基于瑞典條分法和Bishop法的廣州市白云山某邊坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分析

閆麗雯

（廣州市地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510440）

我國(guó)是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)國(guó)家，特別是每年夏季，滑坡/泥石流等災(zāi)害對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大威脅。地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方面的研究是地質(zhì)災(zāi)害科學(xué)研究的重要內(nèi)容[1-5]。地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果，是制定地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃的重要依據(jù)，也可作為氣象預(yù)警預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)資料，對(duì)預(yù)測(cè)、預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生具有重要意義[6-8]。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣州市白云山某邊坡，降雨集中在4月份～9月份，占全年的80%左右，多年平均降雨量1774mm。屬低丘陵地區(qū)，地形起伏大。區(qū)域地層主要為震旦系（Z）石英巖、黑云母斜長(zhǎng)片麻巖、混合片麻巖、花崗片麻巖等變質(zhì)巖和第四系由粘性土及巖石碎塊等組成的殘積層，厚度3.60m～4.80m。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育瘦狗嶺斷層、麓湖斷層等。

該邊坡平面上呈弧線狀，總體走向?yàn)楸蔽飨?，坡向一?10°～280°，邊坡長(zhǎng)約100m，坡高10m～60m，坡度55°～80°（圖1）。坡體巖性為震旦系強(qiáng)～中風(fēng)化混合巖，坡面多被風(fēng)化殘積而成的砂質(zhì)粘性土、粉質(zhì)粘土覆蓋，邊坡局部近直立，植被不發(fā)育。靠邊坡自下而上分三級(jí)階梯建有數(shù)棟民房，建筑極為密集，且大多為挖山平地而建，坡腳為修建民房開(kāi)挖形成的人工邊坡，距離建筑物僅1.5m～3.0m，且部分建筑與山體連為一體。人類生產(chǎn)生活對(duì)環(huán)境影響較嚴(yán)重。

圖1 斜坡坡形及地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖

2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

2.1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況

研究區(qū)自2006年至今，不斷有小型崩塌、垮塌發(fā)生，且均發(fā)生在5月～8月汛期，崩塌方量較小，但夾雜直徑達(dá)20cm～30cm的塊石，數(shù)次造成坡腳房屋、圍墻及擋土墻損壞，嚴(yán)重威脅坡腳約400名居住人口的生命財(cái)產(chǎn)安全。邊坡坡腳局部有開(kāi)裂或鼓凸現(xiàn)象，危險(xiǎn)性加大，威脅范圍擴(kuò)大至坡腳幼兒園圍墻，擋土墻倒塌，導(dǎo)致搭建在擋墻上樓梯間的外飄建筑部分懸空、擋墻后部填土發(fā)生坍塌，危險(xiǎn)性較大。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害成因分析

研究區(qū)坡面巖土層主要為殘積土、全～強(qiáng)風(fēng)化片麻巖，大部分地段屬于土質(zhì)邊坡，土質(zhì)較松散，工程性質(zhì)較差。土體吸水后具易軟化、崩解的特性，在春夏季連續(xù)強(qiáng)降雨期間，大量地表水下滲邊坡土體，土體容重增加，粘聚力降低，從而易引發(fā)崩塌地質(zhì)災(zāi)害。且坡腳一帶的人工邊坡高陡，距離建構(gòu)筑物僅1m～3m，未采取相應(yīng)支護(hù)措施，邊坡整體穩(wěn)定性較差。因此邊坡在自重或降雨等不利條件作用下，容易再次出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，若遇極端降雨天氣或強(qiáng)暴雨后期存在發(fā)生大規(guī)模的崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性。

邊坡穩(wěn)定性影響因素中，巖土體的工程地質(zhì)條件和坡體中的殘留結(jié)構(gòu)面是邊坡失穩(wěn)的內(nèi)在因素；人類活動(dòng)開(kāi)挖造成高陡邊坡，坡面裸露且缺乏必要支護(hù)措施是邊坡失穩(wěn)的外在因系；雨季連續(xù)強(qiáng)降水是邊坡失穩(wěn)的誘發(fā)因素。

3 地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分析

研究區(qū)地形地貌復(fù)雜，邊坡破壞的形式為崩塌和滑坡。崩塌存在多發(fā)性的特點(diǎn)，一般出現(xiàn)在陡坡表層，多屬小規(guī)模的暴雨型崩塌，危險(xiǎn)性及治理難度較??；在連續(xù)性強(qiáng)降水作用下，邊坡很可能發(fā)生滑坡。滑坡類型主要為土層滑坡或風(fēng)化巖滑坡，潛在滑動(dòng)面常發(fā)育于坡體殘積層底面或全強(qiáng)風(fēng)化層分界面等軟弱帶部位，滑坡剪出口多發(fā)育在坡腳周邊。

3.2 邊坡穩(wěn)定性分析

邊坡的破壞形式表現(xiàn)為崩塌和滑坡，具有多發(fā)性，常出現(xiàn)在陡坡松軟地段，規(guī)律性難于預(yù)測(cè)，需按工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，因此主要針對(duì)邊坡的滑移變形或滑動(dòng)模式進(jìn)行穩(wěn)定性分析，預(yù)測(cè)出現(xiàn)滑坡的可能性以及潛在滑裂面的位置。區(qū)內(nèi)土質(zhì)邊坡潛在滑坡的滑動(dòng)面可以按圓弧滑動(dòng)面考慮。對(duì)于巖質(zhì)邊坡中土化較嚴(yán)重地段，按簡(jiǎn)化Bishop來(lái)考慮。

