某不穩(wěn)定斜坡的變形機(jī)理與穩(wěn)定性分析評價

程海英

（安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

1引言

不穩(wěn)定斜坡是指在受到各種地質(zhì)、氣候、人類工程活動等作用影響時，具有自然滑動或蠕動、崩塌或坡面泥石流等變形或失穩(wěn)跡象的斜坡。處于蠕變階段的不穩(wěn)定斜坡，在臺風(fēng)暴雨、持續(xù)強(qiáng)降水等誘發(fā)條件下，極有可能進(jìn)一步演變，甚至發(fā)生滑動或劇滑，其潛在危害程度可能達(dá)到重大級。因此，分析研究不穩(wěn)定斜坡的變形機(jī)理及穩(wěn)定性評價具有十分重要的意義。本文以某一不穩(wěn)定斜坡為研究對象，對其穩(wěn)定性做出定性評價、定量分析，從而為工程防治方案設(shè)計與選擇提供科學(xué)依據(jù)。

2 不穩(wěn)定斜坡體基本特征及危害對象

2.1不穩(wěn)定斜坡體基本特征

2.1.1不穩(wěn)定斜坡地貌特征

不穩(wěn)定斜坡位于云南省紅河州建水縣，所處區(qū)域為低中山地貌。不穩(wěn)定斜坡后緣高程約1351m，前緣高程約1335m，相對高差近16m。斜坡總體坡向186°，平均坡度31°~34°。不穩(wěn)定斜坡邊界的確定主要是以不穩(wěn)定斜坡剪切滑動形成的臺坎為界，斜坡上部主要沿后緣邊界呈弧形條帶狀分布，下部堆積體平面上整體呈扇形分布。坡面植被一般發(fā)育，主要分布于坡體頂部平臺，以玉米為主。

2.1.2不穩(wěn)定斜坡變形特征

通過對不穩(wěn)定斜坡的工程地質(zhì)調(diào)查與測繪，不穩(wěn)定斜坡變形破壞方式主要后緣張拉裂縫。裂隙L1產(chǎn)狀275°∠85°，裂隙面呈微張狀，張開度1~2cm，深度1.4m，無充填物，地表延伸長度約2m。

2.1.3不穩(wěn)定斜坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

據(jù)調(diào)繪及探槽成果表明，不穩(wěn)定斜坡覆蓋層為礦渣土及粉質(zhì)黏土。礦渣土分布于坡體淺表層；粉質(zhì)黏土分布于坡體中、下部淺表層；下伏基巖為三疊系中統(tǒng)個舊組灰?guī)r（T2g），含大量褐煤礦，淺灰色，出露地層多為強(qiáng)風(fēng)化。

2.1.4不穩(wěn)定斜坡巖土體物理力學(xué)性質(zhì)

對不穩(wěn)定斜坡體內(nèi)土層進(jìn)行取樣，根據(jù)取樣分析結(jié)果表明：不穩(wěn)定斜坡土體天然含水率平均為11.3%；天然密度平均1.87g/cm3；比重為平均2.73；天然內(nèi)摩擦角為平均14.3°；天然內(nèi)聚力平均39.4kPa；土體飽和度為49。

2.2不穩(wěn)定斜坡危害對象

目前該不穩(wěn)定斜坡處于蠕滑變形階段，不穩(wěn)定斜坡整體在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在強(qiáng)降雨等不利因素誘發(fā)下，不穩(wěn)定斜坡局部極有可能產(chǎn)生進(jìn)一步的滑動變形，不穩(wěn)定斜坡一旦產(chǎn)生變形，將直接威脅斜坡前緣成品油管道的正常運行，將產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。該不穩(wěn)定斜坡險情為較重要級，對其初步評估危險性大，根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0218-2006），危害對象等級劃分為三級。因此，對該不穩(wěn)定斜坡的治理勢在必行。

3 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性分析計算與評價

3.1不穩(wěn)定斜坡近期發(fā)育階段

通過調(diào)查判斷該不穩(wěn)定斜坡破壞方式屬于牽引式滑坡，現(xiàn)整體在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨及地震情況下可能發(fā)生破壞。

