巢湖王家砠老社廟滑坡穩(wěn)定性分析

鄭海剛，劉國生

（1.安徽省地震局，安徽合肥230031；2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽合肥230009）

·巖土工程·

巢湖王家砠老社廟滑坡穩(wěn)定性分析

鄭海剛*1，劉國生2

（1.安徽省地震局，安徽合肥230031；2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽合肥230009）

在詳細(xì)的野外勘測(cè)基礎(chǔ)上,分析了巢湖王家咀老社廟滑坡形態(tài)特征和形成機(jī)制。通過對(duì)土樣的室內(nèi)試驗(yàn)，獲得了滑動(dòng)面初步參數(shù)，結(jié)合工程類比法和參數(shù)反演法取得了該滑坡滑動(dòng)面的最終計(jì)算參數(shù)。根據(jù)這些最終的計(jì)算參數(shù)，應(yīng)用推力傳遞系數(shù)法，在3種情況下計(jì)算了該滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)。結(jié)果顯示，該滑坡在自然狀態(tài)下是基本穩(wěn)定的，在暴雨和高水位背景下是不穩(wěn)定的。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提出了對(duì)該滑坡以及巢湖沿岸類似滑坡的防治方案和治理建議。

滑坡；穩(wěn)定性分析；推力傳遞系數(shù)法；巢湖

1 概述

巢湖王家咀老社廟滑坡位于我國五大淡水湖之一的巢湖北岸沿岸處。由于巢湖岸坡土質(zhì)的特殊性，滑坡現(xiàn)象非常普遍，尤其廬江—肥西等段的滑坡非常嚴(yán)重，已導(dǎo)致很多村莊消失，村民被迫搬遷[1]。巢湖沿岸的滑坡災(zāi)害比較嚴(yán)重，針對(duì)這些問題，前人曾利用遙感等手段對(duì)巢湖沿岸滑坡易發(fā)區(qū)的巖土類型進(jìn)行了確定，認(rèn)為在巢湖的土質(zhì)沿岸是最容易形成滑坡的地段[2]。但對(duì)巢湖濱岸所存滑坡體成因機(jī)理及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方面尚缺少全面系統(tǒng)分析和研究，制約了對(duì)巢湖沿岸該類滑坡穩(wěn)定性的正確認(rèn)識(shí)。本文正是基于這種原因，利用推理傳遞系數(shù)法對(duì)巢湖王家咀滑坡進(jìn)行了詳細(xì)的穩(wěn)定性計(jì)算，該結(jié)果不僅對(duì)所研究的滑坡體進(jìn)行了評(píng)價(jià)，還為今后對(duì)巢湖沿岸類似滑坡體的穩(wěn)定性分析、評(píng)價(jià)和治理提供重要的基礎(chǔ)資料。

2 滑坡概述

2.1 滑坡特征描述

該滑坡位于巢湖沿岸的王家咀村老社廟西側(cè)，主體由第四系上更新統(tǒng)的粘土構(gòu)成。該滑坡狀似一個(gè)簸箕向湖內(nèi)延伸，近東西向延伸100m左右，南北向?qū)捈s50m，高約8～10m。雖然該滑坡的總體不是太龐大，但是在巢湖沿岸類似滑坡還有很多。

該滑坡主體以第四紀(jì)上更統(tǒng)粘土組成，在遇水情況下，容易發(fā)生脹縮。這種脹縮作用常?？梢栽诨w中形成縱橫交錯(cuò)的裂隙，破壞滑體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低滑體的抗剪強(qiáng)度?；碌幕资怯砂讏紫底霞t色粉砂巖構(gòu)成，巖石堅(jiān)硬，透水性差。因此，在雨水充沛的季節(jié)，滑體吸水飽和，自重增加；再加上雨水下滲，很容易在底部基巖弱透水層上形成上層滯水，起到潤滑劑的作用。另外，由于滑坡位于巢湖岸邊，當(dāng)湖水水位升高時(shí)，浸潤到滑坡坡角，湖水沿著基巖上滲，亦會(huì)在基巖弱透水層上形成上層滯水；再者在湖浪的沖擊下，產(chǎn)生強(qiáng)大的側(cè)蝕作用，使得滑坡坡角受到侵蝕，形成一定的臨空面，給滑坡的滑動(dòng)提供進(jìn)一步的可能。總體來說，該滑坡是受雨水和湖水侵蝕影響的牽引式土質(zhì)滑坡。

