沂源雋家峪滑坡穩(wěn)定性分析

王 喆，顏 銘，呂言新，喬衛(wèi)國(guó)

（1.迪爾集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)寧 272100；2.濟(jì)寧市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)寧 272100；3.山東科技大學(xué)土木建筑學(xué)院，山東 青島 266510）

1 前言

了解滑坡變形破壞的機(jī)理，是正確評(píng)價(jià)滑坡穩(wěn)定性、預(yù)測(cè)滑坡變形破壞趨勢(shì)和設(shè)計(jì)有效防治方案的前提。滑坡的發(fā)生除了與地貌、地質(zhì)等內(nèi)在的原因有關(guān)外，還與自然環(huán)境(氣候環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、水環(huán)境等)和人類活動(dòng)引起環(huán)境(水環(huán)境、工程環(huán)境、生態(tài)環(huán)境)變化的外在原因有關(guān)。但是影響坡體產(chǎn)生變形破壞的外部因素不是孤立的，而是和決定斜坡坡體產(chǎn)生的內(nèi)在條件相輔相承的，必須通過(guò)坡體變形破壞的內(nèi)在條件才起作用。

邊坡失穩(wěn)一直是邊坡工程研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，降雨是土質(zhì)邊坡失穩(wěn)的最大誘因。調(diào)查研究表明，絕大多數(shù)土質(zhì)邊坡失穩(wěn)出現(xiàn)在降雨期間或降雨之后，研究降雨對(duì)土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性影響具有重要意義，雨水滲入土體，水在邊坡內(nèi)富集，軟化滑帶，使滑帶土層的粘聚力、摩擦角減小,力學(xué)強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致滑體土沿滑動(dòng)帶滑動(dòng)。

2 工程區(qū)域地質(zhì)背景及地質(zhì)條件

2.1 區(qū)域地質(zhì)背景

唐莊滑坡位于山東省淄博市沂源縣西里鎮(zhèn)唐莊村雋家峪自然村，2009年7月22日晚大雨后，唐王村雋家峪西側(cè)山體形成了巨大的滑坡體?；聟^(qū)域兩側(cè)均為高山，山坡面積較大，整體匯水區(qū)域較大。

唐莊滑坡體主要由第四系覆蓋層組成。主要成分為碎石、塊石和強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖。碎(塊)石含量50%～70%不等，碎(塊)石成份以頁(yè)巖為主,塊徑一般為2～10cm；滑坡區(qū)域地表層為耕植土，以粉質(zhì)粘土為主，濕～稍濕，可塑狀態(tài)，混少量碎石。西側(cè)滑坡體地表匯水區(qū)域大，起伏較大，坡度較大，主要覆蓋物為經(jīng)濟(jì)林，靠近山谷位置有部分果樹(shù)?；聟^(qū)域無(wú)大的梯田，地表多為強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖，強(qiáng)度低。東側(cè)滑坡體較西側(cè)滑坡體小，匯水區(qū)域不大，主要為第四紀(jì)覆蓋層滑坡，滑坡區(qū)域存在大量人工開(kāi)發(fā)的梯田。

2.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)該區(qū)域多年降雨統(tǒng)計(jì)資料，繪制了淄博市沂源縣降水量統(tǒng)計(jì)表，見(jiàn)圖1。從圖1中可以看出沂源縣平均降雨量大于700mm，并且自2004年以來(lái)降雨量一直較大，2009年降雨量大于800mm。

圖1 沂源縣降水量統(tǒng)計(jì)

表層覆蓋層具有良好的透水性，降雨后，雨水迅速滲入表層土體，下部基巖區(qū)域附近形成水流通道，自山坡上部向下流，當(dāng)發(fā)生大雨或暴雨的情況下，水量較大，則易誘發(fā)山體滑坡。

3 滑坡極限平衡法分析

3.1 不平衡推力傳遞法

極限平衡分析法的基本假設(shè)有兩點(diǎn)：①假定當(dāng)坡體的強(qiáng)度指標(biāo)降低幾倍以后，坡體內(nèi)存在一達(dá)到極限平衡狀態(tài)的滑面，滑體處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)。②認(rèn)為對(duì)滑體進(jìn)行人為剖分后，各條塊為剛性塊體，只發(fā)生整體運(yùn)動(dòng)而不產(chǎn)生條塊內(nèi)部的變形。進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)，一般采用比較特殊的垂直的條分方式。對(duì)于滑體的所有n個(gè)塊體來(lái)說(shuō)，在極限平衡狀態(tài)下，滑體的未知量有:安全系數(shù)只有1個(gè)；條塊底面上的法向力、切向力及合力作用點(diǎn)，共3n個(gè)；條分面上的法向力、切向力及合力的作用點(diǎn)，共3n-3個(gè)。因此，整個(gè)滑體就有6n-2個(gè)未知量。對(duì)于每一個(gè)條塊而言，可以建立的方程有4個(gè)，其中3個(gè)位平衡方程，即：

另一個(gè)為在滑面上滿足摩爾—庫(kù)倫準(zhǔn)則的破壞方程，即:

