鎮(zhèn)原縣南川中學(xué)不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計(jì)算評(píng)價(jià)及影響因素探析

，

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，甘肅 蘭州 730050)

鎮(zhèn)原縣隸屬于甘肅慶陽(yáng)市，位于甘肅省東部，慶陽(yáng)市西南部。南川中學(xué)不穩(wěn)定斜坡位于鎮(zhèn)原縣南川鄉(xiāng)盧李村，鎮(zhèn)原縣至南川鄉(xiāng)盧李村有省道S303公路和鄉(xiāng)道004公路通行，從鎮(zhèn)原縣到南川鄉(xiāng)盧李村大約10 km。鄉(xiāng)道004公路雖坡陡彎急，但可適應(yīng)中、輕型車輛通行，交通較為便利。

1 研究區(qū)斜坡體地質(zhì)特征概況

1.1 斜坡體地貌特征

南川中學(xué)不穩(wěn)定斜坡所在坡體盧李山為一黃土山梁，受東西兩條溝谷的切割呈“三角形”，山頂最高海拔為1 330 m，山腳海拔為1 170 m，相對(duì)高差為160 m，斜坡總體呈上緩下下陡的臺(tái)階狀，最大坡度近垂直，整體平均坡度約43°，受雨水沖刷，坡面形成了4條沖溝。

1.2 不穩(wěn)定斜坡基本特征

不穩(wěn)定斜坡在平面上呈簸箕狀，不穩(wěn)定斜坡后緣位于南川中學(xué)后部坡頂平臺(tái)與陡坎的交界部位，左右兩側(cè)以山脊為界，前緣至斜坡前緣陡坎下部坡腳。

1.3 不穩(wěn)定斜坡變形特征

南川中學(xué)不穩(wěn)定斜坡坡體共發(fā)育大小裂縫7條，除裂縫LF7為垂直于坡向的橫向裂縫外，其余6條裂縫走向均垂直于斜坡下部陡坎走向，最大裂縫LF5：寬0.7～2.1 m，可見深度為4.0～4.5 m，最大長(zhǎng)度約為16.5 m。由于斜坡黃土垂直節(jié)理發(fā)育，不穩(wěn)定斜坡坡體上串珠狀落水洞較發(fā)育，坡體共發(fā)育對(duì)斜坡穩(wěn)定性影響較大的落水洞18處，其中最大落水洞k05：直徑約4.3 m，深約2.2 m，許多落水洞下部呈貫通狀。受人類工程活動(dòng)的影響，現(xiàn)存對(duì)不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利因素的廢棄窯洞共6個(gè)，最大窯洞d2：平均寬度約2.8 m，平均高度約2.7 m，深約6.2 m，部分窯洞頂部已發(fā)生垮塌，造成上部落頂，誘發(fā)裂縫及落水洞的形成。由于受到不利因素的影響，在南川中學(xué)后側(cè)第一級(jí)陡坎中下部發(fā)育4處凹腔，最大凹腔aq4：平均寬度約3.2 m，平均高度約2.5 m，深約1.9 m。

2 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計(jì)算分析與評(píng)價(jià)

2.1 定性分析

不穩(wěn)定斜坡主要變形跡象為坡體上發(fā)育的串珠狀落水洞、學(xué)校后部第一級(jí)陡坎發(fā)育的走向近垂直與陡坎走向的裂縫、及陡坎中下部發(fā)育的凹腔，在不穩(wěn)定斜坡后緣及坡面未發(fā)現(xiàn)其他的變形跡象，據(jù)此推斷，目前，該不穩(wěn)定斜坡尚未形成統(tǒng)一的滑帶。根據(jù)鉆探、井探、槽探揭露，南川中學(xué)不穩(wěn)定斜坡體主要是由風(fēng)成馬蘭、離石黃土(粉土及粉質(zhì)粘土)組成，推測(cè)斜坡潛在滑裂面近似呈圓弧形。斜坡自2008年以來(lái)，一直處于局部緩慢蠕動(dòng)滑移和前緣頻繁塌落狀態(tài)。2013年的石油探測(cè)和近期的降雨，加劇了斜坡的變形。目前斜坡體上裂縫、落水洞、凹腔較發(fā)育，受人工開挖坡腳，坡體前部臨空條件好，推測(cè)剪出口位于南川中學(xué)后部坡腳。綜合分析，該不穩(wěn)定斜坡體整體處于穩(wěn)定基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 定量計(jì)算分析