3.2不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性影響因素

3.2.1降雨對不穩(wěn)定斜坡的影響

該地區(qū)平均降雨量736~796mm，雨季集中于5~10月，大、暴雨多集中6~8月，范圍小、強(qiáng)度大的“單點暴雨”頻繁發(fā)生；該時段為斜坡失穩(wěn)的主要防范期。

坡體主要為粉質(zhì)黏土，灰黃色、紅褐色，呈可塑～硬塑，稍濕。坡體淺表層分布礦渣土，灰黑色、黑褐色，厚度約為0.2~0.3m，夾小碎石，碎石成分為淺灰色的灰?guī)r、黑色煤礦，棱角~次棱角狀，粒徑大小不一，其中碎石粒徑一般為2~6cm，含量30%~40%。坡體物質(zhì)透水性較好，雨水多在重力作用下入滲至坡體內(nèi)，增加了坡體自重，軟化了土體，影響坡體的穩(wěn)定性，因此強(qiáng)降雨是斜坡失穩(wěn)的主要因素。

3.2.2地表水和地下水對斜坡的影響

研究區(qū)屬孤立人工堆積區(qū)，匯水面積小且附近無河流經(jīng)過，因此地表水對不穩(wěn)定斜坡發(fā)生滑動的影響較小。

研究區(qū)主要接受大氣降水補(bǔ)給，水量小，降雨入滲轉(zhuǎn)化為地下水沿斜坡方向向下徑流?；聟^(qū)地形坡度較陡，坡體結(jié)構(gòu)較松散，利于地下水的排泄，因此，地下水對滑坡前緣及滑坡的穩(wěn)定性影響相對降雨來說較小，但暴雨或持續(xù)降雨期，雨水通過入滲轉(zhuǎn)化為地下水入滲至滑床，并在坡體上形成統(tǒng)一地下水位時，對整個坡體的穩(wěn)定性將產(chǎn)生較大影響。

3.3不穩(wěn)定斜坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)分析與評價及參數(shù)取值

3.3.1不穩(wěn)定斜坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)分析與評價

經(jīng)過室內(nèi)試驗，不穩(wěn)定斜坡巖土體試驗成果統(tǒng)計見表1。通過現(xiàn)場與室內(nèi)實驗得出了不穩(wěn)定斜坡坡體內(nèi)巖土體的基本物理力學(xué)參數(shù)。經(jīng)過對比分析，坡體土重度現(xiàn)場與室內(nèi)試驗結(jié)果相差不大，土體粘聚力C值、內(nèi)摩擦角Φ值與分析判斷結(jié)果基本相符。

3.3.2不穩(wěn)定斜坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值

不穩(wěn)定斜坡的C、Φ值選取依據(jù)為本次工作取樣的試驗統(tǒng)計結(jié)果，由于研究區(qū)雨季降雨量較大，不穩(wěn)定斜坡受雨水影響而造成的災(zāi)害影響嚴(yán)重，因此將暴雨工況下土體重度γ的增值加大。通過宏觀判斷、類比試驗成果和按照差異統(tǒng)計規(guī)律得出計算參數(shù)最后取值見2。

3.4不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計算與評價

3.4.1計算模型與計算方法的確定

根據(jù)前述不穩(wěn)定斜坡變形破壞模式分析，不穩(wěn)定斜坡沿后緣裂隙形成滑動帶，其滑面結(jié)構(gòu)為圓弧型。按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330—2002）的相關(guān)要求，并結(jié)合該不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害的特點，不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性采用瑞典條分法利用理正設(shè)計軟件進(jìn)行計算，過程見穩(wěn)定性計算書。具體計算公式如下：

其中：孔隙水壓力NWi=γWhiWLicosαi，近似等于浸潤面以下土體的面積hiWLicosαi乘以誰的容重γW；滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力：

