安徽省池州市新龍村畈章組滑坡穩(wěn)定性分析與趨勢預測

姬淑麗

(安徽省地勘局第一水文工程地質勘查院,蚌埠　233000)

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安徽省池州市新龍村畈章組滑坡穩(wěn)定性分析與趨勢預測

姬淑麗

(安徽省地勘局第一水文工程地質勘查院,蚌埠233000)

摘要：新龍村畈章組滑坡具有典型第四系松散層滑坡特征，采用傳遞系數(shù)法對地質界面(現(xiàn)狀滑面)穩(wěn)定性進行定量分析和評價，采用簡化畢肖普法(最適應碎石類土質邊坡)自動搜索滑坡的可能滑面(固定最危險滑面可能的出、入口)，對穩(wěn)定性進行復核計算和評價，進而對其發(fā)展趨勢進行預測。

關鍵詞：滑坡;傳遞系數(shù)法;簡化畢肖普法;穩(wěn)定性;趨勢

1滑坡概況

新龍村畈章組滑坡位于安徽省池州市貴池區(qū)梅龍街道辦事處新龍村畈章組。該滑坡發(fā)生最初時間為2002年8月，由于切坡建房，在強降雨的作用下發(fā)生滑動，毀房5間，造成財產損失10萬元，未造成人員傷亡，堵塞X009縣道交通。隨后每年汛期都有下滑現(xiàn)象，該滑坡規(guī)模為小型(圖1)。

2滑坡體結構特征

根據(jù)滑坡體的變形特征、滑動方向等要素，梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡分為兩個滑坡。但兩個滑坡體的物質來源、滑體物質組成以及地層層序等要素及形成機制大致相同，滑坡的成因相關。Ⅰ號滑坡寬度47 m，為已發(fā)生滑動；Ⅱ號滑坡寬度約240 m，為潛在的滑坡隱患點，現(xiàn)狀未發(fā)現(xiàn)有明顯變化的變形跡象，僅斜坡前緣由于切坡建房引發(fā)崩塌，其寬度16 m，方量約30 m3?，F(xiàn)主要對Ⅰ號滑坡進行描述分析。

圖1　新龍村畈章組滑坡

滑坡體所在山體坡向為110°，坡度為13°～40°?；麦w的巖性為第四系殘坡積土，呈松散狀，基巖由中粒石英二長巖和泥盆系上統(tǒng)五通組砂巖組成?；麦w主滑動方向為106°，滑動面傾角為12°～15°，埋深為3～8 m，呈長舌形?；麦w具有明顯的后緣，滑坡后緣壁高1～4 m，呈長舌形，長240 m，沿后緣有1條裂縫，寬1～5 cm；滑坡體上有多條橫向裂隙，有4個滑坡平臺；滑坡前緣有滑坡堆積體，長約30 m，寬約47 m。整個滑坡長256 m，寬50 m，厚3～8 m，面積約為12 404 m2，體積約為48 500 m3，滑坡特征見表1。對滑坡體土體共做4次大體積重度試驗，滑坡體土體天然重度18.93 kN/m3，干重度16.63 kN/m3。

表1　滑坡特征一覽表

3滑坡推力計算及穩(wěn)定性評價

根據(jù)勘查期間的調查監(jiān)測及訪問當?shù)鼐用瘢孩蛱柣陆鼛啄晡窗l(fā)現(xiàn)有變形現(xiàn)象，在目前的天然狀況下是處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；Ⅰ號滑坡坡面上有多條新增橫向裂隙，說明滑坡處于穩(wěn)定性差狀態(tài)。

在未來的強降雨或連續(xù)降雨的作用下，滑坡體在強降雨或連續(xù)降雨作用的影響下加劇變形從而產生變形破壞，對坡體下方民房、道路、人民群眾的生命財產安全造成威脅和危害。

3.1計算模型與工況

3.1.1計算模型

據(jù)前述以及各勘探剖面形狀，梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡現(xiàn)狀滑面形態(tài)長舌形，根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)的相關要求并結合該滑坡的特點，采用傳遞系數(shù)法對地質界面(現(xiàn)狀滑面)穩(wěn)定性進行定量分析和評價，采用簡化畢肖普法(最適應碎石類土質邊坡)自動搜索滑坡的可能滑面(固定最危險滑面可能的出、入口)，對穩(wěn)定性進行復核計算和評價。

3.1.2荷載組合與計算工況

3.1.2.1荷載組合

根據(jù)勘查成果，作用在梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡上的荷載有：坡體自重、地下水滲透壓力。

