通過滑坡變形特征分析其穩(wěn)定性及定量計算的對比研究

續(xù)曉，朱 飛，彭紅明

(1.中國石油長城鉆探工程有限公司， 北京 100101； 2.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局， 青海 西寧 810007)

通過滑坡變形特征分析其穩(wěn)定性及定量計算的對比研究

(1.中國石油長城鉆探工程有限公司， 北京 100101； 2.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局， 青海 西寧 810007)

青海省隆務(wù)鎮(zhèn)西山12#滑坡的坡腳建有該鎮(zhèn)相當一部分行政機關(guān)、學校、部隊以及宗教寺院，目前滑坡體處于變形狀態(tài)，嚴重威脅坡腳居民的生命財產(chǎn)安全。通過對12#滑坡體變形特征的統(tǒng)計，研究分析其滑動破壞機理：即滑動破壞的主要原因是水和人類工程活動的作用以及與滑坡體特殊內(nèi)在因素的相互配合，并且定性得出了目前該滑坡天然工況下及暴雨工況下的穩(wěn)定狀態(tài)。同時，根據(jù)滑帶土室內(nèi)試驗及結(jié)合反演計算確定出滑坡的抗剪強度參數(shù)，通過折線型滑動面的計算模型，計算出不同荷載工況下滑坡的穩(wěn)定性，通過對比，定性分析結(jié)果與定量計算結(jié)果一致。

滑坡；變形破壞特征；機理分析；定性分析；定量計算

隆務(wù)鎮(zhèn)位于隆務(wù)河的中游，隆務(wù)河是黃河的一級支流，青海省的“熱貢藝術(shù)”誕生于此地，隆務(wù)鎮(zhèn)是青海省黃南州的文化中心、經(jīng)濟中心，是旅游觀光的重要景區(qū)之一[1]。該鎮(zhèn)受地理條件的限制，有相當一部分行政機關(guān)、學校、部隊、宗教寺院等建在西山坡地前緣，西山地區(qū)發(fā)育有新近系上新統(tǒng)地層上部及殘坡積層中的大量滑坡群。故該地區(qū)存在較大地質(zhì)災(zāi)害隱患，滑坡、崩塌災(zāi)害時有發(fā)生[2]。

國內(nèi)大多專家學者將研究重點聚焦于滑坡穩(wěn)定性定量計算方面，并將國內(nèi)外的計算方法總結(jié)并進一步發(fā)展[3]，陳祖煜等[4]發(fā)展了三維極限平衡法；朱大勇等[5]通過求解高次方程將極限平衡方法的分析更為理論化。

本文基于對青海隆務(wù)鎮(zhèn)西山地區(qū)12#滑坡的分析研究為基礎(chǔ)，從滑坡變形特征要素角度分析了該類滑坡的破壞機理，初步判斷滑坡天然狀態(tài)下的穩(wěn)定性，并選取合理的計算參數(shù)，進一步通過定量計算確定滑坡穩(wěn)定性，通過對比分析，最終確認滑坡所處的穩(wěn)定狀態(tài)，以期保障滑坡坡腳下居民的生命財產(chǎn)安全，并為該地區(qū)后續(xù)滑坡的防治工程提供參考依據(jù)。

1 滑坡工程概況

隆務(wù)鎮(zhèn)西山12#滑坡位于黃南藏族自治州州府隆務(wù)鎮(zhèn)夏瓊北路與西山巷交界西側(cè)處西山北段坡面位置，滑坡區(qū)的海拔高程2 510 m～2 680 m，坡體最大高差170 m，滑坡為巖質(zhì)滑坡，滑體主要由泥巖碎塊組成，局部坡體含有少量礫石及粉土，滑床為新近系上新統(tǒng)泥巖，滑坡前緣為隆務(wù)河階地，西側(cè)為低山丘陵區(qū)，滑坡平均坡度約為46°，邊界特征非常明顯，兩側(cè)以滑坡體剪切裂縫為界，后緣以山脊分水嶺為界，根據(jù)坡腳地層沉積情況推測滑坡剪出口位于坡腳處，剪出口部位高程為2 512.2 m～2 518.7 m。