圖1 剖面A-A′不穩(wěn)定斜坡整體穩(wěn)定性計算剖面圖

滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力：

式中：Wi——第i條塊的重量（kN/m）；

Ci——第i條塊內(nèi)聚力（kPa）；

表1 巖土體計算參數(shù)試驗成果統(tǒng)計表

表2C、Φ值選值表

Li——第i條塊滑面長度（m）；

αi——第i條塊滑面傾角（°）；

βi——第i條塊地下水流向（°）；

A——地震加速度（重力加速度g）；

Kf——穩(wěn)定系數(shù)。

3.4.2計算數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

a.計算工況選擇

根據(jù)不穩(wěn)定斜坡變形的特點，選擇天然、暴雨、地震等3種工況。天然和地震工況采用天然重度、天然內(nèi)摩擦角、天然內(nèi)聚力。暴雨工況采用飽和重度、飽和內(nèi)摩擦角、飽和內(nèi)聚力。

b.計算剖面的選擇

根據(jù)前述潛在滑面的分析，變形模式為沿后緣裂隙面潛在滑動，且整體產(chǎn)生圓弧型潛在滑動。整體穩(wěn)定性計算選取剖面A-A′見圖1。

3.4.3不穩(wěn)定斜坡滑動模式推力及穩(wěn)定系數(shù)計算成果

經(jīng)計算，將A-A′勘探剖面沿剪出口剪出穩(wěn)定性計算成果匯總列于表3。

3.4.4不穩(wěn)定斜坡綜合評價及發(fā)展趨勢分析

a.不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性狀態(tài)分級

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》第9.4.6條的規(guī)定，滑坡穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)根據(jù)其穩(wěn)定系數(shù)按表4確定。

b.不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定綜合分析評價

由表4計算結(jié)果可知：

在天然工況斜坡穩(wěn)定系數(shù)為1.773＞1.15；

在地震工況斜坡穩(wěn)定系數(shù)為1.628＞1.15；

在暴雨工況斜坡穩(wěn)定系數(shù)為1.039＜1.05.

綜上所述，不穩(wěn)定斜坡在天然、地震工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。在未來處于持續(xù)性暴雨條件下，坡體可能沿后緣拉張裂隙面發(fā)生滑動由坡體前緣剪出。

表3 滑坡沿圓弧型滑面滑動穩(wěn)定性計算成果匯總表

表4 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定狀態(tài)分級表

c.不穩(wěn)定斜坡變形發(fā)展趨勢

據(jù)此次調(diào)查和應(yīng)急勘查資料表明，天然工況下不穩(wěn)定斜坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.039處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。因此，在未來持續(xù)暴雨的作用導(dǎo)致局部變形加劇最終導(dǎo)致坡體滑移。為盡快消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，對該不穩(wěn)定斜坡采取一定的工程措施是必要的。

4 結(jié)論與建議

4.1結(jié)論

（1）通過對研究區(qū)不穩(wěn)定斜坡勘察、測繪、工程測量、探槽、取樣測試、現(xiàn)場試驗等工作，查明了不穩(wěn)定斜坡區(qū)地形地貌、地層巖性等因素有利于地質(zhì)災(zāi)害的孕育和發(fā)育，在暴雨等不利因素下降低了斜坡的穩(wěn)定性，有利于滑坡的活動。

（2）不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性評價采用了圓弧型法對可能的潛在滑動面進(jìn)行穩(wěn)定性及推力計算與評價即確定滑坡將在后緣裂隙產(chǎn)生滑動。通過對不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定性分析，驗算了不同工況下斜坡的穩(wěn)定性。經(jīng)計算，不穩(wěn)定斜坡在暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.039，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2建議

（1）盡快對該不穩(wěn)定斜坡采取一定的工程措施，根據(jù)斜坡變形成因機(jī)制分析及計算結(jié)果，建議在不穩(wěn)定斜坡前緣處設(shè)置抗滑擋土墻作為防治方案。

（2）應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測工作，動態(tài)監(jiān)測工作應(yīng)貫穿于斜坡治前、治中、治后等所有環(huán)節(jié)，確保防災(zāi)減災(zāi)目的的實現(xiàn)。

（3）不穩(wěn)定斜坡治理后，相關(guān)部門對滑坡區(qū)必須嚴(yán)格控制人類工程活動，避免引發(fā)安全隱患■