降雨對(duì)某滑坡的穩(wěn)定性分析及模擬

趙普意，鐘 聲

（成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，成都610059）

0 引言

滑坡區(qū)位于重慶市秀山縣里仁鎮(zhèn)老鷹村，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，滑坡直接威脅到的村民達(dá)42戶178人，老鷹小學(xué)100余人，另有耕地、電線、電纜、道路等基礎(chǔ)設(shè)施，因此，有必要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

1 工程地質(zhì)情況

勘查區(qū)地貌屬中山地貌，總體上北東高、南西低，地形起伏較大，最大高差為75m，姚家灣滑坡地形北東高南西低，呈“圈椅狀”地貌，滑坡東側(cè)發(fā)育有沖溝，地形呈后陡中緩前陡，滑坡后緣為陡坡，坡度18°～30°，滑坡體中后部坡度較緩，呈臺(tái)階狀，由下至上，有4級(jí)臺(tái)階（如圖1所示）。

圖1 勘查區(qū)地形圖

1.1 地質(zhì)構(gòu)造與水文地質(zhì)特征

滑坡區(qū)構(gòu)造上位于秀山背斜南東翼，巖層產(chǎn)狀為137°∠17°，巖體中發(fā)育2組裂隙：Ⅰ組裂隙產(chǎn)狀為338°∠70°，壓性，裂隙面較平整，延伸長(zhǎng)度約10m，裂隙寬度0.002～0.05m，裂隙間距1.2～1.5m，充填少量泥質(zhì)；Ⅱ組裂隙產(chǎn)狀為93°∠81°，壓性，裂隙面較平整，延伸長(zhǎng)度5～6m，裂隙寬度0.005～0.03m，裂隙間距1.0～2.5m，充填少量泥質(zhì)，次級(jí)褶皺不發(fā)育，屬簡(jiǎn)單的單斜構(gòu)造區(qū)。

滑坡體后緣有一條溪流沿著滑坡左側(cè)邊界流向滑坡南側(cè)邊緣河溝內(nèi)，滑坡左側(cè)溪流流量為2L／s，據(jù)訪問，極端暴雨條件下能達(dá)到1m3／s，滑坡南側(cè)邊界為一條常年流水的河流，河流流量為5L／s。通過現(xiàn)場(chǎng)勘查訪問，共發(fā)現(xiàn)2處泉點(diǎn)，分別在老鷹塘旁（高程約401m）及姚德福家旁邊的沖溝處（高程約399.5m）。

1.2 滑坡地貌特征

滑坡呈圈椅狀地貌，地形后陡中緩前陡。前緣臨空，且地形坡度大，為滑坡發(fā)育提供了有力的邊界條件。

滑坡變形主要集中在淺層滑坡范圍內(nèi)，深層滑坡僅在后緣及中后部為發(fā)生拉裂變形，多呈弧形，寬度0.9～5cm不等。淺層滑坡變形特征顯著，上、中、下部均出現(xiàn)拉張裂縫。淺層滑坡中后部出現(xiàn)多條張裂縫，寬度5～10cm不等，長(zhǎng)度5～16m，與滑坡方向基本垂直。下部平臺(tái)處明顯下沉，變形嚴(yán)重。

1.3 滑坡體的物質(zhì)組成

滑坡體物質(zhì)組成主要均為塊碎石土：主要由塊碎石夾粉質(zhì)黏土組成，其中粉質(zhì)黏土為黃灰色、黃褐色，可塑—硬塑狀態(tài)，土體較濕，塊碎石主要成分以頁巖為主，碎塊石風(fēng)化嚴(yán)重，直徑一般3～20cm，地表可見最大塊徑約200cm，含量50%～60%，結(jié)構(gòu)松散。

滑帶厚約0.10～0.25m，物質(zhì)成分為粉質(zhì)黏土夾碎石、角礫，褐黃色，褐灰色，軟塑—可塑狀，干強(qiáng)度中等，韌性中等—差，稍有光澤，手捻滑感明顯，局部含有5%～15%的碎石，粒徑碎石表面見有滑動(dòng)擦痕，鉆探揭露土芯中有光滑鏡面及揉搓顯現(xiàn)，搓動(dòng)痕跡，具一定的定向排列特征，粒徑約5～10mm。

滑床為奧陶系五峰組頁巖，暗紫紅色，頁理狀構(gòu)造，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，上部為強(qiáng)風(fēng)化，為片狀，巖芯破碎易風(fēng)化，厚度0.91～2.57m，其下為中風(fēng)化，巖體較完整。

1.4 滑坡形成機(jī)制

姚家灣滑坡后部變形顯著，中部稍漸變?nèi)?，前緣變形不明顯。據(jù)多方訪問，滑坡后緣裂縫發(fā)生在先，滑坡前緣為斜坡陡緩轉(zhuǎn)折處，局部基巖出露?；碌钠茐臋C(jī)制為上覆土層沿巖土界面發(fā)生的滑動(dòng)，其破壞模式為推移式滑坡，滑坡主要影響因素為滑坡區(qū)地形地貌條件、物質(zhì)組成、降雨作用、人類工程活動(dòng)。