(1) 坡體自重

在天然狀態(tài)下，坡體自重按地下水以上按天然重度和地下水位以下土體的飽和重度之和計算。據(jù)當?shù)厮臍庀筚Y料及滑坡巖性組成的實際情況，在連續(xù)降雨或暴雨條件下，坡體自重按地面以下2 m內按天然重度和以下土體的飽和重度之和計算。

(2) 滲透壓力

據(jù)梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡巖性組成、滲透性等實際情況，滑坡體內含水、在滑坡體滲透系數(shù)大于1×10-7m/s，根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0218-2006)第12.4.5條的相關規(guī)定，在滑坡穩(wěn)定性計算時對該力需作考慮。

綜上，梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡穩(wěn)定性計算所涉及的力主要為兩類：坡體自重與地下水滲透壓力。

3.1.2.2計算工況與抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的確定

綜合分析梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡巖土體特征及其可能承受的各種荷載，確定此次滑坡穩(wěn)定性計算的兩種計算工況及其荷載組合。

梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡潛在危害程度較嚴重，防治工程安全等級屬于三級，根據(jù)《建筑邊坡工程技術規(guī)范》(GB 50330-2002)與《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0218-2006)的有關規(guī)定，綜合確定出各計算工況的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，詳見表2。

表2　滑坡穩(wěn)定性計算工況與荷載組合

3.2計算方法與參數(shù)選取

3.2.1計算方法

(1) 傳遞系數(shù)法

滑坡(潛在)滑面形態(tài)呈折線形，采用傳遞系數(shù)法對其穩(wěn)定性進行定量分析計算。

傳遞系數(shù)法的計算公式如下：

其中,

Rn=(Wn((1-γU)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+CnLn

Tn=Wn(sinαn+Acosαn)+TDn

ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1

TDi=γwhwLicosαisinβicos(αi-βi)

RDi=γwhwLicosαisinβisin(αi-βi)

式中，Kf為穩(wěn)定性系數(shù)；Wi為第i計算條塊自重與建筑等地面荷載之和(kN/m);Ci為第i條塊內聚力(kPa);φi為第i條塊內摩擦角(°);Li為第i條塊滑動面長度(m);αi為第i條塊滑面傾角(°)，反傾時取負值；βi第i條塊地下水流向，一般情況下取浸潤線傾角與滑面傾角平均值(°)，反傾時取負值；A為地震加速度(單位：重力加速度g);ψj為第i塊段餓剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=1);RDi為第i條塊地下水滲透壓力產生的垂直滑面分力(kN/m);TDi為第i條塊地下水滲透壓力產生的垂直滑面分力(kN/m);γw為水的容重(kN/m3);γu為孔隙壓力比。

(2) 簡化畢肖普法

由于滑坡深部破裂面或滑動面尚未貫通，依據(jù)滑坡的水文地質、工程地質、巖土體結構特征(以含塊石粉質粘土和碎石土為主)以及已出現(xiàn)的變形破壞跡象等具體條件以及《建筑邊坡工程技術規(guī)范(GB50330-2002)》第5.2.1、5.2.2條的規(guī)定，宜根據(jù)滑坡體最后一條裂縫采用圓弧滑動法搜索最危險滑面，評價變形體的穩(wěn)定性。根據(jù)變形體最后一道裂縫位置給定潛在圓弧滑移面的入口范圍，根據(jù)地質剖面的可能出口范圍，計算分析軟件搜索最危險滑面。

穩(wěn)定性計算：

其中:

孔隙水壓力Nwi=rwhiwLicosαi,即近似等于浸潤面以下土體的面積hiwLicosαi乘以水的容重rw；

滲透壓力產生的平行滑面分力TDi:

TDi=Nwisinβicos(αi-βi)

滲透壓力產生的垂直滑面分力RDi:

RDi=Nwisinβicos(αi-βi)

Wi為第i條塊的重量(kN/m)；Ci為第i條塊內聚力(kPa)；φi為第i條塊內摩擦角(°)；Li為第i條塊滑面長度(m)；αi為第i條塊滑面傾角(°)；βi為第i條塊地下水流向(°)；A為地震加速度(重力加速度g)；Kf為穩(wěn)定系數(shù)。

若假定有效應力

其中γu是孔隙壓力比，可表示為：

3.2.2計算剖面

根據(jù)梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡的實際情況及本次勘查工作的剖面布置情況，取勘探剖面1-1′作為梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡穩(wěn)定性計算的剖面(圖2)。

