偏差差外外，，其其余余計計算算結結果果和和傳傳遞遞系系數數法法較較接接近近；；（2）Bishop法、、Janbu法計計算算結結果果普普遍遍略略大大于于Fellenius法和和傳傳遞遞系系數數法法。。據據有有關關學學者者的的經經驗驗所所得得，，同同樣樣的的力力學學破破壞壞模模型型，，同同樣樣力力學學參參數數，，不不同同的的計計算算方方法法，，穩穩定定系系數數計計算算結結果果可可相相差差30%；（4）總總體體來來說說，，在在四四種種計計算算方方法法中中，，傳傳遞遞系系數數法法與與其其它它方方法法具具有有很很好好的的可可比比性性，，其其穩穩定定系系數數略略小小。。由由于于它它適適用用于于任任意意形形狀狀滑滑動動面面滑滑坡坡，，并并且且還還可可計計算算出出滑滑坡坡推推力力。。因因此此，，在在一一般般情情況況下下，，推推薦薦為為首首選選計計算算方方法法；；注：由于于傳遞系系數法公公式在物物理意義義不清的的問題，，在國際際上并未未得到廣廣泛認可可。（5）穩定性性計算方方法對不不同滑坡坡的結果果趨勢是是不完全全相同的的。有的的差異較較大，而而其它滑滑坡的差差異相對對較小。?？梢?，，在滑坡坡穩定性性計算時時，應盡盡量選擇擇與假設設條件相相近的計計算方法法。4.3傳遞系數數法誤差差源分析析開發的LASA軟件驗算算結果表表明，經經典的教教科書上上例子，誤誤差極小小，可以以忽略不不計；三三峽庫區區滑坡實實例的驗算得得出的穩穩定系數數，與二二期勘察察報告結結果相比比有大有小，，個別較較大的誤誤差達24%，總體上上LASA軟件所計算的的穩定系系數值大大4.716％。分析認認為，滑滑坡穩定性評價價誤差源源自以下下三個方方面：1）計算機機計算過過程中的的累積誤誤差2）條分數數量差異異造成的的誤差3）計算公公式的差差異造成成的誤差差圖4-3寶塔坪1-4涉水不同同條分時時Fs曲線圖4-4西五路1-1無水不同同條分時時Fs曲線4.4關于滲透透壓力計計算公式式問題滲透壓力力計算公公式的差差異，如如，，β為浸潤線線的傾角角，β為浸潤線線的傾角角，α、β分為滑面面傾角和和浸潤線的傾角角圖4-7浸潤線于于滑動面面近平行行或相差差10°當浸潤線線與滑動動面近乎乎平行（（α=β，圖4-7a）時，或者者傾角的的差在10°以內（α≒β，圖4-7b）時，用計算基本本合理。。情況一當當浸浸潤線與與滑動面面近乎平平行，或或兩者傾傾角的差差在10°以內時情況二當當滑滑動面的的傾角和和水位線線的傾角角差值大大于10°時圖4-8滑動面后后緣較陡陡傾（︱αi－βi︱>10°°）對于這種種情況，，對于后后滑坡緣緣陡傾滑滑面可視視為透水水邊界的的情況下下，在計計算動水水壓力時時的角度度可直接接采用水水位線的的傾角以以減小計計算結果果的誤差差。情況三當當滑滑動面水水平時圖4-9滑動面近近水平當滑動面面近水平平，即α≒0時（圖4-9），若用用計算動水水壓力則則偏小。。三峽庫庫區滑坡坡的中間間部分，，往往如如此。如如萬州水水平地層層滑坡。。對此種種類型滑滑坡，計計算的穩穩定系數數結果將將偏大。。情況四當當滑動面面前緣出出現反傾傾時圖4-10滑動面的的前緣為為反傾當滑動面面前緣反反傾時（（見圖4-10），計算算式中可以改成成直接采采用水位位線的傾傾角來計計算。建議LASA1.0采用計算算機自動動識別折折點的方方法進行行條塊的的劃分是是合理的的，考慮慮了滑動動面、地地形線等等轉折點點。同時時，條塊塊的劃分分數可以以在6-100之間選取取，因此此在計算算中可以以根據實實際的需需求進行行劃分，，也可以以將不同同條塊劃劃分數的的計算結結果進行行對比，，當計算算的結果果趨于一一個定值值時，計計算的穩穩定系數數即為評評價的穩穩定系數數；對于滑動動面和水水位線傾傾角反傾傾時，以以及滑動動面和水水位線傾傾角差大大于100的情況，，由計算算機自動動識別，，動水壓壓力按照照地下水水位線的的角度進進行計算算（J=sinβ）；而其他情情況按β為浸潤線線的傾角角計計算；；對于因滑滑動面出出現內凹凹的折點點時，穩穩定性系系數的計計算仍按按照傳遞遞系數法法公式進進行。若若剩余推推力小于于0，則將剩剩余推力力設為零零進行計計算；由于采用用公式（（4-2）計算傳傳遞系數數更精確確、合理理，采用用計算機機進行計計算，復復雜的迭迭代計算算已不成成問題，，所以，，無需考考慮反復復迭代計計算的工工作量問問題，建建議采用用公式（（4-2）計算傳傳遞系數數。