2.2.1 計(jì)算模型

(1)定量計(jì)算分析采用理正巖土計(jì)算6.0軟件、瑞典條分法等方法相結(jié)合，先用里正巖土計(jì)算6.0軟件導(dǎo)入計(jì)算剖面，并搜索最危險(xiǎn)潛在滑裂面，然后用瑞典條分法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析，最后根據(jù)最危險(xiǎn)的潛在滑裂面建立計(jì)算模型進(jìn)行穩(wěn)定性校核及下滑力計(jì)算。

(2)本次選取典型剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

2.2.2 計(jì)算方法

(1)瑞典條分法(圓弧型滑動(dòng)面)

采用瑞典條分法(圓弧型滑動(dòng)面)計(jì)算不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性系數(shù)，計(jì)算公式如下：

(1)

推力計(jì)算公式：

對(duì)剪切而言：Hs=(Ks-Kf)×∑(Ti×cosαi)

(2)

對(duì)彎矩而言：Hm=(Ks-Kf)/Ks×∑(Ti×cosβi)

(3)

2.2.3 計(jì)算工況

根據(jù)不穩(wěn)定斜坡實(shí)際情況，選擇工況Ⅰ天然狀態(tài)滑體自重+地表荷載+地下水，工況Ⅱ滑體自重+地表荷載+暴雨，工況Ⅲ滑體自重+地表荷載+地下水+地震三種工況進(jìn)行(見表1)。

表1 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計(jì)算工況類型表

2.2.4 計(jì)算荷載

穩(wěn)定性計(jì)算中主要荷載有：土體自重、暴雨、地面荷載、地下水壓力。

土體自重：地下水位以上部分采用天然容重，地下水位以下采用飽和容重；

暴雨：如降雨入滲深度小于地下水位面埋深，降雨入滲范圍內(nèi)按飽和重度計(jì)算，降雨入滲范圍以下、地下水位面以上仍按天然重度計(jì)算；降雨入滲深度大于地下水位面埋深，地下水位面以上按飽和重度計(jì)算；由于坡面地表裂縫大量發(fā)育，地表水易下滲，本計(jì)算結(jié)合不穩(wěn)定斜坡現(xiàn)狀，考慮暴雨時(shí)土體按三分之一飽水狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算；

地面荷載：本不穩(wěn)定斜坡上無(wú)集中建筑物群和公路等，地面荷載取0 kN/m2；

地下水壓力：由于地下水埋深較大，在本次勘查中所有勘探點(diǎn)均未見地下水，故不考慮動(dòng)水壓力的影響。

2.2.5 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)勘查和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，對(duì)鎮(zhèn)原縣南川中學(xué)不穩(wěn)定斜坡進(jìn)行了整體穩(wěn)定性計(jì)算，并對(duì)次級(jí)潛在滑裂面進(jìn)行了驗(yàn)算。計(jì)算參數(shù)取值采用推薦值。

從計(jì)算結(jié)果中可以看出：

(1)東段不穩(wěn)定斜坡整體在工況Ⅰ(自重)、工況Ⅲ(自重+地震)條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)，在工況Ⅱ(自重+暴雨)處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)；

(2)中段不穩(wěn)定斜坡整體在工況Ⅰ(自重)、Ⅱ(自重+暴雨)、Ⅲ(自重+地震)條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)；

(3)西段不穩(wěn)定斜坡整體在工況Ⅰ(自重)、工況Ⅲ(自重+地震)條件下均處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)，局部坡段在工況Ⅱ(自重+暴雨)條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)；

上述計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，在強(qiáng)降雨等不利因素的影響下，不穩(wěn)定斜坡發(fā)生整體變形失穩(wěn)的可能性較小，局部坡段產(chǎn)生滑移變形的可能性較大。

3 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性成因機(jī)制分析

根據(jù)不穩(wěn)定斜坡的地質(zhì)條件和變形特征分析， 影響該不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性的因素是較復(fù)雜的，有人為因素和自然因素，其中主要是不穩(wěn)定斜坡的地形地貌土體的類型和性質(zhì)、土體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、水的作用、地震和人類的工程活動(dòng)等。

