袁家地灣頭滑坡成因機制與穩(wěn)定性評價

張御陽，裴向軍

（成都理工大學環(huán)境與土木工程學院，成都 610059）

0 引言

廣元市處于四川北部邊緣，山地向盆地過渡地帶，地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜多變，地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育。受5.12汶川地震及2010年7月22日—23日的持續(xù)強暴雨影響，該地區(qū)發(fā)生了大量的崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，嚴重地威脅了廣大人民群眾的生命安全。袁家地灣頭滑坡位于朝天區(qū)東溪河鄉(xiāng)中壩村，屬于持續(xù)強暴雨觸發(fā)的土質(zhì)滑坡，威脅中壩村4組29戶居民的生命和財產(chǎn)安全。在深入調(diào)查研究該滑坡體的變形特征的基礎(chǔ)上，并結(jié)合室內(nèi)計算，對該滑坡體的穩(wěn)定性進行了認真的分析和評價，并據(jù)此提出來該滑坡的防治方案。

1 工程地質(zhì)環(huán)境條件及成因分析

1.1 滑坡概況

勘察區(qū)在區(qū)域上位于四川盆地北部龍門山北東向構(gòu)造帶向米倉山東西向構(gòu)造帶過渡地區(qū)，屬于龍門山構(gòu)造侵蝕中低山河谷地貌區(qū)，微地貌單元屬山前斜坡地貌，整體地形南高北低，該滑坡地形坡度角一般為31°，前緣高程為690～700m，后緣高程798～824m，整個斜坡呈階梯狀（見圖1）。

本區(qū)出露地層主要是志留系滑天坡組及第四系全新統(tǒng)的殘坡積物。其中滑天坡組主要巖性為灰褐色絹云母千枚巖，產(chǎn)狀322°∠44°。

本區(qū)位于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的龍門山印支褶皺。北臨摩天嶺加里東褶皺帶，區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造為林庵寺—三星洞逆沖推覆斷層、菜子壩推覆構(gòu)造帶、龍門山印支褶皺帶明月峽背斜。

圖1 袁家地灣頭滑坡平面圖

本區(qū)地下水類型為松散土層孔隙水和基巖裂隙水，主要靠大氣降水補給，動態(tài)變化大，徑流途徑短，沿斜坡向地勢較低的地方排泄。

1.2 滑坡結(jié)構(gòu)特征

受2010年7月23日特大暴雨的影響，整個滑坡左側(cè)部分坡體已經(jīng)發(fā)生失穩(wěn)變形。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其前緣以小路上側(cè)出露基巖為界；后緣以靠近山脊側(cè)出露基巖處為界；左側(cè)緊靠已失穩(wěn)部分坡體，并以出露基巖處為界；右側(cè)以公路交叉口向滑坡體下出露基巖為界?；碌闹骰较蚣s為328°，滑坡軸長約210m，寬約170m，平面上呈蹄形，面積約3萬m2，體積約18萬m3，為一中型土質(zhì)滑坡。根據(jù)鉆孔揭露表明滑坡體的前緣和后緣的覆蓋層厚約2.2～6.5m，中間厚度較大約11.2～12.8m。以上滑坡范圍內(nèi)，基巖穩(wěn)定，無滑動現(xiàn)象，基巖上覆土層主要為粉質(zhì)黏土。粉質(zhì)黏土在浸水飽和后抗剪強度降低，易發(fā)生剪切破壞，是構(gòu)成滑帶的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，滑床為基巖，滑體以粉質(zhì)黏土為主（見圖2）。

圖2 袁家地灣頭滑坡全貌

1.3 滑坡變形特征

滑坡體主要變形都是淺表層的巖土體的滑塌。經(jīng)過走訪調(diào)查，滑坡主要發(fā)育有4條裂縫和5處淺表滑塌，其中裂縫的裂開長度在3～20m，寬度在5～30cm，基本已被村民充填。根據(jù)斜坡變形特征，滑坡劃分為強變形區(qū)和弱變形區(qū)。

圖3 強變形區(qū)后部裂縫

圖4 強變形區(qū)下緣的滑塌

其中強變形區(qū)在中部左側(cè)的陡坡，該處上緩下陡，地貌上為一凸形坡。發(fā)育有2條裂縫和5處淺表滑塌。其中強變形區(qū)后部的1號裂縫（見圖3）長約20m，寬約5～20cm。5處淺表滑塌最大的約40m3，最小的約9m3，其中最大一處位于強變形區(qū)下緣（圖4）。