根據(jù)當(dāng)?shù)厥焚Y料和群眾介紹，該滑坡形成于20世紀(jì)50年代。在滑坡形成以前，原湖岸位于現(xiàn)存湖岸前方50～60m處。當(dāng)時(shí)湖岸上部有一個(gè)很大的平臺(tái)，為一小學(xué)的操場。并且在操場的西部還有一座古財(cái)神廟?，F(xiàn)今，由于滑坡的不斷發(fā)展，操場和財(cái)神廟都已經(jīng)不復(fù)存在。

按照此滑塌速率計(jì)算，再有20～30年，該滑坡就會(huì)對(duì)環(huán)湖公路路基及公路旁邊的房屋造成嚴(yán)重威脅。

2.2 滑坡形成影響因素

（1）由于組成岸坡的粘土具有脹縮性，土壤粘粒之間裂隙發(fā)育形成縱橫交錯(cuò)的裂隙，一旦受到高水位的湖浪沖刷或遭受雨水浸透，便產(chǎn)生大塊崩塌以及因其本身重力作用發(fā)生滑落。

（2）由于土體相對(duì)透水，雨水在其中滲流時(shí)，就會(huì)對(duì)斜坡產(chǎn)生動(dòng)力壓力，其方向與滲流方向一致，指向臨空面，故對(duì)邊坡的穩(wěn)定不利，尤其是湖水位迅速下降時(shí)，坡內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大的動(dòng)力壓力，往往使之失穩(wěn)。

（3）雨水及湖水的侵蝕作用，會(huì)破壞土體的結(jié)構(gòu)連接，對(duì)斜坡穩(wěn)定也有很大影響。

3 推力傳遞系數(shù)法的原理

3.1 推力傳遞系數(shù)法的假設(shè)

傳遞系數(shù)法屬剛體極限平衡分析法，計(jì)算方法基于如下6點(diǎn)假設(shè)：

(1）將滑坡穩(wěn)定性問題視為平面應(yīng)變問題；

(2）滑動(dòng)力以平行于滑動(dòng)面的剪應(yīng)力τ和垂直于滑動(dòng)面的正應(yīng)力σ集中作用于滑動(dòng)面上；

(3）視滑坡體為理想剛塑材料，認(rèn)為整個(gè)加荷過程中，滑坡體不會(huì)發(fā)生任何變形，一旦沿滑動(dòng)面剪應(yīng)力達(dá)到其剪切強(qiáng)度，則滑坡體即開始沿滑動(dòng)面產(chǎn)生剪切破壞；

(4）滑動(dòng)面的破壞服從Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則，即滑動(dòng)面強(qiáng)度主要受粘聚力及摩擦力控制；