3.1 自然因素

3.1.1 地形地貌

鎮(zhèn)原縣南川中學(xué)不穩(wěn)定斜坡坡頂高程1 310 m，坡腳高程1 160 m，相對(duì)高差50 m，坡度25°～48°，呈上緩下陡的階梯形；上部坡度35°～40°，局部呈直立或倒坡，平均坡度約43°，總體上坡型呈凸型，是滑坡發(fā)育的有利地形條件。斜坡體上沖溝較多，裂縫、落水洞、凹腔較為發(fā)育，易于地表水匯集下滲，為滑坡形成創(chuàng)造了有利的地形條件。

3.1.2 地質(zhì)條件

組成斜坡的巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)較差，上部黃土疏松，垂直節(jié)理和落水洞發(fā)育，具有自重濕陷性，強(qiáng)度低，遇水易濕陷、崩解，下部離石黃土，地震影響，結(jié)構(gòu)破碎，節(jié)理發(fā)育，強(qiáng)度也較低，易失穩(wěn)滑動(dòng)。

3.1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

斜坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單。歷史上曾發(fā)生多次大的地震，而且強(qiáng)度大，頻率高，余震不斷。地震不僅直接誘發(fā)滑坡，而且松動(dòng)了穩(wěn)定斜坡的巖土體結(jié)構(gòu)，降低了抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，為后期滑坡的形成提供了軟弱面。其中“5.12”汶川地震和華北油田石油探測(cè)放炮是南川中學(xué)不穩(wěn)定斜坡發(fā)生變形的主要因素之一。

3.1.4 降雨

斜坡區(qū)內(nèi)多年平均降雨量為489.5 mm，本區(qū)日最大降水量109.5 mm(1977年7月5日)，日最大降水量106.9 mm(1980年7月27日)，最大小時(shí)降水量44.9 mm(1980年8月18日)。降雨是該不穩(wěn)定斜坡滑動(dòng)變形的主要引發(fā)因素。

3.2 人為因素

3.2.1 開挖坡腳

南川中學(xué)在開發(fā)過程中為擴(kuò)展建設(shè)用地的場(chǎng)地，對(duì)學(xué)校后部的坡腳進(jìn)行了開挖，使坡體產(chǎn)生了較大的臨空面，減弱了坡體前緣段潛在的抗滑力，破壞了坡體原有的平衡結(jié)構(gòu)，加劇了滑坡災(zāi)害的發(fā)生。

3.2.2 窯洞開挖

原有坡體開挖的大量窯洞被廢棄，導(dǎo)致原有土體的結(jié)構(gòu)被破壞，在強(qiáng)降雨等不利因素的影響下，地表水下滲，導(dǎo)致窯洞頂部及側(cè)壁產(chǎn)生裂縫，局部窯洞已垮塌，加劇了局部坡段的變形破壞。

3.2.3 石油探測(cè)放炮

區(qū)內(nèi)實(shí)施三維地震勘探石油，強(qiáng)裂的地震波，對(duì)山體穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，間接地加劇南川中學(xué)不穩(wěn)定斜坡的變形。

4 結(jié)語(yǔ)

通過穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合勘查和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況對(duì)不穩(wěn)定斜坡影響因素進(jìn)行分析得出：東段不穩(wěn)定斜坡整體在工況Ⅰ(自重)、工況Ⅲ(自重+地震)條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)，

在工況Ⅱ(自重+暴雨)處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)；中段不穩(wěn)定斜坡整體在工況Ⅰ(自重)、Ⅱ(自重+暴雨)、Ⅲ(自重+地震)條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)；西段不穩(wěn)定斜坡整體在工況Ⅰ(自重)、工況Ⅲ(自重+地震)條件下均處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)，局部坡段在工況Ⅱ(自重+暴雨)條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)；由此可見，不穩(wěn)定斜坡整體在三種工況下均處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)，局部坡段在工況二下處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)、在工況三下處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)。此外，暴雨對(duì)該不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性的影響要大于地震對(duì)不穩(wěn)定斜坡的影響。

[1]天水市北山蘆家灣滑坡穩(wěn)定性分析[J].甘肅地質(zhì).2012.21(3)：52-55.

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