1.4 滑坡成因分析

該滑坡形成由內(nèi)因和外因兩方面組成，內(nèi)因主要是地形、物質(zhì)組成、地層結(jié)構(gòu)、地下水活動等因素。外因主要是降水、人類工程活動和地震等。厚實的松散堆積層為該滑坡的產(chǎn)生提供了物質(zhì)來源；滑坡所在的山體坡度較大，山形較陡，對坡體保持穩(wěn)定不利；坡體表層的粉質(zhì)黏土富含絹云母等親水礦物質(zhì)，持水性較好，抗剪強度較低；基巖主要是絹云母千枚巖，巖石易風化、透水性差，硬度較低，為該滑坡的形成提供了有利的地層條件；豐富的降水和地表水滲入土體，增大了土體的重度，降低了滑動土的力學強度，并在自重下表層土體發(fā)生蠕變，局部已拉張變形，為該滑坡的形成提供了有利的激發(fā)條件。

上述幾種因素中，降雨是該滑坡的主要誘發(fā)因素。2008年，滑坡左側(cè)靠山頂處修筑一條鄉(xiāng)間公路，由于開挖使后緣巖體暴露于坡表。2010年7月23日持續(xù)暴雨后，大量降水滲入巖土體的裂隙和斜坡松散堆積層的粉質(zhì)黏土中，因其下伏基巖隔水性好，透水性差，導(dǎo)致降雨一方面使滑體重度增加，加大下滑力，另一方面造成滑帶土受浸泡軟化，力學性質(zhì)降低，從而造成已失穩(wěn)部分坡體的破壞。

斜坡2－2′剖面中部的強變形區(qū)由于是下陡上緩的凸形坡，坡的前緣形成一個不利的臨空面，坡后發(fā)育一條5～20cm寬的長裂縫，同時大部分的局部淺表垮塌均發(fā)育于此，在遭遇地震，持續(xù)暴雨的情況下，極有可能發(fā)生破壞（見圖5）。

圖5 斜坡2－2′剖面工程地質(zhì)剖面圖

2 滑坡穩(wěn)定性評價

2.1 傳遞系數(shù)法分析整體穩(wěn)定性

選取沿主滑方向的2條工程地質(zhì)剖面1－1′和2－2′作為穩(wěn)定性計算剖面，根據(jù)鉆探資料分析，該滑坡滑面近似于折線形，采用極限平衡傳遞系數(shù)法計算滑坡的穩(wěn)定性，計算出不同工況下的穩(wěn)定性系數(shù)和剩余下滑力，提出滑坡防治工程的設(shè)計依據(jù)（見圖6～7）。

圖6 2－2′計算剖面模型

圖7 1－1′計算剖面模型

2.1.1 滑坡物理參數(shù)確定

（1）滑體土重度的確定

滑坡體以粉質(zhì)黏土為主，夾雜少量的千枚巖碎石，結(jié)合土壤室內(nèi)試驗平均值，經(jīng)綜合考慮后，天然重度取19.29kN/m3，飽和重度21.04kN/m3。

（2）抗剪強度參數(shù)取值

計算采用室內(nèi)試驗值結(jié)合當?shù)亟?jīng)驗值經(jīng)綜合分析后確定土體的抗剪強度參數(shù)。確定穩(wěn)定性驗算抗剪強度參數(shù)取值如下：天然狀態(tài)下C＝24.79kN，φ＝21.93°，暴雨工況下C＝22.06kN，φ＝19.88°。

2.1.2 滑坡穩(wěn)定性計算

（1）計算工況選取

由于該滑坡的穩(wěn)定性主要影響因素為降雨，且處于地震設(shè)防烈度為Ⅶ度的地區(qū)，因此主要考慮以下3種工況，采用傳遞系數(shù)法對滑坡進行穩(wěn)定性計算，各工況及其參數(shù)取值情況見表1。

表1 滑坡穩(wěn)定性計算工況條件表

（2）計算方法及結(jié)果

穩(wěn)定系數(shù)k計算公式如下：

式中：k—— 穩(wěn)定系數(shù)；

Ri—— 作用于第i塊段抗滑力（kN/m）；

Ti——作用于第i塊段滑動面上的滑動分力（kN/m）；

Rn—— 作用于第n塊段的抗滑力（kN/m）；Tn——作用于第n塊段的滑動面上的滑動分力（kN/m）；

Ψj——第j塊段的剩余下滑力傳遞至第j＋1塊段時的傳遞系數(shù)（j＝i）。

上式中Ri與Ti分別按照式（2）～（3）計算：

式中：Ni——作用于第i塊段滑動體上的法向分力

（kN/m），Ni＝ （Wi＋Qi）cosαi；

Φi—— 第i塊段滑帶土內(nèi)摩擦角（°）；

Ci—— 第i塊段滑動面上黏聚力（kPa）；

li—— 第i塊段滑面長（m）；

Wi—— 第i塊體重量（kN/m）；

Qi——作用于第i塊段滑動體上的建筑荷載

（kN/m2）；

Ai—— 第i塊段飽水面積（m2）；

di—— 第i塊段滑動傾角（°）。

剩余下滑力計算公式：

式中：Ei～1——第i～1條塊的剩余下滑力（kN/m），

作用于分界面的中點；

αi—— 第i條塊所在滑面傾角（°）；

K——不穩(wěn)定斜坡推力安全系數(shù)。

計算過程中，工況1條件下，安全系數(shù)取1.15，工況2條件下安全系數(shù)取1.05，工況3條件下安全系數(shù)為1.02，計算結(jié)果見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性計算和分析結(jié)果

