基于Geo-Slope的土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性分析

童建波，何 坤

(成都理工大學 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059)

0 引 言

蘆山地震后，地震區(qū)滑坡、泥石流與崩塌等地質(zhì)災(zāi)害加劇，加之震區(qū)降雨集中，導致地質(zhì)災(zāi)害時有發(fā)生，嚴重影響了該地區(qū)人民的生命財產(chǎn)安全及當?shù)氐慕?jīng)濟建設(shè).本研究以震區(qū)某土質(zhì)滑坡為例，運用Geo-Studio 中的Slop/W 模塊，結(jié)合該滑坡地質(zhì)環(huán)境條件，分析評價了該滑坡體在天然、暴雨與地震3 種工況下的穩(wěn)定性［1－5］.

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

研究區(qū)處于川西高原與四川盆地的過渡帶，地跨揚子陸塊區(qū)與羌塘—三江造山系2 大一級構(gòu)造單元.地形上嚴格受構(gòu)造控制，為典型的高山峽谷地貌，地形特點為西高東低，境內(nèi)大渡河由北向南流動.區(qū)內(nèi)平均海拔在2 000 m 左右，最高點為大雪山主峰貢嘎山，海拔7 556 m.沿大渡河兩岸支溝發(fā)育，與大渡河呈正交分布，在其交匯處多形成泥石流扇或沖洪堆積地貌，河谷或溝谷均呈“V”字型，谷緣到谷底的相對高差較大，一般在2 000 ～3 000 m 之間.

研究對象的滑坡區(qū)屬高山緩脊峽谷地貌，主要以斜坡、陡坎與緩坡平臺地貌為主，地形一般在28 °左右.不穩(wěn)定斜坡為村民聚居區(qū)，以階梯狀旱地與居民民房為主，部分地方為灌木叢，在斜坡底部和中上部有村道經(jīng)過.滑坡前緣高程為1 913 m，后緣高程為2 002 m，最大高差約89 m.

1.2 地層巖性

研究區(qū)出露地層主要為第四系殘坡積層(Q4el+dl)，基巖為三疊系上統(tǒng)須家河組(T3xj).從上至下大致分為:

1)第四系殘坡積層(Q4el+dl).碎石土，厚度約為3 ～12 m，灰黑色，松散～稍密，干燥～稍濕，碎石石質(zhì)成分為強風化～中風化砂巖和頁巖，棱角狀，粒徑多2 ～10 cm，表層為耕植土.

2)三疊系上統(tǒng)須家河組(T3xj).海陸交互相含煤沉積，以灰色石英砂巖、長石石英砂巖、厚層砂巖、薄層砂巖及粉砂巖為主，夾泥巖、煤層及透鏡狀菱鐵礦層，厚約600 m.

滑坡區(qū)出露均為灰色砂巖與頁巖，產(chǎn)狀為285°∠42°.

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

研究區(qū)經(jīng)歷了晉寧運動、澄江運動、海西運動、印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動等多期次構(gòu)造運動，形成了川滇南北向構(gòu)造帶、北東向龍門山構(gòu)造帶及北西向構(gòu)造帶.

該區(qū)地處青藏高原地震區(qū)的鮮水河地震帶、安寧河地震帶及龍門山地震帶交匯部位，其中，鮮水河地震帶地震活動最強烈，對本區(qū)的波及和影響較大，其他2 個地震帶的影響相對較弱.根據(jù)地震資料統(tǒng)計，研究區(qū)外圍300 km 范圍內(nèi)自1216年以來，共記載7.0 ～7.9 級地震7 次，6.0 ～6.9 級地震21 次，5.0 ～5.9 級地震71 次.

根據(jù)國家標準GB18306－2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，該區(qū)地震基本烈度調(diào)整為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.15 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.3 s.

1.4 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地下水主要以松散層孔隙水與基巖裂隙水的形式賦存.孔隙水主要賦存于第四系殘坡積體碎石土覆蓋層中，直接接受大氣降水補給，并向地勢低洼和基巖裂隙處運移，在斜坡底部有下降泉出露;基巖裂隙水賦存于三疊系上統(tǒng)須家河組(T3xj)裂隙中，補給來源主要是大氣降水和第四系孔隙水.地下水徑流與區(qū)內(nèi)氣象、水文關(guān)系密切，同時又受地形地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造等控制，一般以淺部或谷坡地帶徑流、運移，途徑短，循環(huán)深度淺，在含水層被割的溝谷，以下降泉形式排泄，轉(zhuǎn)化為地表水為其主要特征.