3.2.1 計(jì)算工況

由于水平地震力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響一般明顯小于地下水滲透壓力，且強(qiáng)震是低概率事件，暫不考慮地震工況，因此評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)1-1’剖面（圖1）分別選取兩種工況進(jìn)行計(jì)算。

工況1：一般雨季的條件，自重+地下水。

工況2：連續(xù)暴雨條件，自重+暴雨+地下水。

3.2.2 計(jì)算方法及計(jì)算參數(shù)

區(qū)內(nèi)人工邊坡可能的滑動(dòng)面為圓弧形，因此計(jì)算時(shí)對(duì)于工況1采用瑞典條分法來(lái)計(jì)算邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，工況2采用簡(jiǎn)化Bishop法來(lái)計(jì)算。

巖土層的物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)勘查資料結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)選取，其中抗剪強(qiáng)度指標(biāo)按水土合算原則考慮選取總應(yīng)力法，巖土層有關(guān)指標(biāo)的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 邊坡穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)取值表

表3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)表

3.2.3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

本次邊坡穩(wěn)定性計(jì)算選取1-1’剖面進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。當(dāng)滑坡穩(wěn)定系數(shù)F＜1.00時(shí)，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)；1.00≤F＜1.05時(shí)，滑坡處于較不穩(wěn)定狀態(tài)；1.05≤F＜1.15時(shí)，滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；F≥1.15時(shí)，滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)計(jì)算，邊坡在自然狀態(tài)（工況Ⅰ）下，1-1'剖面邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨?duì)顟B(tài)（工況Ⅱ）下，1-1'剖面邊坡處于較不穩(wěn)狀態(tài)。

表2 剖面1-1'土質(zhì)邊坡體穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算及評(píng)價(jià)表

3.3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)劃分

3.3.1 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)劃分量化指標(biāo)的確定

根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害分析，確定地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)劃分原則，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)進(jìn)行量化，量化指標(biāo)見(jiàn)表3。

3.3.2 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)劃分

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)劃分要素、量化指標(biāo)及危險(xiǎn)區(qū)判別原則，將受地質(zhì)災(zāi)害隱患威脅的區(qū)域劃分為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)。

（1）地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)Ⅰ區(qū)。位于研究區(qū)東側(cè)，坡段整體坡高10m～60m，坡腳建有18棟民房，居住人口400余人，潛在經(jīng)濟(jì)損失500萬(wàn)元～1000萬(wàn)元。該區(qū)建筑較密集，坡腳一帶幾乎為人工開(kāi)挖形成的邊坡，開(kāi)挖揭露坡面主要由全強(qiáng)風(fēng)化巖組成，局部夾中風(fēng)化巖，開(kāi)挖的邊坡距離建構(gòu)筑物僅1m～3m，且部分建筑與山體連為一體，無(wú)緩沖距離；邊坡中上部為自然邊坡，坡面為殘積土和全強(qiáng)風(fēng)化巖覆蓋。邊坡已出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象，且大部分地段邊坡未進(jìn)行防護(hù)處理，不利于邊坡的穩(wěn)定。加上坡頂以上山坡范圍廣，匯水面積大，所匯集雨水大部分經(jīng)過(guò)本區(qū)邊坡地段流出，因地形較陡，雨水流出時(shí)的沖刷能力強(qiáng)，隨著汛期暴雨量的不斷增大，區(qū)內(nèi)邊坡承受的土壓力和地下水壓力強(qiáng)度也不斷增大，因此極容易突發(fā)崩塌、滑坡等邊坡失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害。該區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度復(fù)雜，邊坡失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害的危害性大，危險(xiǎn)性大，綜合確定該區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)Ⅰ區(qū)。

（2）地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)Ⅱ區(qū)。位于研究區(qū)西側(cè)，地勢(shì)平緩，建有兩間平房，平房后側(cè)邊坡腳建有擋土墻，距邊坡坡腳約30m。該區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件中等，地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀不發(fā)育。因該區(qū)距離邊坡較遠(yuǎn)，邊坡施工有一定的展開(kāi)空間，邊坡失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害容易防治，防治成本中等。因此，該區(qū)可能發(fā)生的邊坡失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害的危害性中等，危險(xiǎn)性中等，綜合確定該區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)Ⅱ區(qū)。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度為復(fù)雜，區(qū)內(nèi)曾發(fā)生多次崩塌地質(zhì)災(zāi)害，在極端降雨或降雨后期存在發(fā)生大規(guī)模的崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性。

（2）在自然狀態(tài)（工況Ⅰ）下，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨?duì)顟B(tài)（工況Ⅱ）下，邊坡處于較不穩(wěn)狀態(tài)。

（3）坡腳后山村區(qū)域邊坡失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害的危害性大，危險(xiǎn)性大，綜合確定該區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)Ⅰ區(qū)；西側(cè)區(qū)域可能發(fā)生的邊坡失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害的危害性中等，危險(xiǎn)性中等，綜合確定該區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)Ⅱ區(qū)。

（4）根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害成因及地質(zhì)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，為以后的防災(zāi)減災(zāi)治理工作提供依據(jù)。