涉縣西達(dá)鎮(zhèn)河口村小型滑坡穩(wěn)定性分析與評價(jià)

班兆玉，張 強(qiáng)，張志強(qiáng)，胡遠(yuǎn)進(jìn)

(成都理工大學(xué)，四川 成都610059)

滑坡是各種地質(zhì)災(zāi)害中分布最廣、發(fā)生最頻繁、危害和損失最大的災(zāi)害形式之一[1－2]。河口村西滑坡位于涉縣西達(dá)鎮(zhèn)河口村西，距離涉縣縣城約22 km，主滑方向75°?；虑熬墭?biāo)高330 m，后緣標(biāo)高450 m，相對高差120 m，地形坡度35°～40°。后緣錯(cuò)落2.2 m?；缕矫嫘螒B(tài)呈扇形，前緣緊鄰居民房屋，左右側(cè)為出露基巖，長約110 m，寬約130 m?；潞缶壙梢娎瓘埩严都盎卤凇８鶕?jù)實(shí)地調(diào)查，涉縣西達(dá)鎮(zhèn)河口村西小型滑坡對河口村68戶259口人，730間房屋構(gòu)成嚴(yán)重威脅，為了更有效地防治此類地質(zhì)災(zāi)害，保證該區(qū)居民生命財(cái)產(chǎn)安全，研究該滑坡特征及成因，對其穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)測、評價(jià)，對該區(qū)災(zāi)害防治具有重要的指導(dǎo)意義。

1 滑坡工程地質(zhì)條件及氣象條件

1.1 工程地質(zhì)條件

圖1 河口村西小型滑坡衛(wèi)星圖

勘查區(qū)位于新華夏構(gòu)造體系第三隆起帶的東翼與第二沉降帶的西部的交接地帶。斷層較為發(fā)育，主要為新華夏系構(gòu)造斷層。山體基巖為下古生界寒武系中統(tǒng)的頁巖、泥巖。區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為滑坡，暴雨或久雨情況下有發(fā)生滑坡的可能?；聟^(qū)及其附近分布出露地層主要有第四系殘坡積層(Q4)及寒武系中統(tǒng)的頁巖泥巖互層。滑坡體內(nèi)及其后緣主要被第四系殘坡積、坡洪積碎石土覆蓋，局部地區(qū)出露寒武系基巖;滑坡南北兩側(cè)出露基巖，基巖與碎石土邊界即為滑坡的側(cè)邊界。滑坡區(qū)出露的泥巖的飽和抗壓強(qiáng)度一般在10～30 MPa之間，屬于較軟巖～軟巖;巖石的軟化系數(shù)一般小于0.75，屬于易軟化巖石。整個(gè)滑坡體主要是由第四系殘坡積、坡洪積的碎石土組成，碎石含量較高，粒徑較大。整個(gè)滑體土的土石比約在3:7左右。碎塊石含量在不同的坡體部位有所不同，后緣滑體粘土成份相對較多，塊石粒徑較大;中前部則碎塊石含量稍多?；w中的碎塊石多呈深灰色，母巖成分多為灰?guī)r、泥巖，亦含有頁巖、砂巖，塊徑多在20～60 cm，最大可達(dá)3 m。塊石呈棱角狀或次棱角狀，中～強(qiáng)風(fēng)化，骨架結(jié)構(gòu)充填粉質(zhì)粘土，滑體淺表層粉質(zhì)粘土結(jié)構(gòu)較松散，該層土體多呈干～稍濕、堅(jiān)硬狀態(tài)。土體工程地質(zhì)性能較差，承載力較低，易形成邊坡、易垮塌(見圖1、見圖2)。

圖2 滑坡工程地質(zhì)位置平面示意圖

1.2 氣象條件

勘查區(qū)屬于溫帶大陸性氣候。春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，冬季少雪。年平均降水量604 mm。最大降雨量1 072.4 mm(1963年)，最小降雨量 326.93 mm(1986 年)，降水量表現(xiàn)形式:夏季多暴雨，秋季多陰雨，7—9月份降水量占全年降水量的70%～80%。

2 滑坡穩(wěn)定性分析評價(jià)

2.1 斜坡穩(wěn)定性定性評價(jià)

總體來看，河口村西滑坡為一堆積體土質(zhì)滑坡，滑床為寒武系中統(tǒng)的頁巖和泥巖，滑面即為巖土分界面。影響河口村西滑坡穩(wěn)定性的因素主要包括地形地貌、地層巖性、水的作用及人類工程活動等。

