房山典型不穩(wěn)定斜坡影響因素及穩(wěn)定性分析

柴利杰，劉明坤，趙晨曦，陳柘舟，劉建凱，楊艷峰，常思源

（北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，北京 100195）

0 前言

北京市房山區(qū)不穩(wěn)定斜坡隱患點(diǎn)眾多，均位于居民房屋附近，在強(qiáng)降雨天氣或地震中極易形成地質(zhì)災(zāi)害，直接威脅當(dāng)?shù)卮迕竦娜松碡?cái)產(chǎn)安全。2016年“7·20”暴雨后多處斜坡因土體飽和吸水，抗剪強(qiáng)度降低而發(fā)生滑塌現(xiàn)象。本文以房山區(qū)佛子莊鄉(xiāng)佛子莊村二道溝不穩(wěn)定斜坡為例，對(duì)不穩(wěn)定斜坡的影響因素進(jìn)行分析，并對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析和定量計(jì)算，為下一步開展治理提供參考。

1 不穩(wěn)定斜坡的基本特征和形成影響因素

1.1 不穩(wěn)定斜坡基本特征

不穩(wěn)定斜坡坡長(zhǎng)約70m，走向長(zhǎng)度約100m，整體傾向約為105～115，前緣高程230m，后緣高程252m，相對(duì)高差約23m，斜坡呈中間陡上下緩形態(tài)，坡度在20～40，西高東低。斜坡中部有一戶居民，居民在修建房屋時(shí)將房屋后墻地基開挖至中等風(fēng)化基巖后進(jìn)行施工，因此將不穩(wěn)定斜坡分為上、下兩個(gè)部分，兩部分對(duì)房屋危害方式也不同，命名為上段和下段（圖1）。

圖1 不穩(wěn)定斜坡典型剖面圖Fig.1 typical pro file of unstable slope

上段位于屋后至山脊，坡長(zhǎng)25m，坡度30～40；上段根據(jù)不穩(wěn)定斜坡存在兩處剪出口位置分為a段和b段。a段為屋后第一道干砌石擋墻墻角至坡上第三道干砌石擋墻坡腳處，a段上部為b段，下段位于屋底至坡腳，坡長(zhǎng)45m，坡度20～30。

坡體主要為第四系上更新統(tǒng)殘坡積土覆蓋，局部出露砂巖。殘坡積土為褐黃色—灰黃色，巖性為碎石塊夾粘性土，稍濕狀態(tài)，密實(shí)程度為疏松，厚度0.3～2m?；鶐r巖性主要為砂巖。砂巖呈灰—灰白色，成分以石英為主，含少量暗色礦物，分選中等，中等風(fēng)化，半堅(jiān)硬。

不穩(wěn)定斜坡已對(duì)坡中房屋院子造成損害，院中裂縫長(zhǎng)17m橫穿整個(gè)院子。斜坡中部房屋一部分建于基巖上，另一部分通過在斜坡上填土找平后修建，如不及時(shí)治理會(huì)增加房屋受損的危險(xiǎn)。

1.2 不穩(wěn)定斜坡形成影響因素分析

（1）有利于不穩(wěn)定斜坡形成的地形條件。不穩(wěn)定斜坡是在特定的自然條件下形成的。佛子莊二道溝地處太行山脈東麓，屬低山地區(qū)，海拔標(biāo)高220～290m，區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，自然坡度角約為20～40。較大的坡度將影響坡體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)和水分分布，致使坡體所受的重力影響增大，進(jìn)而影響坡體的穩(wěn)定狀態(tài)。研究表明，隨著坡度的增大，坡面附近應(yīng)力卸荷帶的范圍隨之?dāng)U大，坡腳應(yīng)力集中隨之增高，發(fā)生滑坡的概率也相應(yīng)增高（楊志等，2016）。

（2）不穩(wěn)定斜坡的工程地質(zhì)條件。區(qū)內(nèi)第四系主要由厚度不均的殘坡積土構(gòu)成。殘坡積土褐黃色，以砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土為主，局部含碎石石塊、角礫，含量約為20%～30%，次棱角狀為主，一般粒徑10～20mm。通過實(shí)驗(yàn)所得原狀土土分析結(jié)果如下：天然含水率25%～30%，天然密度1.73g/cm3，天然空隙比0.956～1.013，液限29.2%～32.5%，塑限21%～25%，內(nèi)聚力16～20,KPa，內(nèi)摩擦角22。殘坡積土密實(shí)度相對(duì)較差、結(jié)構(gòu)疏松，在各種外力的作用下易導(dǎo)致滑塌（左文貴等，2006）。殘坡積土下伏青白口系龍山組砂巖，砂巖灰—灰白色，成分以石英為主，含少量暗色礦物，分選中等，中等風(fēng)化，半堅(jiān)硬。