五、危危巖體體穩定定性評評價滑移式式危巖巖體穩穩定性性評價價傾倒式式危巖巖體穩穩定性性評價價墜落式式危巖巖體穩穩定性性評價價5.1危巖體體穩定定性評評價的的荷載載組合合、安安全系系數5.1.1危巖體體穩定定性評評價的的荷載載組合合表5-1危巖體體穩定定性評評價的的荷載載組合合情況況工況荷載組合裂縫充水的高度備注1天然狀態＋自重非校核工況2飽水狀態＋自重非校核工況3天然狀態＋地震校核工況表5-2危巖穩穩定性性安全全系數數危巖類型危巖崩塌危害性分級一級二級三級非校核工況校核工況非校核工況校核工況非校核工況校核工況滑移式危巖1.401.151.301.101.201.05傾倒式危巖1.501.201.401.151.301.10墜落式危巖1.601.251.501.201.401.155.1.2安全系系數5.1.3危巖體體穩定定狀態態利用穩穩定系系數判判斷危危巖穩穩定狀狀態時時，應應符合合表5-3的規定定。表5-3危巖體體穩定定性狀狀態危巖類型危巖穩定狀態不穩定欠穩定基本穩定穩定滑移式危巖F<1.01.00≤F<1.151.15≤F<FtF≥Ft傾倒式危巖F<1.01.00≤F<1.251.25≤F<FtF≥Ft墜落式危巖F<1.01.00≤F<1.351.35≤F<FtF≥Ft5.2滑移式式危巖巖體穩穩定性性評價價a）后緣無無陡傾傾裂隙隙時按按下式式計算算b)后緣有有陡傾傾裂隙隙、滑滑面緩緩傾時時，滑滑移式式危巖巖穩定定性的的評價價方法法等同同與滑滑坡穩穩定性性評價價方法法中的的單平平面法法。圖5-1滑移式式危巖巖穩定定性計計算（（后緣緣無陡陡傾裂裂隙）5.3傾倒式式危巖巖體穩穩定性性評價價a)由后緣緣巖體體抗拉拉強度度控制制時(危巖體體重心心在傾傾覆點點之外外時)(危巖體體重心心在傾傾覆點點之內內時)圖5-2傾倒式式危巖巖穩定定性計計算（（由后后緣巖巖體抗抗拉強強度控控制））b)由底部部巖體體抗拉拉強度度控制制時，，按下下式計計算(圖5-3)。圖5-3傾倒式式危巖巖穩定定性計計算（（由底底部巖巖體抗抗拉強強度控控制））5.4墜落式式危巖巖體穩穩定性性評價價a)對后緣緣有陡陡傾裂裂隙的的懸挑挑式危危巖按按下列列二式式計算算，穩穩定性性系數數取兩兩種計計算結結果中中的較較小值值圖5-4墜落式式危巖巖穩定定性計計算（（后緣緣有陡陡傾裂裂隙））b)對后緣緣無陡陡傾裂裂隙的的懸挑挑式危危巖按按下列列二式式計算算，穩穩定性性系數數取兩兩種計計算結結果的的較小小值圖5-5墜落式式危巖巖體穩穩定性性計算算（后后緣無無陡傾傾裂隙隙）六、庫庫岸塌塌岸預預測E·ГГ·卡丘金金法(推薦方方法)Г·C·佐洛塔塔廖夫夫法6.1卡丘金金法（E·ГГ·卡丘金金于1949）最終塌岸預預測寬度計計算公式為為：該式的實質質是依據實實測的洪、、枯水水變變幅帶各類類巖土岸坡坡長期穩定定坡角，根根據幾何關關系用圖解解法求解庫庫岸最終塌塌岸寬度，，其精度取取決于計算算參數的選選定。圖6-1卡丘金方法法預測塌岸岸圖解6.2左洛塔廖夫夫法（?！·ззoллаттарревв，1955）①繪制出預預測地點的的地形地質質剖面：②標出水庫庫正常高水水位線與水水庫最低水水位線；③由正常高高水位向上上標出波浪浪爬高線，，爬升高度度hB可取一個波波高；④由最低水水位向下，，標出波浪浪影響深度度線。影響響深度hp取（1/3～1/4）波長，粘粘性土應大大一些，砂砂土小些；；圖6-2佐洛塔廖夫夫法預測塌塌岸圖解（（Γ·C·ззoллаттарревв，1955）⑤在在波波浪浪影影響響深深度度線線上上選選取取a點，，該該點點位位于于堆堆積積淺淺灘灘帶帶與與淺淺灘灘外外緣緣陡陡坡坡帶帶之之轉轉折折點點處處，，該該點點的的選選取取應應使使堆堆積積系系數數ka之值值與與圖圖中中所所列列數數值值相相符符；⑥由由a點向向下下，，根根據據淺淺灘灘堆堆積積物物的的巖巖性性繪繪出出外外緣緣陡陡坡坡，，使使之之與與原原斜斜坡坡線線相相交交：：其其穩穩定定坡坡度度α1：粉細細砂砂土土和和粘粘性性土土為為<8°°～12°°，卵卵石石層層和和粗粗砂砂土土為為<18°°～12°°。由由a點向向上上繪繪出出堆堆積積淺淺灘灘的的坡坡面面線線，，與與原原斜