(1)河口滑坡地處中低山之間相夾持的河谷斜坡地帶，滑坡區(qū)微地貌屬斜坡地貌，斜坡坡度較大，平均達(dá)35°，有利于滑坡體碎石土在重力作用下向下滑動。

(2)河口滑坡滑體為松散堆積物，厚度0～15 m，含有較多的風(fēng)化碎塊石，結(jié)構(gòu)較松散，具透水性，有利地下水的入滲，增加坡體自重，軟化土體，促使變形;滑床為頁巖，巖層表部為強(qiáng)風(fēng)化，巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。暴雨期或持續(xù)降雨期，降雨下滲至松散土類與基巖接觸面時(shí)，由于透水性的差異，可能會在基巖面產(chǎn)生浮托力，形成滑帶。因此，土層與基巖接觸面是河口滑坡的控滑結(jié)構(gòu)面。

(3)水是產(chǎn)生滑坡的主要推動因素，暴雨或持續(xù)降雨將造成滑體巖土體飽水，增大巖土體重度，降低巖土體的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性降低;同時(shí)靜、動水壓力對坡體的穩(wěn)定性影響很大，在滑動面上還可能產(chǎn)生潤滑作用，導(dǎo)致坡體的失穩(wěn)破壞。

(4)河口滑坡近些年來封山育林，禁止了耕作、放牧等人類工程活動?；麦w上植被發(fā)育，除了自然形成的較低矮的灌木以外，還有人類種植的柏樹等植物。這些植被一方面具有持水作用，減緩雨水下滲，有利于滑坡穩(wěn)定;一方面增加了滑坡自重，又對滑坡產(chǎn)生不利影響。但總體因其重量有限，有利于滑坡穩(wěn)定的因素占主導(dǎo)地位。另外在滑坡發(fā)生以后，當(dāng)?shù)卮迕褚呀?jīng)禁止了在坡腳的挖方，有利于滑坡的穩(wěn)定。

2.2 斜坡穩(wěn)定性計(jì)算分析

(1)目前對堆積層滑坡的變形預(yù)測大多基于數(shù)學(xué)模型或方法，忽略了引起滑坡位移顯著變化的動力外因及滑坡自身的地質(zhì)特征，因此，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度和可信度較低[3]。根據(jù)前述滑坡變形破壞模式分析，當(dāng)滑坡沿巖土界面附近形成滑動帶時(shí)，其滑面結(jié)構(gòu)為折線型。按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330－2002)的相關(guān)要求，并結(jié)合該滑坡災(zāi)害的特點(diǎn)，采用剛體極限平衡法的傳遞系數(shù)法定量分析計(jì)算其穩(wěn)定性與剩余下滑推力。各層土承載力，是根據(jù)各層土的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)指標(biāo)和原位測試結(jié)果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)確定的[4]。

(2)根據(jù)滑坡變形特征，選擇滑坡區(qū)內(nèi)的主滑動剖面V－V'進(jìn)行滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算與評價(jià)。計(jì)算模型見圖3，結(jié)果見表1和表2。

(3)計(jì)算工況及荷載組合:根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》，滑坡防治等級為Ⅲ級，暴雨工況以20年一遇(5%頻率)暴雨考慮;工作區(qū)處于Ⅶ度區(qū)，地震加速度為0.10 g考慮。本滑坡不含地下水，因此滑坡穩(wěn)定性及各滑塊的剩余下滑力驗(yàn)算，采用以下工況:設(shè)計(jì):工況1:天然(自重)校核:工況2:天然(自重)+暴雨(飽和)工況3:天然(自重)+地震。

(4)計(jì)算參數(shù):滑體天然重度:18.8 kN/m3;滑體飽和重度:20.2 kN/m3?；?體 土 天 然 狀 態(tài):C 取 25.9kPa，φ 取16.5°;滑體土飽和狀態(tài):C 取 22.0kPa，φ 取 14.5°。

(5)滑坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定:根據(jù)推力計(jì)算結(jié)果表明，按照《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》要求該滑坡治理工程等級為Ⅲ級，按工況一(自重+地表荷載+地下水)設(shè)計(jì)，安全系數(shù)取1.25，以工況二和工況三進(jìn)行校核，安全系數(shù)分別取 1.10 和 1.05。

(6)計(jì)算成果:本滑坡滑動面在天然工況條件下，穩(wěn)定性系數(shù)大于1.15，在地震或飽和工況條件下穩(wěn)定性系數(shù)均小于或接近于1.05。