2 滑坡的主要變形特征

12#滑坡體后緣有因滑動而形成的明顯滑坡后壁，后壁高約15 m，呈圓椅形，滑坡坡面呈凸形，坡面上部主要發(fā)育有7條拉張裂縫、5條扇形裂縫、3條剪切裂縫、有6個落水洞及9條較大的切割沖溝。

2.1 裂縫

滑坡裂縫統(tǒng)計見表1、圖1。

表1 滑坡裂縫統(tǒng)計表

圖1 滑坡后緣處的張拉裂縫

2.2 落水洞

滑坡落水洞統(tǒng)計結(jié)果見表2、圖2。

表2 滑坡落水洞統(tǒng)計表

圖2 滑坡中后緣處的落水洞

2.3 沖溝

沖溝統(tǒng)計結(jié)果見表3、圖3。

3 滑坡破壞機理分析

滑坡為巖石切層滑坡，因滑坡的物質(zhì)成分為風化泥巖、殘坡積物質(zhì)，故滑梯具有結(jié)構(gòu)松散，強透水性、大孔隙、低強度等特征，下部滑床的物質(zhì)成分以巖體為主，具有緊密結(jié)構(gòu)、差透水性、高強度等特性，上下兩層物質(zhì)的接觸面傾向階地，滑動面傾向與斜坡面一致。上下巖土性特征差異是滑坡產(chǎn)生的決定

表3 滑坡沖溝統(tǒng)計表

圖3 滑坡體上發(fā)育的沖溝

性條件，水是滑坡的主要激發(fā)條件，大氣降水也是滑坡形成的決定性作用，水的入滲，使滑體重度急劇增加，同時由于入滲水運移時間長，大重度的土體保持時間較長，對新滑坡的產(chǎn)生有一定的時間效應(yīng)，并且水的入滲還使滑坡的抗剪強度降低，即使在下滑力增加的同時抗滑力降低，從而加劇了滑坡的形成[6]。近些年，人類經(jīng)濟工程活動急劇加大，忽視了對環(huán)境的保護，對滑坡的滑動起到了促進的作用，人類開挖坡腳導致了坡體應(yīng)力狀態(tài)及臨空條件改變，加劇了滑坡的形成。

4 通過變形特征定性分析滑坡穩(wěn)定性

根據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果可知，12#滑坡體上發(fā)育有大量的裂縫、落水洞及沖溝等變形特征，因本區(qū)大氣降水豐沛，大氣降水通過裂縫、落水洞等變形體入滲后將造成滑動面(帶)抗剪強度的降低，同時水對滑體的入滲還加大了滑坡滑動的下滑力，進一步引起滑坡的不穩(wěn)定性，易使滑坡發(fā)生滑動破壞，故定性分析12#滑坡天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 通過定量計算分析滑坡穩(wěn)定性

5.1 滑坡穩(wěn)定性計算模型

因該滑坡為巖質(zhì)滑坡，且滑體原生物質(zhì)為新近系上新統(tǒng)泥巖，根據(jù)現(xiàn)場地面調(diào)查，判定該滑坡類型為巖質(zhì)切層滑坡，結(jié)合該地區(qū)資料分析[1]，12#滑坡的滑動破壞模式為巖質(zhì)折線面破壞，故計算模型(見圖4)采用傳遞系數(shù)法(折線型滑動面)進行計算[7]。

圖4 傳遞系數(shù)法(折線型滑動面)計算模型

(1)

Rn=(Wncosαn-Asinαn)tanφn+CnLn

(2)

Tn=Wn(sinαn+Acosαn)

(3)

(4)

ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1

(5)

式中：Wi為第i條塊體重量，kN/m；Ci為第i條塊滑面上黏聚力，kPa；φi為第i條塊滑面上內(nèi)摩擦角，(°)；Li為第i條塊滑面長度，m；αi為第i條塊滑面傾角，(°)，巖土體反傾時取負值；A為地震加速度(重力加速度g)；K為穩(wěn)定系數(shù)；ψi第i條塊的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=i)。

5.2 滑坡抗剪強度的選取

根據(jù)滑帶土室內(nèi)試驗報告，結(jié)合反演計算來進一步確定滑坡的抗剪強度參數(shù)[7-9]，綜合確定出滑坡的穩(wěn)定性計算參數(shù)見表4。