式中：FS——安全系數(shù)；

αi——條塊底部的坡角；

bi——條塊寬度；

Li——條塊底部長(zhǎng)；

Ni——條塊i底面上的法向力；

Si——條塊i底面上的切向力；

Ei——條分面上的法向力；

Ti——條分面上的切向力；

Wi——第i塊土的自重；

Qi——土條i的水平作用力；

Ui——孔隙水壓力。

整個(gè)滑體可以建立4n個(gè)方程。顯然，未知量比方程數(shù)多2n-2個(gè)。這是一個(gè)超靜定問(wèn)題，求解此方程組有兩條途徑：①引入變形協(xié)調(diào)條件，增加方程數(shù)；②通過(guò)對(duì)多余變量或相互之間的關(guān)系進(jìn)行假定，以減少變量數(shù)或增加方程數(shù)。極限平衡法常采用第二種方法求解，并且一直認(rèn)為當(dāng)條塊寬度足夠小時(shí)，可以認(rèn)為底滑面合力作用點(diǎn)位于底滑面中心，這樣可減n個(gè)未知量。

3.2 不平衡推力傳遞法

不平衡推力傳遞法又稱折線法，假定劃分坡體條間力的合力與上一條底面相平行，根據(jù)力的平衡條件，逐條向下推求，直到最后一條的推力為零。按此法進(jìn)行計(jì)算，其C、?值取同一數(shù)值。采用傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)和剩余下滑力。

4 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4.1 計(jì)算方案的選取

本次滑坡穩(wěn)定性計(jì)算選擇了西側(cè)滑坡體的A-A剖面和未出現(xiàn)滑坡的B-B剖面；東側(cè)滑坡體的C-C剖面和未出現(xiàn)滑坡的D-D剖面。分別考慮兩種不同工況下進(jìn)行，見(jiàn)表1。采用不平衡推力傳遞法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算工況

4.2 材料參數(shù)的選取

本次滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)滑坡體工程地質(zhì)勘測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)地球物理探查及現(xiàn)場(chǎng)鉆孔等勘探方法，確定滑坡的范圍、滑坡體特征、滑移面物質(zhì)并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣及室內(nèi)試驗(yàn)，獲取滑動(dòng)面和滑坡體內(nèi)部相關(guān)資料，最后進(jìn)行有效計(jì)算，評(píng)價(jià)滑坡體的穩(wěn)定性。

本次滑坡體滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)主要通過(guò)地質(zhì)勘探成果（包括原位試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)等）、反演分析及參考類似工程經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行綜合分析后取值，見(jiàn)表2。

4.3 3D-σ計(jì)算模型的建立

根據(jù)高密度電法勘測(cè)、地質(zhì)雷達(dá)勘測(cè)和鉆孔勘測(cè)的結(jié)果，滑坡區(qū)域地形圖如圖3所示。本文采用三維有限元分析軟件3D-σ對(duì)唐王村雋家峪滑坡進(jìn)行了1∶500地形圖建立，范圍為以唐王村雋家峪自然村為中心，包含滑坡區(qū)域在內(nèi)的整個(gè)U形谷地，面積0.25km2。模型以110m高程處為零點(diǎn)，模型的邊界約束為單向約束。對(duì)110m高程以上部分建立了三維地質(zhì)計(jì)算模型進(jìn)行應(yīng)力變形分析。模型包含8 268個(gè)單元，36 975個(gè)節(jié)點(diǎn)。模擬了不同力學(xué)參數(shù)的巖土體，包括頁(yè)巖、砂巖、砂質(zhì)、粘土等。建立的模型如圖3所示。

表2 沂源滑坡巖體力學(xué)參數(shù)

圖2 滑坡區(qū)域地形圖

圖3 數(shù)值模型圖

4.4 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)上述計(jì)算方法和計(jì)算工況進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。滑坡體A－A剖面已滑區(qū)及滑坡體B-B剖面未滑區(qū)的分塊圖及推力曲線如圖4、圖5所示。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)滑坡區(qū)域降雨前后的分析，在天然工況，滑坡體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在設(shè)計(jì)降雨工況滑坡滑坡體已滑區(qū)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，未滑區(qū)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。說(shuō)明滑坡區(qū)域在無(wú)降水的情況下是保持基本穩(wěn)定的。在降雨后，滑坡區(qū)域的各項(xiàng)巖體力學(xué)指標(biāo)發(fā)生改變，滑坡區(qū)域的整體穩(wěn)定性變差。建議在滑坡區(qū)域的上緣施工截水溝并設(shè)置排水溝，以最大程度減少土體物理性質(zhì)的惡化。

表3 西側(cè)和東側(cè)滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

圖4 滑坡體A－A剖面已滑區(qū)分塊圖及推力曲線

滑坡的失穩(wěn)模式是各式各樣的，不同滑坡的地質(zhì)條件也是千變?nèi)f化的，因此滑坡治理工程的模式并不是已成不變的，尚需要進(jìn)行多方案的優(yōu)化研究，確?；轮卫砉こ探?jīng)濟(jì)、合理、安全可靠。

圖5 滑坡體B-B剖面未滑區(qū)分塊圖及推力曲線

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