圖2新龍村畈章組滑坡穩(wěn)定性計算剖面

3.2.3計算參數(shù)

計算參數(shù)根據(jù)取樣室內土工試驗成果、參數(shù)反演以及相似工程地區(qū)經驗值綜合確定。

(1) 滑坡巖土體物理參數(shù)取值

梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡體為殘坡積碎石土組成，其物理參數(shù)值由現(xiàn)場原位測試和室內土工試驗綜合確定(表3)。

表3　滑坡巖土體天然重度及飽和重度取值表

(2) (潛在)滑帶土抗剪強度(c、φ)

梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡現(xiàn)狀滑動面為土石分界面，滑帶土以殘坡積碎石土為主。根據(jù)取樣室內試驗及反演計算并參考地區(qū)經驗數(shù)據(jù)，綜合確定其抗剪強度值見表4。

表4　潛在滑帶土抗剪強度取值表

注：根據(jù)取樣室內試驗及反演計算并參考地區(qū)經驗數(shù)據(jù)綜合確定。

(3) 計算條塊尺寸

各剖面計算條塊的幾何尺寸均利用比例尺為1∶200的計算剖面圖在計算機上直接讀取。

3.3滑坡穩(wěn)定性計算與結果評述

3.3.1穩(wěn)定性計算

根據(jù)上述計算模型、計算方法、計算參數(shù)等，利用理正分析軟件對梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡體在不同工況條件下的穩(wěn)定性進行計算，計算剖面的穩(wěn)定性計算結果列于表5。

表5　　　　梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡穩(wěn)定性

3.3.2穩(wěn)定性計算結果評述

根據(jù)相關規(guī)范，滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)按其穩(wěn)定性系數(shù)分為4級(表6)。

表6　滑坡穩(wěn)定狀態(tài)分級標準

注：Fst為滑坡穩(wěn)定性安全系數(shù)。

根據(jù)對梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡災害體穩(wěn)定性進行判定，結果為工況1：天然條件下為欠穩(wěn)定;工況2：暴雨的情況下為不穩(wěn)定狀態(tài)。梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡的穩(wěn)定性受降雨影響非常明顯。

上述結果與梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡現(xiàn)狀基本穩(wěn)定的宏觀結論是相符的，也與滑坡體的變形破壞趨勢宏觀預測是相符的，從而也印證了上述穩(wěn)定性定量判斷的正確性。

3.4滑坡推力計算

3.4.1推力計算方法

按傳遞系數(shù)法計算滑坡的推力，計算公式如下：

Pi=Pi-1×ψ+Ks×Ti-Ri

其中,下滑力Ti=Wi(sinαi+Acosαi)+γwLicosαisinβicos(αi-βi);

抗滑力

Ri=(Wi(cosαi-Asinαi)-Nwi-γwhwLicosαisinβisin(αi-βi))tanφi+CiLi；

或Ri=(Wi((1-γu)cosαi-Asinαi) -γwhwLi)tanφi+CiLi；

傳遞系數(shù)ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi；

孔隙水壓力Nwi=γwhwLicosαi,即近似等于浸潤面以下巖土體的面積hwLicosαi乘以水的容重γw；

滲透壓力產生的平行滑面分力TDi=γwhwLicosαisinβicos(αi-βi)；

滲透壓力產生的垂直滑面分力RDi=γwhwLicosαisinβisin(αi-βi)。

圓弧滑面滑坡推力計算公式如下:

對剪切而言：

Hs=(Ks-Kf)/Ks×∑(Ti×cosαi)

對彎矩而言：

Hm=(Ks-Kf)/Ks×∑(Ti×cosαi)

式中，Hs、Hm為推力(kN)；Ks為設計的安全系數(shù)；Ti為條塊重量在滑面切線方向的分力(kN)。

3.4.2推力計算結果

根據(jù)上述方法，采用穩(wěn)定性計算剖面對其進行條分，不同工況條件下災害體推力的計算結果見表7。

表7　　　　梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡

4趨勢預測

綜上所述，梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡的滑坡體為第四系殘坡積碎石土，結構松散，滑坡前緣、中部雨季有滲水現(xiàn)象，還存在殘留滑坡體的進一步滑動破壞。在強降雨的作用下，滑坡有可能復發(fā)。

梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡目前處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，考慮在強降雨的作用下，滑坡為不穩(wěn)定，滑坡可能溜滑，這將會直接影響到坡腳居民和X009道路。