(5）條塊間的作用力合力(剩余下滑力)方向與滑動(dòng)面產(chǎn)狀一致，剩余下滑力為負(fù)值時(shí)則傳遞的剩余下滑力為零；

(6）沿整個(gè)滑動(dòng)面滿足靜力的平衡條件，但不滿足力矩平衡條件。

3.2 推力傳遞系數(shù)法的原理

滑坡穩(wěn)定性分析、評(píng)價(jià)是滑坡研究的核心問題，它為選擇對(duì)滑坡的合理加固處理方案提供定量指標(biāo)。針對(duì)折線型滑坡，我國廣泛采用的滑坡穩(wěn)定性推力傳遞系數(shù)法有2種[4-6]：一種是基于強(qiáng)度儲(chǔ)備法，考慮分塊和整體平衡，假定各條塊的穩(wěn)定系數(shù)與整體穩(wěn)定系數(shù)相等，不允許條塊間出現(xiàn)拉應(yīng)力，滑動(dòng)面剪切強(qiáng)度參數(shù)c和φ具有一定的安全儲(chǔ)備，計(jì)算時(shí)將其除以穩(wěn)定系數(shù)；另一種方法基于超載法，僅考慮整體平衡，允許條塊間出現(xiàn)拉應(yīng)力，滑動(dòng)力乘以滑坡體的穩(wěn)定系數(shù)。

本次研究采用基于強(qiáng)度儲(chǔ)備的推力傳遞系數(shù)法[3]，假定任一條塊上的下滑力和抗滑力都平行于滑動(dòng)面，下滑力與抗滑力的差為剩余推力，剩余推力自上而下逐條向下傳遞，假定最后一塊的剩余推力為0，建立極限平衡方程，得到穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中：Fs——滑坡穩(wěn)定系數(shù)；

Wi——第i塊滑體所受的重力，kN；

Ri——作用于第i塊滑動(dòng)面上的抗滑分力，kN/m；

Rn——作用于第n塊滑動(dòng)面上的抗滑分力，kN/m；

φ——滑帶土的內(nèi)摩擦角，(°)；

c——滑帶土的粘聚力，kPa；

li——第i塊滑動(dòng)體滑動(dòng)面的長度，m；

Ti——作用于第i塊滑動(dòng)面上的滑動(dòng)分力，kN/m；

Tn——作用于第n塊滑動(dòng)面上的滑動(dòng)分力，kN/m；

ψi——傳遞系數(shù)；

αi——第i塊滑動(dòng)面與水平面的夾角。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

滑坡穩(wěn)定計(jì)算采用基于剛體極限平衡理論改進(jìn)的推力傳遞系數(shù)法，這種方法在我國滑坡穩(wěn)定性計(jì)算中被廣泛應(yīng)用，已經(jīng)有很多成功的案例和經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。

4.1 計(jì)算參數(shù)c和φ的確定

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011－2001）巢湖地區(qū)處于地震烈度6度區(qū)，可以不進(jìn)行地震作用計(jì)算[4]。因此，在滑坡穩(wěn)定計(jì)算和推力計(jì)算時(shí)，地震載荷可以不予考慮。

滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)的準(zhǔn)確取值直接影響邊坡計(jì)算、分析的可靠性?？辜魪?qiáng)度指標(biāo)可以通過室內(nèi)試驗(yàn)、野外原位試驗(yàn)或根據(jù)已知資料反算求得。室內(nèi)試驗(yàn)可根據(jù)滑坡的具體地質(zhì)條件,選擇原狀土或重塑土重復(fù)剪試驗(yàn)。對(duì)于已經(jīng)滑動(dòng)的邊坡常常采用重塑土重復(fù)剪取得土的殘余強(qiáng)度[5]。本次研究中，滑坡已經(jīng)開始滑動(dòng)，因此計(jì)算參數(shù)采用重塑土反復(fù)剪切試驗(yàn)并結(jié)合工程類比法確定，最后獲得滑動(dòng)面土體在3種工況下的土的殘余強(qiáng)度指標(biāo)c和φ，如表1所示。

表1 滑動(dòng)面土體的計(jì)算參數(shù)

4.2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

本文運(yùn)用的推力傳遞系數(shù)法，對(duì)巢湖王家咀老社廟滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。采用的具體計(jì)算模型及計(jì)算條帶劃分如圖2所示。

結(jié)合上述參數(shù)，運(yùn)用MathCAD數(shù)學(xué)軟件編程進(jìn)行計(jì)算，得到了該滑坡在3種工況下的穩(wěn)定系數(shù)，見表2。

