涇陽南塬邊坡穩(wěn)定性理正模擬分析

王文勝

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069)

涇陽南塬位于陜西省涇陽縣境內(nèi)的涇河右岸，是渭北黃土臺(tái)塬的組成部分。橫跨太平、蔣劉、高莊三個(gè)行政鄉(xiāng)，東西長(zhǎng)達(dá)27.1 km。該區(qū)地形高差大，坡度陡斜，直接以陡坡形式與涇河漫灘相接，加之涇河不斷侵蝕，在人類工程活動(dòng)密集地帶，常發(fā)生崩岸型滑坡，對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?cái)產(chǎn)造成較大威脅。

1 研究區(qū)概況

1.1 地形、地貌及地層結(jié)構(gòu)特征

涇陽南塬屬于黃土臺(tái)塬地貌，出露的地層為典型的風(fēng)成黃土—古土壤序列。塬邊地貌單元不同，地層出露的厚度也不同，以五級(jí)階地出露的地層最厚。

此外，該區(qū)黃土覆蓋較厚，上部厚約10～15m的上更新統(tǒng)馬蘭黃土與其下伏的中更新統(tǒng)離石黃土是組成塬體的主要物質(zhì)。塬面高程為420～490m左右，微向西南傾伏。塬北側(cè)由于長(zhǎng)期受到?jīng)芎拥膹?qiáng)烈側(cè)蝕，形成了高為50～90m的陡峻斜坡。以太平鄉(xiāng)的寨頭村為界，涇陽南源從太平鄉(xiāng)棗坪村至高莊鄉(xiāng)長(zhǎng)約27.1 km的塬邊斜坡可分為上下游兩段。上游段(即西段)為涇河四級(jí)黃土堆積階地經(jīng)后期強(qiáng)烈的側(cè)蝕而形成的陡坡。底部出露的土層一般為第五層古土壤(S5)或第六層古土壤(S6)，相對(duì)高差為50m左右，坡度為45°～70°。下游段(即東段)為五級(jí)黃土堆積階地被強(qiáng)烈側(cè)蝕而形成的陡坡，底部一般出露第九層(S9)或第十層古土壤(S10)，相對(duì)高差為60～90m，坡度為45°～70°。這兩級(jí)階地均為嵌入式黃土堆積階地，下部土層埋入河漫灘相堆積。

1.2 水文條件

1.2.1 地表水

區(qū)內(nèi)地表河流主要是穿越渭北黃土臺(tái)塬的涇河。涇河發(fā)源于寧夏回族自治區(qū)涇源縣老龍?zhí)?，為渭河的一?jí)支流。涇河河道深切，蜿蜒曲折，曲折系數(shù)為1.6，平均比降為2.5‰。涇陽南塬處在涇河的下游。

1.2.2 地下水

塬區(qū)資料表明，涇陽南塬的地下水屬潛水類型。在塬區(qū)儲(chǔ)存于黃土層中，而在河谷地帶儲(chǔ)存于沖積層中，為中等富水區(qū)。地段不同，地下水的儲(chǔ)存層位和埋深也不同。在上游段，潛水一般儲(chǔ)存在第五層黃土(L5)中，其下的第五層古土壤(S5)起到了隔水層的作用，埋深約為40.50m。在塬邊，地下水一般從第五層古土壤頂部浸出，見圖1，形成明顯的潮濕條帶。在下游段，地下水埋深較大，約50～70m。第九層黃土(L9，即第一粉砂層)是主要含水層，也是源邊地下水排出的主要層位。

圖1 太平四級(jí)階地地下水從S5出露

2 模擬分析

理正模擬用的是極限平衡法中的瑞典條分法(圖2)，又稱弗倫紐斯條分法，其基本假設(shè)有以下幾點(diǎn):①滑面為圓弧面;②垂直條分;③每一分條兩側(cè)所受合力為零;④所有分條的安全系數(shù)均相同。所以，瑞典條分法是條分法中最古老、最簡(jiǎn)單的一種方法。

圖2 瑞典條分法

利用理正軟件中的邊坡穩(wěn)定分析模塊進(jìn)行數(shù)值模擬，各層參數(shù)設(shè)置如表1。

其中，定義L9下底面為零參考面，向上為正，向下為負(fù);S7、L8、S8、L9各項(xiàng)參數(shù)由試驗(yàn)得到，S7以上土層視為單一土層，參數(shù)值為查閱資料大致取的平均值?，F(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)L9部分出露地下水，故地下水位線設(shè)置為穿越地層L9;模擬的條件是輸入с、φ值，自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑面并得出該滑面的穩(wěn)定性系數(shù)K，模擬結(jié)果如圖3。

表1 瑞典條分法數(shù)值模擬各項(xiàng)參數(shù)

圖3 理正模擬結(jié)果圖

自動(dòng)搜索出最危險(xiǎn)滑面的穩(wěn)定性系數(shù)K=0.451。由于瑞典條分法忽略了條間力的相互作用，不能滿足所有的靜力平衡條件，得出的安全系數(shù)一般比其它嚴(yán)格的方法小10%～20%;尤其是在圓弧圓心角較大，并且有孔隙水作用時(shí)，得到的K值可能比其它嚴(yán)格的方法小一半。

假定該滑面的K=1，在此條件下模擬出相應(yīng)土層的с、φ值如表2。

表2 K=1時(shí)理正數(shù)值模擬得出的с、φ值

3 結(jié)語

(1)通過野外實(shí)地踏勘和模擬分析，得出涇陽南塬黃土滑坡的形成主要是地表水和地下水共同作用的結(jié)果。

(2)由表2可知，當(dāng)K=1時(shí)，各土層的內(nèi)摩擦角φ隨著粘聚力с的增加逐漸降低，直到減小為零。將表2繪制在一張圖中，如圖4，可以清楚的看到二者具有很好的線性關(guān)系。

圖4 粘聚力С與內(nèi)摩擦角φ關(guān)系

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