梅龍街道辦事處新龍村畈章組滑坡威脅到坡腳處9戶28人和34間房屋和X009縣道。一旦滑坡失穩(wěn)破壞必將造成人民生命財產和過往行人、車輛損失，這必將對和諧社會的穩(wěn)定產生較大影響，可見該滑坡的危害性較大。

由于已發(fā)生的滑坡南側地質條件、人類工程活動一致，邊坡高3～7 m，未進行護坡處理，坡下民房距坡1～2 m，潛在滑坡(不穩(wěn)定斜坡)潛在威脅坡腳處16戶64人和64間房屋。

5結語

根據(jù)前述滑坡的穩(wěn)定性分析及滑坡的發(fā)展趨勢預測，對滑坡采取及時合理的防治工程措施是必要的，主要從防治工程經濟效益、社會效益和環(huán)境效益三方面分析。

5.1經濟效益評估

根據(jù)估算，滑坡一旦發(fā)生將造成的直接經濟損失456萬元左右，估計的滑坡治理經費約300萬元左右。

5.2社會效益評估

滑坡威脅著滑坡前緣9戶28人和34間房屋和過往行人車輛的生命及財產安全，滑坡發(fā)生將直接威脅滑坡區(qū)村民的生命財產安全。因此，盡快對該滑坡進行必要的工程治理，除了可以保障當?shù)鼐用竦纳敭a安全外，對人民安居樂業(yè)、社會秩序穩(wěn)定將產生積極的作用。

5.3環(huán)境效益評估

對滑坡采取支擋、護坡及排水溝工程措施進行治理后，有助于改善該區(qū)的地質環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。

排水溝建成后地表水的沖刷力大大減小，溝蝕減輕；滑坡穩(wěn)定后不再松動滑體土，能有效地防治水土流失，保護和改善生態(tài)環(huán)境。

治理后滑坡將不再威脅當?shù)鼐用裆敭a安全，解除了當?shù)鼐用竦暮箢欀畱n，改善居住環(huán)境，有利于當?shù)鼐用竦陌捕ā?/p>

總之，滑坡治理后，將有效地保護和改善滑坡區(qū)的生態(tài)環(huán)境，大大地改善和提高當?shù)鼐用竦纳瞽h(huán)境，功在當代，利在千秋。

參考文獻

[1]趙廣春,徐光黎,蘇愛軍,等.傳遞系數(shù)法在滑坡穩(wěn)定性評價中的幾個問題探討[J].地球與環(huán)境.2005,33(S1):7-11.

[2]蘇愛軍,馮明權.滑坡穩(wěn)定性傳遞系數(shù)計算法的改進[J].地質災害與環(huán)境保護,2002,13(3)：51-55.

[3]童廣勤,蘇愛軍.改進的傳遞系數(shù)法[J].長江科學院院報,2010,27(6)：43-48.

[4]陳少華.傳遞系數(shù)法在實際應用中的幾個問題探討[A].第二屆全國環(huán)境巖土工程與土工合成材料技術研討會論文集(二)[C].2008.

[5]肖利勇.畢肖普法確定高邊坡填石路堤穩(wěn)定安全系數(shù)[J].山西建筑,2008,34(33):283.

[6]胡輝,姚磊華,董梅.瑞典圓弧法和畢肖普法評價邊坡穩(wěn)定性的比較[J].全國中文核心期刊,2007,(6):110-112.

CHIZHOU IN ANHUI PROVINCE FOR TRANSSHIPMENT NEOSAURUS VILLAGE GROUP OF LANDSLIDE STABILITY ANALYSIS AND TREND PREDICTION

JI Shu-li

(Anhui Provincial Bureau of Geological Prospecting in the First Hydrogeological and Engineering Geological Exploration Institute,Bengbu233000,China)

Abstract:Transshipment neosaurus village group has a typical quaternary loose bed landslide characteristics, using transfer coefficient method make stability of quantitative analysis and evaluation for eological interface status (sliding surface), using the simplified bishop method (the adaptation of gravel soil slopes) automatic search landslide’s possible sliding surface (fixed perhaps the most dangerous sliding surface, the entrance, the exit), to check the stability calculation and evaluation, and its development trend will be predicted.

Key words：landslide; transfer coefficient method; simplified bishop method; stability; trends

作者簡介：姬淑麗(1988-)，女，助理工程師，長期從事水文地質、工程地質、環(huán)境地質相關工作。E-mail:jishuli@yeah.net

中圖分類號：P642.22

文獻標識碼：A

收稿日期：2016-01-04改回日期：2016-02-17

文章編號：1006-4362(2016)01-0008-05