1.5 氣象水文

研究區(qū)屬大陸性季風高原型氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑，年平均氣溫16.5 ℃.5月至10月受西南季風氣流控制，空氣暖濕，雨量逐漸增多，降雨量占全年的90%以上.在豐雨期，大量降雨是滑坡的主要誘發(fā)因素，特別是歷時長、強度高的降雨過程.雨水滲入地下后，使巖土體水分飽和、軟化，降低了巖土體的抗剪強度并增強了巖土體的容重.同時，地下水的動水壓力和靜水壓力，隨著地下水位的升高及流速加大而增大，很容易誘發(fā)滑坡.

1.6 人類工程活動

據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)查，滑坡區(qū)人類工程活動主要為村民農(nóng)耕、修筑民房和鄉(xiāng)村公路.其中，用塊石堆積的階梯狀旱地，土體結(jié)構(gòu)松散，透水性強;修筑民房和鄉(xiāng)村公路開挖斷面大，工程棄方隨地堆積等.這些工程活動均不利于滑坡區(qū)的穩(wěn)定性.

2 滑坡區(qū)基本特征

2.1 滑坡區(qū)邊界、規(guī)模與形態(tài)特征

滑坡區(qū)全貌圖如圖1 所示.滑坡平面呈長條狀，主滑動方向為338 °，地形坡度約23 °，滑坡前緣以公路開挖形成的陡坎斷面為界，其高程為1 913 m，左側(cè)以出露的頁巖和砂巖為界，右側(cè)以頁巖出露形成的山脊為界，后緣以陡坎為界，其高程為2 002 m，前后緣相對高差約89 m，橫向?qū)捈s75 m，縱向長約210 m，面積約為1.2 ×104m2，平均厚度為7.8 m，體積約為9.4 ×104m3，為小型土質(zhì)滑坡.

2.2 滑體特征

圖1 滑坡區(qū)全貌示意圖

滑坡區(qū)的滑體為第四系殘坡積層(Q4el +dl)，位于2 個山脊之間，左右兩側(cè)均有基巖出露，平面呈長條狀.根據(jù)地質(zhì)鉆探揭露，滑坡前部為碎石土，厚約5.5 m，黃褐色，稍濕，松散，石質(zhì)成分以中風化的砂巖為主，棱角狀，粒徑主要集中在2 ～12 cm，最大粒徑約30 cm，剩余為粉質(zhì)黏土，表層1 m 左右為耕植土，結(jié)構(gòu)松散;滑坡的中后部1 m 左右為耕植土，黃褐色，干燥～稍濕，硬塑～可塑，含植物根系，2 ～9.2 m 為碎石土，灰色，干燥～稍濕，松散，石質(zhì)成分以中風化的砂巖為主，棱角狀，粒徑主要集中在4 ～15 cm.

整個滑坡體覆蓋層厚度縱向看主要集中在5.5～9.2 m 區(qū)間，其中，表層0 ～1 m 為耕植土，為人工用塊石堆積形成的階梯狀旱地，結(jié)構(gòu)松散，1 m 以下為雜亂堆積的碎石土，易于地下水的滲入.可見，滑坡體為居民居住區(qū)和耕地，人工改造對坡表地貌影響較大，使坡體呈階梯狀臺地地貌.坡體上多處地下水出露水，對坡體的穩(wěn)定性影響較大，尤其在底部與基巖接觸帶含水量高，強度較低，易形成軟弱帶，產(chǎn)生壓縮變形和側(cè)向擠壓變形，穩(wěn)定性差，在不利條件作用下極易產(chǎn)生滑動.

2.3 滑動帶及滑床特征

滑動帶主要分布于滑坡體底部與基巖接觸帶，根據(jù)鉆探巖芯揭露滑帶土為軟弱帶，厚度0.1 ～0.2 m，埋深5.4 ～9.2 m，巖芯軟，含水量高，呈軟塑～可塑狀，手捏有較強的滑感.軟弱帶土體的強度較低，尤其是受地下水浸泡影響，其抗剪強度低，穩(wěn)定性差，在不利條件的作用下容易產(chǎn)生滑移變形.

滑坡區(qū)滑床為三疊系上統(tǒng)須家河組(T3xj)頁巖與砂巖，滑坡區(qū)右側(cè)山脊出露大面積頁巖，滑坡區(qū)左側(cè)和后緣砂巖出露，巖層產(chǎn)狀為285 °∠42 °，層面與坡體斜交，對滑坡穩(wěn)定性影響不大.