表4 滑坡參數(shù)綜合確定表

5.3 設(shè)計工況

12#滑坡防治工程級別為Ⅰ級。

工況1：自重，穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25；

工況2：自重+暴雨(或連續(xù)降雨)，穩(wěn)定安全系數(shù)為1.10；

工況3：自重+地震(地震動峰值加速度取0.10g)，穩(wěn)定安全系數(shù)為1.05。

5.4 計算結(jié)果

在工況1下12#滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在工況2自重+持續(xù)暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在工況3地震工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，計算結(jié)果見表5。

表5 滑坡計算結(jié)果

6 對比分析

隆務(wù)鎮(zhèn)西山12#滑坡進行的定量計算結(jié)果與通過滑坡變形特征得出的定性分析結(jié)論一致，綜合分析，得出最終結(jié)論如下：隆務(wù)鎮(zhèn)西山12#滑坡在自重工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在地震工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

7 結(jié) 語

(1) 隆務(wù)鎮(zhèn)西山12#滑坡的定性分析結(jié)果與定量計算結(jié)果一致，證明了本文對該滑坡穩(wěn)定狀態(tài)分析的正確性。

(2) 證明了通過滑坡體變形特征定量分析滑坡穩(wěn)定狀態(tài)的方法的準確性與可靠性。

(3) 證明了通過室內(nèi)實驗及反演計算所確定出的滑坡穩(wěn)定計算參數(shù)的準確性與可靠性。

(4) 通過本文的分析與計算，為青海隆務(wù)鎮(zhèn)地區(qū)巖質(zhì)切層滑坡的勘查治理工作積累了詳實的經(jīng)驗參數(shù)。

[1] 徐 旭.切層巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性評價及其治理方案研究[D].西安：長安大學，2008：1-3.

[2] 朱 飛,彭紅明,王占巍，等．青海省隆務(wù)鎮(zhèn)西山巖石切層滑坡破壞機理及防治措施研究[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報,2017,28(1):43-47.

[3] 李世海,劉天蘋,劉曉宇，等．論滑坡穩(wěn)定性分析方法[J].巖石力學與工程學報,2009,28(S2):3309-3324.

[4] 陳祖煜,彌宏亮,汪小剛.邊坡穩(wěn)定三維分析的極限方法[J].巖土工程學報,2001,23(5):525-529.

[5] 朱大勇,彭紅明，錢七虎.三維邊坡嚴格與準嚴格極限平衡解答及工程應(yīng)用[J].巖石力學與工程學報,2007,26(8):1513-1528.

[6] 胡啟軍.長達順層邊坡漸進失穩(wěn)機理及首段滑移長度確定的研究[D].成都：西南交通大學，2008.

[7] 徐邦棟.滑坡分析與防治[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[8] Hoek E. Rock Slope Engineering[M]. London: Inst.Min and Metall.1997.

[9] Goodman R E. Introduction to Rock Mechanics[M]. New York: John Wiley and Metall, 1989.

Comparative Study on the Landslide Stability based on Deformation Characteristics and Quantitative Calculation

XU Xiaojing1, ZHU Fei2, PENG Hongming2

(1.CNPCGreatwallDrillingCompany,Beijing100101,China；2.QinghaiEnvironmentalGeologyExplorationBureau,Xining,Qinghai810007,China)

There are administrative organizations, schools, troops and religious monasteries located at the foot of the 12#landslide on the West Mountain of Wulong County, Qinghai province. This landslide currently is in a deformation state, which is threatening the safety of the residents and property. In this paper, the deformation characteristics of the 12#landslide are analyzed. It was found that the mechanism of sliding failure was mainly resulted from the interaction between the extrinsic factor of the landslide and the effects of water and human engineering activities. The steady state of the landslide under natural conditions and heavy rain conditions was deduced qualitatively. The shear strength parameters of the landslide were determined according to the indoor experiment and the inversion calculation. The stability of the landslide under different load conditions was calculated by using the calculation model of polyline sliding surface. By contrast, it was found that the qualitative analysis results are consistent with the quantitative calculation results.

landslide; deformation; mechanism analysis; qualitative analysis; quantitative calculation

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.03.033

2017-02-07

2017-03-11

P642.22

A

1672—1144(2017)03—0161—04