圖3 縱剖面V－V'穩(wěn)定性計(jì)算模型

3 滑坡穩(wěn)定性敏感因素分析

控制滑坡體穩(wěn)定性的因素有滑體的性質(zhì)(重度)、滑帶土的性質(zhì)(c、φ)、地下水、暴雨及地震等因素。

表1 天然工況下V－V'剖面重度與穩(wěn)定系數(shù)的關(guān)系表

表2 天然工況下V－V'剖面C、φ值與穩(wěn)定系數(shù)的關(guān)系表

從表1中可以看出，重度值由18.8變化到20.30時(shí)，V－V'剖面天然工況下穩(wěn)定系數(shù)由1.307變至1.246，說明重度對其穩(wěn)定性的影響很小。從表2中看出，c、φ值對河口村西滑坡的影響程度較大，且兩者影響程度相似。

4 穩(wěn)定性綜合性評價(jià)

計(jì)算結(jié)果顯示:河口村西滑坡主滑動剖面V－V'剖面在天然工況是穩(wěn)定的，在飽和工況條件下為基本穩(wěn)定～欠穩(wěn)定，地震工況條件下為基本穩(wěn)定?；路€(wěn)定狀態(tài)劃分參見表3。

表3 斜坡穩(wěn)定狀態(tài)分級表

5 滑坡變形發(fā)展趨勢

綜上所述，河口村西滑坡由于其地形地貌、物質(zhì)成份的特點(diǎn)，變形機(jī)制基本上是:在強(qiáng)降雨的條件下，地下水垂直入滲至碎石土與全風(fēng)化頁巖接觸面處的粉質(zhì)粘土?xí)r，由于頁巖作為相對隔水層，使粉質(zhì)粘土軟化，成為可塑狀，當(dāng)其力學(xué)指標(biāo)降低到一定程度時(shí)，滑床的抗滑力不足以支撐滑體的下滑力，滑坡體就開始滑動，滑動的方式主要是蠕滑。據(jù)本次調(diào)查和應(yīng)急勘察資料表明，本滑坡滑動面在天然工況條件下，穩(wěn)定性系數(shù)大于1.15，滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài);在地震或飽和工況條件下穩(wěn)定性系數(shù)均小于或接近于1.05，處于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)。目前滑坡不會整體失穩(wěn)，但在未來地震或持續(xù)暴雨的作用下，滑坡穩(wěn)定性降低，可能出現(xiàn)變形加劇，向下滑動。對河口村68戶259人，造成威脅。

6 結(jié)語

(1)揭示了涉縣西達(dá)鎮(zhèn)河口村所在區(qū)域的工程地質(zhì)條件，勘查區(qū)斜坡地質(zhì)環(huán)境條件脆弱。本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布在時(shí)間上分布具集中性，地質(zhì)災(zāi)害主要集中發(fā)育分布于在7、8月，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)間的分布特征與年降雨量集中產(chǎn)生的時(shí)間月份相對一致。每年雨季是地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)時(shí)期，降雨是地質(zhì)災(zāi)害的主要引發(fā)因素。

(2)研究分析了滑坡形成的內(nèi)在和外在因素，指出在長時(shí)間的降雨之后，滑坡土體處于飽和狀態(tài)，自重增加，粘聚力和內(nèi)摩擦角降低，抗滑能力減弱，再遇到強(qiáng)降雨以后，地表水轉(zhuǎn)入地下，地下水滲流到滑床以后，由于滲透性能的差異，將沿滑床向下流動，可能會在基巖面產(chǎn)生浮托力，形成滑帶，同時(shí)靜、動水壓力對坡體的穩(wěn)定性影響很大，在滑動面上還可能產(chǎn)生潤滑作用，導(dǎo)致坡體的失穩(wěn)破壞。

(3)穩(wěn)定性分析和計(jì)算表明:根據(jù)推力計(jì)算結(jié)果表明，按照《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》要求該滑坡治理工程等級為Ⅲ級，按工況一(自重+地表荷載+地下水)設(shè)計(jì)，安全系數(shù)取1.25，以工況二和工況三進(jìn)行校核，安全系數(shù)分別取1.10和1.05，滑坡推力計(jì)算結(jié)果表明在工況二和工況三下V－V'剖面剪出口有剩余下滑力，說明V－V'剖面未達(dá)到規(guī)范要求的安全儲備，需進(jìn)行抗滑支擋。[1]Schuster R L，Lynn M H.Socioeconomic impacts of landslides in the western hemisphere[R].USA:United States Geological Survey，2001.

[2]吳瑋江，王念秦.黃土滑坡的基本類型與活動特征[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào).2002，13(2):36 －40.

[3]晏鄂川，朱大鵬，宋琨，等.基于數(shù)值模擬的三峽庫區(qū)典型堆積層滑坡變形預(yù)測方法.吉林大學(xué)學(xué)報(bào).2012，42(2)

[4]劉建航，侯學(xué)淵.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.1997.