2.2 對滑坡部分不利穩(wěn)定的坡體進行分析

由于2－2′剖面中部的坡體是上緩下陡的凸形坡，臨空條件較好，易導(dǎo)致局部失穩(wěn)。用理正巖土軟件的邊坡穩(wěn)定性分析模塊對其進行分析。

物理參數(shù)天然狀態(tài)下重度取19.29kN/m3，飽和重度22.54kN/m3，抗剪強度參數(shù)取值天然狀態(tài)下C＝26.73kN，Φ＝23.90°，暴雨工況下C＝24.98kN，Φ＝22.80°。

計算方法采用瑞典條分法，計算公式為：

式中：l——單個土條的滑動面長度；

W——條塊重力；

W1——水位面以上條塊重力；

W2——水位面以下條塊重力，采用飽和重度計算；

Z——條塊上方水位面高出條塊底面中點的距離；

ui——水位降落前堤身中的孔隙水壓力；

β——條塊的重力線與通過此條塊底面中點半徑之間的夾角；

C，φ——土的抗剪強度指標。

計算結(jié)果分析得到一條較為危險的滑動面AA′（見表3和圖8）。

表3 滑坡穩(wěn)定性和推力計算成果

2.3 利用GeoStudio軟件對滑坡進行分析

以上分析可知，2－2′剖面是該斜坡最危險的部分。利用邊坡穩(wěn)定性模塊Slope/W該滑坡建立模型（見圖9）。根據(jù)勘察，各鉆孔取樣在勘探的深度范圍內(nèi)地下水含量較小，且由于斜坡在暴雨狀態(tài)下可能發(fā)生失穩(wěn)，因而參數(shù)選取暴雨工況下進行分析。

圖8 計算得出的危險滑面

圖9 GeoStudio對滑坡2－2′剖面建立的模型

通過 Ordinary、Bishop、Janbu、Morgenstem.Price方法分析滑面可能出現(xiàn)的位置，得出以下穩(wěn)定性系數(shù)（見表4）和潛在滑面（見圖10）。

圖10 GeoStudio分析得出的潛在滑面

表4 GeoStudio分析得出的2－2′剖面穩(wěn)定性系數(shù)

通過GeoStudio軟件運行結(jié)果來看，該坡面穩(wěn)定性系數(shù)在1.03～1.09之間處于欠穩(wěn)定到基本穩(wěn)定狀態(tài)。在暴雨工況下，可能會發(fā)生失穩(wěn)。

3 結(jié)語

本文通過實地調(diào)查、工程勘察，并通過傳遞系數(shù)法，瑞典條分法計算，使用GeoStudio軟件分析后認為：

（1）該滑坡破壞機制為蠕滑拉裂型，穩(wěn)定性影響因素主要為地形地貌、巖性組合、持續(xù)暴雨和人類工程活動，尤其是持續(xù)暴雨影響最為強烈。根據(jù)傳統(tǒng)的極限平衡法分析，坡體整體在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)瑞典條分法分析，坡體中部的凸形坡在暴雨工況下極易發(fā)生失穩(wěn)破壞。通過GeoStudio軟件分析，可以確定分析結(jié)果和極限平衡法、瑞典條分法的分析結(jié)果基本一致。

（2）根據(jù)滑坡穩(wěn)定性影響因素分析，建議采用樁板墻＋裂縫夯填的治理方案，確保坡體上居民生命財產(chǎn)安全。

［1］隋艷娥，李慧蘭.雞冠石污水處理廠南側(cè)滑坡穩(wěn)定性分析與評價［J］.煤炭技術(shù)，2010，29（3）：146－148.

［2］張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理［M］.北京：地質(zhì)出版社，1994：97－99.

［3］王玲.基于GEO－SLOPE軟件對某土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析［J］.山西建筑，2011，37（16）：72－73.

［4］趙忠海，陶宏偉.德陽地區(qū)某堰塘東岸滑坡穩(wěn)定性分析及防治［J］.資源環(huán)境與工程，2011，25（1）：51－55.