表2 穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算成果

圖2 推力傳遞系數(shù)法的計(jì)算模型

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330－ 2002），巢湖王家咀滑坡的極限穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)取1.25，即滑坡計(jì)算的Fs為1.25時(shí)，滑坡體處于極限平衡狀態(tài)；Fs在微大于1.25時(shí)，處于穩(wěn)定狀態(tài)；在Fs小于1.25時(shí)，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。通過對(duì)上述計(jì)算成果分析可以看出，在天然狀態(tài)下巢湖王家咀滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨季節(jié)和湖水水位比較高的狀態(tài)下該滑坡都處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

根據(jù)對(duì)巢湖王家咀滑坡的實(shí)地勘察和以上計(jì)算結(jié)果，得出如下結(jié)論：

（1）由于推力傳遞系數(shù)法和滑坡現(xiàn)在的實(shí)際狀態(tài)相符，因此我們認(rèn)為推力傳遞系數(shù)法在巢湖沿岸土質(zhì)滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算的應(yīng)用是適合的。

（2）在天然狀態(tài)下巢湖王家咀滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在雨季節(jié)和湖水水位比較高的狀態(tài)下該滑坡都處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

5.2 建議

由于巢湖沿岸土質(zhì)滑坡的形成和發(fā)展都具有一定的相似性，因此我們對(duì)巢湖沿岸類似滑坡提出如下治理建議：

（1）削坡護(hù)岸：先進(jìn)行適當(dāng)?shù)南髌?，再用石塊和水泥砂漿在坡角的基巖上擋土墻，以防止湖水對(duì)滑動(dòng)面的入滲和湖浪對(duì)坡角的侵蝕作用。

（2）修坡護(hù)坡：對(duì)坡面進(jìn)行必要的整修，在坡上建立一定厚度的防護(hù)層，以減少雨水大量下滲產(chǎn)生的動(dòng)壓力，以及雨水下滲以后對(duì)滑坡的潤滑作用。

[1]孫鳳賢.巢湖塌岸的特征及其規(guī)律[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2000，11（4）：287-291.

[2] 楊則東,徐小磊,谷豐.巢湖湖岸崩塌及淤積現(xiàn)狀遙感分析[J].國土資源遙感，1999,4(42):1-7.

[3]蘇愛軍，馮明權(quán).滑坡穩(wěn)定性傳遞系數(shù)計(jì)算法的改進(jìn)[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2002，13（3）：51-56.

[4]GB 50011－2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2001.

[5] 王國強(qiáng),吳道祥,劉洋，等.巢湖鳳凰山滑坡形成機(jī)制和穩(wěn)定性分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)：2002，24（5）：645－649.

[6]GB 50330－2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2002.

The Stability Analysis of the Laoshe Temple Landslide in Chaohu Wangjiazui

ZHENG Hai-gang1,LIU Guo-sheng2
（1.The Seismological Bureau of Anhui Province,Hefei Anhui 230031,China；2.School of Resources and Environment Engineering,Hefei University of Technology,Hefei Anhui 230009,China）

On the basis of the detailed field investigation,the paper analyzed the morphological characteristics and formation mechanism of the Laoshe temple landslide of Chaohu Wangjiazui.The initial parameters of the slip surface were acquired by indoor trial of soil sample,and the final parameters of the slip surface were obtained through engineering analogy method and parameter inversion method.Based on final calculative parameter,by using transfer coefficient method of thrust,its stability coefficient was calculated under three engineering conditions.The result shows that it was basic stable in usual state and unstable in rainstorm and high water level.According to the results the prevention and control plan and treating idea for the landslide and other similar landslide along the coastwise region of Chaohu.

landslide；stability analysis；thrust transfer coefficient method；Chaohu Lake

P642.22

A

1004-5716(2015)10-0001-04

2014-11-03

安徽省地震科研基金（20130703）。

鄭海剛（1981-），男（漢族），陜西寶雞人，工程師，現(xiàn)從事地震地質(zhì)及地震形變應(yīng)用研究工作。