2.4 滑坡變形特征

滑坡區(qū)前緣較緩，中部坡度較陡，后緣較緩.在2008年汶川地震以前，該地區(qū)房屋就有開裂跡象，汶川地震后，房屋裂縫擴大，特別是在雨季之后，房屋裂縫變形跡象明顯.2013年蘆山地震后，許多新修磚瓦房經(jīng)歷過一次雨季之后，其地面和墻面出現(xiàn)拉裂縫，甚至有的墻面出現(xiàn)傾斜.整體上來看，滑坡后緣房屋裂隙較多，其變形較其他地方強烈，整個滑坡體都有緩慢蠕動變形的跡象，據(jù)此推測該滑坡區(qū)處于蠕動變形階段.

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 計算模型

圖2 滑坡體剖面圖

Slop/W 模塊以極限平衡理論為基礎(chǔ)，利用力和力矩平衡計算邊坡失穩(wěn)的安全系數(shù).極限平衡理論假設(shè)為:對滑面包含的所有土的強度參數(shù)的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角的折減是同一安全系數(shù)，所有條塊的安全系數(shù)相同.該滑坡橫向?qū)捈s75 m，縱向長約210 m，巖土體性質(zhì)變化小，故通過實驗數(shù)據(jù)，工程地質(zhì)類比與反演，綜合取值確定的平均容重、平均內(nèi)聚力、平均內(nèi)摩擦角作為整個滑坡穩(wěn)定計算的強度參數(shù).

根據(jù)鉆孔資料和滑坡邊界特征在Slop/W 模塊中建立該滑坡穩(wěn)定性計算模型.該滑坡區(qū)滑坡地質(zhì)剖面如圖2 所示.模型中滑面為指定的折線形滑面，巖土體本構(gòu)模型采用Mohr-Coulomb 模型，采用摩根斯坦—普瑞斯(Morgenstern-Price)法、畢肖普(Bishop)法、簡布(Janbu)法、一般方法(Ordinary)計算穩(wěn)定性.

3.2 計算工況

根據(jù)滑坡區(qū)的地質(zhì)環(huán)境背景及形成機制，計算中主要考慮暴雨與地震因素，穩(wěn)定性計算評價采用以下3 種工況類型:①工況1，自重;②工況2，自重+暴雨;③工況3，自重+地震.

3.3 計算參數(shù)

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及相關(guān)工程類比，綜合確定了該滑坡體的物理力學參數(shù)表1 所示.

表1 滑坡體穩(wěn)定性計算值

3.4 穩(wěn)定性計算

根據(jù)穩(wěn)定性計算模型、工況及計算參數(shù)，利用Slop/W 模塊計算了該滑坡體在3 種工況下的穩(wěn)定性，其滑坡安全系數(shù)如表2 所示.

表2 滑坡安全系數(shù)結(jié)果

由表2 可見，4 種計算方法中:Bishop 法計算的安全系數(shù)最大，偏安全;Janbu 法計算的安全系數(shù)最小，偏不安全［1］.通常，Bishop 法適用于圓弧形滑面的滑坡，Janbu 法適用于復合型滑面的滑坡.由于該滑坡區(qū)為沿基覆界面滑動的土質(zhì)滑坡，因此采用Janbu 法計算較符合實際情況［2］.從計算結(jié)果中可以看出，該滑坡體在天然及地震工況下，處于基本穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨工況下，處于欠穩(wěn)定狀態(tài).這與滑坡穩(wěn)定性受降雨影響大致吻合.

4 結(jié) 論

通過對滑坡區(qū)基本特征的分析，定性和定量的穩(wěn)定性評價，可以得出以下結(jié)論:

1)該滑坡區(qū)為一小型土質(zhì)滑坡，坡體變形主要為拉張裂縫，整體穩(wěn)定性受降雨影響大.滑體為碎石土，透水性好，滑帶為可塑～軟塑黏土.在雨季，雨水易沿著坡體下滲到基覆界面，并向坡腳滲流，在水的軟化作用、沿滑面向下的動水作用、垂直滑面向上的靜水壓力作用下，滑帶土抗剪強度減小，滑體的下滑力增大，滑坡的穩(wěn)定性降低，滑坡可能由蠕滑變形發(fā)展成為整體的失穩(wěn)破壞.

2)由滑坡區(qū)的穩(wěn)定性計算可知，在天然及地震工況下，滑坡區(qū)處于基本穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨工況下，滑坡區(qū)處于欠穩(wěn)定狀態(tài).可見，該滑坡區(qū)受降雨的影響較大，需要采取相應(yīng)的防治措施，如修建截排水溝與抗滑樁等.

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