天然狀態(tài)下碎石土邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)全儲(chǔ)備。在一般強(qiáng)度的降雨作用下，雨水從淺表層下滲到下伏的碎石土層后一般都會(huì)較快地通過管網(wǎng)狀排泄系統(tǒng)向坡外排泄。但是，在長(zhǎng)時(shí)間一定強(qiáng)度的連續(xù)降雨或在一定持續(xù)時(shí)間的強(qiáng)降雨作用下，淺表部土體中的細(xì)粒土在一定“水力梯度”下將在碎塊礫石間移動(dòng)或流動(dòng)，導(dǎo)致排泄管道發(fā)生堵塞或破壞，從而使得地下水來不及通過管網(wǎng)狀排泄系統(tǒng)向坡外排泄，結(jié)果將引起地下水位不斷上升，從而引起滑體飽水面積比不斷增大，導(dǎo)致滑坡體中孔隙水壓力不斷增大，滑體下滑力也隨之不斷增大，結(jié)果使得滑面巖土體的等效抗剪強(qiáng)度不斷降低，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)和滑坡體的穩(wěn)定性也將不斷下降。

2 穩(wěn)定性分析

2.1 天然狀況下計(jì)算

滑坡土層相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)取值見表1所示。

表1 土體物理力學(xué)參數(shù)建議值

滑坡的滑面為折線型，故采用基于極限平衡理論的折線型滑動(dòng)面的傳遞系數(shù)法進(jìn)行滑坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)計(jì)算及剩余下滑力推力計(jì)算。

式（1）為穩(wěn)定性計(jì)算公式：

通過計(jì)算得出FS＝1.1，即滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 暴雨?duì)顩r下計(jì)算

根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕涤昵闆r，秀山地區(qū)的平均降雨量為1 341.1mm，以5、7兩月最多，均接近200mm，因此選定模擬區(qū)段的降雨強(qiáng)度為6.67mm／d，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取回的土體做滲透試驗(yàn)，得出滑體的滲透系數(shù)為0.6m／d?；驳臐B透系數(shù)為0.01m／d，利用以上參數(shù)，通過geostudio，軟件模擬出30天滑坡的工程地質(zhì)變化情況，如圖2～3。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，降雨對(duì)滑坡體的影響可分為2個(gè)階段：

第1階段：降雨入滲階段。在這個(gè)階段，由于滑坡具有一定的厚度，因此降雨進(jìn)入滑體并產(chǎn)生影響，需要一定時(shí)間，在此階段，滑體有表面向內(nèi)部逐漸飽和。

圖2 初始地下水位線

圖3 降雨滲流分析

第2階段：坡體滲流階段。當(dāng)降雨到達(dá)基覆界面，由于基巖與覆蓋層滲透系數(shù)的差異，使降雨沿滑帶向下滲流，因此，在整個(gè)模擬的過程中，滑坡體內(nèi)部地下水位線發(fā)生改變不明顯，但是坡腳處的地下水位線發(fā)生明顯變化。

通過以上分析，再進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性的計(jì)算，如圖4所示。

圖4 滑坡穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性計(jì)算方法采用Morgenstern－Price，其穩(wěn)定性分析結(jié)果，隨降雨天數(shù)的變化如圖5所示。

圖5 滑坡的穩(wěn)定性隨降雨天數(shù)的變化

通過分析，在降雨作用下，滑坡的穩(wěn)定性變化可以分為3個(gè)階段。

第1階段：在這一階段，滑坡的穩(wěn)定性發(fā)生了緩慢的降低，這是由于降雨作用，導(dǎo)致滑體的重度天然重度逐漸變?yōu)轱柡椭囟龋苑€(wěn)定性下降但很緩慢。

第2階段：在這一階段，滑坡的穩(wěn)定性下降非常明顯，這是由于當(dāng)降雨到達(dá)基覆界面時(shí)，滑帶的抗剪強(qiáng)度參數(shù)降低，同時(shí)，由于動(dòng)水壓力的影響，導(dǎo)致滑坡的穩(wěn)定性下降明顯。

第3階段：隨著降雨時(shí)間的不斷增加，滑坡體內(nèi)形成了穩(wěn)定的滲流通道，動(dòng)水壓力的影響逐漸減小，滑坡體逐漸處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 結(jié)語

（1）姚家灣滑坡后部變形顯著，中部稍漸變?nèi)?，前緣變形不明顯。滑坡后緣裂縫發(fā)生在先，滑坡前緣為斜坡陡緩轉(zhuǎn)折處，局部基巖出露?；碌钠茐臋C(jī)制為上覆土層沿巖土界面發(fā)生的滑動(dòng)，其破壞模式為推移式滑坡。

（2）滑坡在降雨作用下，滑腳出的地下水位線發(fā)生明顯的抬升，而滑坡上部以及中部，地下水位線只是稍有抬升。

（3）滑坡在降雨?duì)顩r下，穩(wěn)定性由平緩下降，過渡到明顯下降，最后到趨于穩(wěn)定，這是由于雨水滲透到土體需要一段時(shí)間，過后，由于降雨繼續(xù)滲透以及滑坡后院雨水的滲透作用，并且由于降雨作用，滑坡的抗剪強(qiáng)度參數(shù)降低，導(dǎo)致了滑坡穩(wěn)定性下降。

（4）隨著降雨的不斷作用，滑坡體內(nèi)形成穩(wěn)定的滲流通道，因此滑坡的穩(wěn)定性趨于不變。

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