（3）山區(qū)的降水條件。降水條件主要包括降水強(qiáng)度和降水量。北京市房山區(qū)一年以內(nèi)降水分布極不均，大約有80%以上集中在每年的6、7、8三個(gè)月，多以暴雨形式出現(xiàn)。近10年平均降雨量為522.7mm，北京市最大的一日降水量曾達(dá)到479mm（1972年7月27日），2012年7月21日房山區(qū)山區(qū)最大降雨量100mm。降雨入滲降低了滑面巖土體的強(qiáng)度。同時(shí)，降低了滑裂面上的有效法向應(yīng)力，導(dǎo)致滑裂面上的抗滑力降低。

此外，在邊坡卸荷作用下坡體表層巖體結(jié)構(gòu)趨于松動(dòng)，裂隙擴(kuò)張，易于降雨入滲。降雨入滲坡體后，不斷加劇節(jié)理面風(fēng)化軟化，加重了坡體的重量，降低了坡體內(nèi)潛在滑移面或結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性能，并增加了裂隙面間的孔隙水壓力，不利于坡體的穩(wěn)定。據(jù)統(tǒng)計(jì)，本區(qū)的不穩(wěn)定斜坡主要受暴雨和連續(xù)性降雨影響較為嚴(yán)重。降雨引起災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間分布與降水的時(shí)間分布大體一致或稍有滯后，主要發(fā)生在每年夏季（詹青文等，2011；魏麗，2005）。

（4）地震活動(dòng)。根據(jù)歷史記載，北京及周邊地區(qū)歷史上（38.5～41N;114.8～118.3E）曾發(fā)生過若干次不同級(jí)別的地震，自公元294年至2006年，8級(jí)地震1次（1679年三河—平谷地震）；6～6.9級(jí)地震13次（謝覺民等，2009）。地震作用不僅使坡體物質(zhì)松動(dòng)，且增加了坡體的下滑或外傾推力，不利于坡體的穩(wěn)定。地震是影響斜坡穩(wěn)定性的誘發(fā)因素之一。本區(qū)地震烈度為8度。

（5）人類工程活動(dòng)。人類工程活動(dòng)是地質(zhì)災(zāi)害的重要?jiǎng)恿l件和觸發(fā)因素。區(qū)內(nèi)原有植被覆蓋較好，人類為了建房養(yǎng)殖等目的而對(duì)部分區(qū)域進(jìn)行開挖，部分區(qū)域進(jìn)行填土，從而破壞了地質(zhì)歷史時(shí)期形成的原始斜坡的應(yīng)力平衡狀態(tài)，造成斜坡變形失穩(wěn)。

2 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性分析

2.1 穩(wěn)定性定性分析

不穩(wěn)定斜坡主要由第四系殘坡積土覆蓋，下伏青白口系龍山組砂巖，基巖面傾角35°。2016年7月20日暴雨后工作區(qū)周邊發(fā)現(xiàn)三處斜坡滑塌，已滑塌斜坡地層結(jié)構(gòu)均與不穩(wěn)定斜坡相類似，根據(jù)與已滑塌的斜坡類比，不穩(wěn)定斜坡整體處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 穩(wěn)定性定量分析

（1）計(jì)算公式

該邊坡上覆第四系較薄，為土巖質(zhì)不穩(wěn)定斜坡，不穩(wěn)定斜坡失穩(wěn)時(shí)，滑動(dòng)面通常呈平面形（王寧，2010），計(jì)算公式如下：

其中：

孔隙水壓力

滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面的分力TDi

滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面的分力RDi

式中：Wi為第i條塊的重量（kN/m）；Ci為第i條塊的內(nèi)聚力(kPa)；φi為第i條塊的內(nèi)摩擦角(°)；Li為第i條塊的滑面長(zhǎng)度(m)；βi為第i條塊的滑面傾角(°)；A為第i條塊的地下水流向(°)；Kf為地震加速度(重力加速度g)； 為穩(wěn)定系數(shù)。

剩余下滑力計(jì)算

式中：Hs為滑坡推力（kN）；Ks為設(shè)計(jì)安全系數(shù)；Ti為條塊重量在滑面切線方向的分布。

（2）計(jì)算結(jié)果

本次計(jì)算采用理正軟件進(jìn)行。不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計(jì)算的工況分別為天然、暴雨和暴雨+地震。不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性安全系數(shù)取1.3，邊坡穩(wěn)定狀態(tài)分級(jí)見表1，計(jì)算參數(shù)取值見表2，計(jì)算結(jié)果見表3。

表1 邊坡穩(wěn)定狀態(tài)分級(jí)Tab.1 State of the slope stability

表2 計(jì)算參數(shù)取值Tab.2 parameter value of Calculation

表3 邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果Tab.3 results of slope stability coef ficient

3 結(jié)論

（1）不穩(wěn)定斜坡是受區(qū)域地形條件、工程地質(zhì)條件、降水條件、地震活動(dòng)及人類工程活動(dòng)等因素的影響，在內(nèi)外因素共同作用下形成的。其中，目前對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響最大的為降水，不穩(wěn)定斜坡破壞模式為平面式。

（2）根據(jù)與已滑塌的斜坡類比，不穩(wěn)定斜坡整體處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）不穩(wěn)定斜坡在天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況下處于基本穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)，地震+暴雨工況下處于基本穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)。

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